資源簡介

“發酵工程”復習課的主線式情境教學設計
１. 教學內容分析及設計思路
在《普通高中生物學課程標準（２０１9 年版）》中，有關“發酵工程”的重要概念在選擇性必修模塊３的大概念 ３“發酵工程利用微生物的特定功能規模化生產對人類有用的產品”中。 它是重要概念“３. １獲得純凈的微生物是發酵工程的基礎”和“３. ２發酵工程為人類提供多樣化的生物產品”的整合。 通過新課，學生已經學習了“菌種的純化和分離” “果酒、果醋和泡菜的制作以及亞硝酸鹽含量的測定”等相關實驗內容，但是實驗中很多概念在學生腦中是呈碎片化存在的，相關概念之間沒有形成邏輯關系，不能構成體系。 而“發酵工程”相關內容往往又是選考中靈活度較大、學生較難拿分的內容。
如何把相關概念進行有機整合，形成知識體系，引導學生學會知識遷移、靈活運用，是高三復習課首要考慮的問題。 筆者在教學過程中，依托“釀酒那些事”為背景，以“兩種不同的酒曲為何會釀出風味不同的酒”為主線情境，根據“重要概念”設計小情境，以“次位概念”設計任務情境，以學習活動來解決情境問題，最終幫助學生構建“大概念”（圖 １），進而發展學生的生物學核心素養。
２. 教學目標
基于課程標準的內容要求、學業要求和學業質量標準，圍繞培養學生核心素養的要求，制訂了如下教學目標：
（１） 通過無菌操作、配置適宜的培養基以分離純化酵母菌，形成生物與環境相適應的觀念。
（２） 根據主線情境提出問題、設計實驗、分析和解決問題，培養科學探究能力；借助資料、問題串、曲線分析、模型解析，培養對比與分析、遷移和歸納等思維能力。
（３） 通過光電比色法、細胞固定化等現代工程技術在傳統釀酒過程中的應用，認同傳統發酵工程的發展離不開科技的進步，培養社會責任感。
３. 教學過程
３. １ 創設主情境，引入復習課
教師提供興趣小組學生釀制黃酒和甜酒的照片，并讓小組代表介紹釀酒的過程以及在釀酒過程中遇到的問題，引入復習課： 根據興趣小組同學描述的釀酒過程，你還想知道哪些關于釀酒的事？ 學生思考討論提出相關問題： ①“甜酒曲”和“紅曲米”里面究竟有哪些菌種？ ②酒曲的不同顏色是由菌種引起的嗎？ ③為什么同樣的糯米用不同的酒曲可以釀出風味不同的酒？
設計意圖： 通過興趣小組學生釀酒的圖片以及對釀酒過程的描述，調動其他學生學習的興趣，借助甜酒釀和紅曲酒成品圖給學生以直觀感受： 同樣的糯米，在不同酒曲的作用下可以釀出風味不同的酒，從而引出本節課的探究主題。
３. ２ 圍繞主情境設置小情境，構建大概念
圍繞主情境，分別創設酵母菌的分離、選優及酵母細胞固定化三個小情境，通過一系列連貫的問題層層深入，幫助學生厘清次位概念，構建大概念。
３. ２. １ 酵母菌種的分離
通過資料創設小情境１： 釀酒加曲，是因為酒曲上生長有大量的微生物（主要為曲霉、根霉、酵母菌和細菌），還有微生物所分泌的酶（淀粉酶、糖化酶和蛋白酶等），它們可以將谷物中的淀粉、蛋白質等轉變成糖、氨基酸。 糖分在酵母菌的作用下，分解成酒精。 酵母菌種類繁多，它們屬于不同的科、屬，具有不同的形態特征和生化特性。
教師設計相關問題串并引導： ①根據資料顯示，酒曲是霉菌、酵母菌等微生物及谷物培養基的混合物；不同的酵母菌有不同的特性。 那么，“甜酒曲” 和“紅曲米”這兩種酒曲中的酵母菌是否相同？ ②想要知道這兩種酒曲中的酵母菌是否相同，你會開展哪些工作？
學生思考，提出研究方案。 教師給予評價后繼續設問：③分離酵母菌的方法有哪些？ 分離過程中要用到哪些工具和材料？ 你是如何操作的？ ④請以涂布分離為例，按操作的先后順序寫出分離酵母菌的基本流程圖。
學生獨立完成流程圖，教師請學生代表上臺展示，其他學生糾正、補充和完善，最后教師總結并呈現完整流程圖（圖 ２）。
⑤分離酵母菌的培養基有何特點？ 哪些培養基適合用來分離酵母菌？ 引導學生完成學案相關試題： 以下培養基中，哪些適合用來分離酵母菌（）
Ａ． 豆芽汁培養基： 黃豆芽 １００ｇ，葡萄糖 ５０ｇ，瓊脂 ２０ｇ，水 １ Ｌ；Ｂ． 牛肉膏蛋白胨培養基： 牛肉膏 ５ ｇ，蛋白胨 １０ｇ，ＮａＣｌ ５ ｇ，瓊脂 ２０ ｇ，水 １ Ｌ；Ｃ． ＬＢ 培養基： 蛋白胨 １０ｇ，酵母提取物 ５ ｇ，ＮａＣｌ １０ ｇ，瓊脂 ２０ ｇ，水 １ Ｌ；Ｄ． ＭＳ 培養基： 大量元素，微量元素，有機成分等。 ⑥可以從哪些方面對分離得到的酵母菌進行鑒別？
