資源簡介

人教版（2019）選擇性必修三 生物技術與工程 第1章 發酵工程
第3節 發酵工程及其應用
教學設計
一、教學目標的確定
課程標準與本節相對應的要求是：闡明發酵工程利用現代工程技術及微生物的特定功能，工業化生產人類所需產品；舉例說明發酵工程在醫藥、食品及其他工農業生產上有重要的應用價值。據此，結合教材內容，確定本節教學目標：
1、通過分析現代工業發酵的原理、它與傳統發酵技術的區別及其用到的現代化的工程技術，建構發酵工程的概念
2、基于研學考察活動，概述發酵工程的基本環節
3、通過開展“高中生模擬創業答辯會”活動，進一步提升對發酵工程基本環節的認識，發展工程思維，認同發酵工程為人類提供了多樣的生物產品
二、教學重難點
1、教學重點
（1）發酵工程的基本環節、發酵工程的應用
2、教學難點
（1）發酵工程的基本環節
3、教學設計思路
本節課從發酵工程的概念入手，組織學生深入學習發酵工程的基本環節，進而了解發酵工程的應用，認同發酵工程為人類提供了多樣的生物產品，豐富了人類的飲食需求。
四、教學步驟
1、新課導入
教師利用教材中的“從社會中來”的素材，明確青霉素的成產成本和價格會因為發酵工程的應用而大大降低，引發學生追問發酵工程的奧秘，進而探討“在工業生，青霉素究竟是怎樣生產的呢”，由此，歸納出發酵工程的概念
2、新課講授
1、發酵工程的基本環節
教師讓學生提前選取自己感興趣的發酵產品，畫出利用發酵工程生產該產品的流程圖，并在課堂上進行展示和說明。教師結合教材中介紹發酵工程基本環節的內容，結合圖1-9，分析和討論教材第23頁的“思考·討論”
1. 微生物菌種資源豐富，選擇發酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？
（若生產的是微生物直接合成的產物，則可以從自然界中先分離出相應菌種，再用物理或化學方法誘變育種，從突變個體中篩選出符合生產要求的優良菌種。若生產的是微生物不能合成的產品，則可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構建工程菌，從而達到生產相應產品的目的，同時還應注意溫度、pH、溶解氧等對菌種的影響）
2. 怎樣對發酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？
（發酵條件直接會影響微生物的生長和發酵產品的質量，發酵條件包括溫度、pH、溶解氧、通氣量等。溫度條件的調控可通過向冷卻夾層通入冷水來調控；pH條件的調控可在培養基中加入緩沖液，在發酵過程中加酸或堿；溶解氧的調控需根據微生物的代謝類型，若微生物是需氧型的，可通過空氣入口通入空氣，并調整攪拌葉輪轉速增加溶解氧。若微生物是厭氧型的，需封閉空氣入口，建立厭氧環境等）
3. 在產物分離和提純方面，發酵工程與傳統發酵技術相比有哪些改進之處？
（傳統發酵技術的發酵產物不是單一的組分，而是成分復雜的混合物，基本沒有經過產物分離和提純等步驟。發酵工程的發酵產物根據產物的種類采取不同的分離、提純方法，若發酵產物是微生物細胞本身，則采用過濾、沉淀等方法將菌體分離、提純；若發酵產物是代謝物，則根據代謝物性質采用蒸餾、萃取、離子交換等方法分離、提純）
4. 在進行發酵生產時，排出的氣體和廢棄培養液等能直接排放到外界環境中嗎？為什么？
（不能，發酵生產時，排出的氣體可能含有有毒氣體，廢棄培養液可能含有有毒物質，這些都可能會污染環境，對人體健康造成危害，此外，廢棄培養液中的微生物也可能會污染水體、感染人體。因此，排出的氣體和廢棄培養液等需經檢測、處理后才能排到外界環境中）
通過探討教材中的問題，教師帶領學生分析和完善自己畫的流程圖，并在這個過程中認識到工程的復雜性，掌握系統分析的方法
2、發酵工程的應用
發酵工程以其生產條件溫和，原料來源豐富且價格低廉、產物專一、廢棄物對環境的污染小和容易處理等特點，在食品工業、醫藥工業和農牧業等許多領域得到了廣大應用，形成了規模龐大的發酵工業
教師利用課件展示發酵工程在食品工業上的各個應用，并以啤酒為例，展示“啤酒的工業化生產流程”，學生小組在觀看完啤酒的生產化流程后，小組之間互相討論教材中第25頁的問題
1. 與傳統的手工發酵相比，在下面啤酒的發酵生產過程中，哪些工程手段使啤酒的產量和質量明顯提高？
（菌種的選育、對原材料的處理、發酵過程的控制、產品的消毒等，都有助于提高啤酒的產量和品質）
2.現在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不進行過濾和消毒處理等。有人認為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業”啤酒更健康，你怎么看待這個問題？“精釀”啤酒是小規模釀造產品，發酵時間長、產量低和價格高，卻依然有著市場需求，我們如何辯證地看待大規模生產與小規模制作？
（