設計意圖： 借助無菌操作，選擇特定的培養基是分離純化酵母菌的前提。 本環節主要通過教師設計的問題串引導學生完成任務情境，通過學生上臺展示用涂布分離法分離酵母菌的基本流程圖，使其思維外化，教師及時發現學生知識層面上的問題并給予指導，以幫助學生構建“ 獲得純凈的微生物是發酵工程的基礎”這一重要概念。 通過其他學生質疑、糾正、補充完善流程圖，培養學生嚴謹的科學態度和質疑、合作的科學精神。
３. ２. ２ 優良酵母菌種的篩選
通過設問創設小情境２： ①經分離得到兩株酵母菌，若用于酒精發酵生產，它應該具備哪些優良特性？ 學生思考、討論，教師匯總： 優良的酵母菌種往往需要具備較強的繁殖能力、較強的產酒能力和較強的耐酒精能力等。 ②如果要比較這兩株酵母菌產酒能力的大小，該如何進一步實驗？請提出方案。 學生思考討論， 教師繼續設問引導：③如何表示酵母菌的產酒能力大小？ 酒精含量的多少可以通過什么辦法定量檢測？ 引出用光電比色法測定酒精含量以比較不同酵母菌種的產酒能力。 教師呈現酒精在酸性條件下與重鉻酸鉀反應生成的灰綠色物質在不同波長下的吸收光譜，引導學生完成學案：結合曲線圖 ３，回答下列問題：
（１） 圖３表示酒精在酸性條件下與重鉻酸鉀反應形成的灰綠色物質在不同波長下的吸收光譜圖，分析實驗過程中應選
波長測量酒精濃度比較合適，選該波長的原因： 。
（２） 測樣品酒精度時，第一步： 制作標準曲線。用蒸餾水配置一系列濃度的酒精標準溶液與重鉻酸鉀反應后，用比色計測定，并制作以的標準曲線；第二步： 樣品處理。 當測量的樣品為紅色的黃酒時，需先用活性炭進行脫色處理，其目的是 。
實驗過程中，要以 溶液為空白對照。
教師呈現根據不同濃度酒精標準溶液測得的吸光度（表 １）及通過 Ｅｘｃｅｌ 繪制的相關標準曲線圖（圖 ４），并設問：
①當樣品酒精測得的吸光度為 ０. ７時，請計算酒精含量。很多同學都是在圖４標準曲線的延長線上取點求酒精含量。 教師追問： ②當表１中的酒精標準溶液濃度繼續增大，測得的吸光度與酒精含量還一定呈線性關系嗎？ 你是如何理解標準曲線的？ ③當樣品測得的吸光度超過標準曲線范圍，你會采取什么辦法改進？
設計意圖： 作為工業生產中的酵母菌種，往往具備許多優良的特性。 本環節主要依托教材中關于泡菜中亞硝酸鹽含量的測定方法，復習光電比色法使用過程中波長的選擇、標準曲線的制作和實驗對照組的設定，旨在幫助學生進一步領會光電比色法的用途及在操作過程中需要注意的問題，引導學生認識該技術的
本質，學會知識遷移。
３. ２. ３ 優良酵母菌種在釀酒工藝中的應用
通過圖片創設小情境３： 隨著科技的進步，人們可以利用優良酵母菌種在大型發酵罐中工業化生產酒精。 教師呈現釀酒發酵罐（圖 ５），請學生代表闡明發酵罐各結構的功能。 其他小組學生糾正、補充。
并借圖 ５ 設計問題串： ①如果想要提高優良酵母菌種的利用效率，根據你所學的知識，通過什么辦法可以實現這一目的？ 基于酶的固定化知識學生自然能想到酵母細胞的固定化。 教師呈現圖６設問：
②請結合曲線分析，固定化后的酵母菌與游離的酵母菌相比有哪些優點？ ③為什么釀酒過程中采用固定化細胞而不是固定化酶？
設計意圖： 本環節通過學生介紹發酵罐各結構的功能，既鍛煉學生學會用正確的生物學術語表達生物學知識的能力，體會學有所用的滿足感，同時又暴露學生對發酵工程相關概念的理解程度，以便教師調整教學進程。 通過類比酶的固定化引出細胞固定化的相關概念，提升學生的知識遷移能力，通過發酵罐的構造圖、曲線圖，培養學生識圖、析圖的能力，以幫助學生構建“發酵工程利用現代工程技術為人類提供生物產品”這一重要概念。
４. 教學反思
復習課的目標不僅包括知識的綜合和應用，還有科學探究能力和理性思維能力的提升。 依據文中的情境可以整合落實的知識內容還有很多，如分離菌種時涂布分離和劃線分離的比較，篩選優良菌種時可通過哪些方法來比較酵母菌分裂能力的強弱，以及通過新情境把轉基因技術與酵母菌釀酒相聯系等。 復習課的教學組織中，教師應該把握主線，突出重點，把每個環節中還能展開的知識點以課后習題的形式呈現。
此外，大概念的構建是基于學生準確的理解相關的次位概念。 教學過程中很多學生對標準曲線的理解出現偏差，這也提醒教師復習課應充分考慮學生已具備的知識基礎，盡可能設計一些能體現學生深度思維的問題。

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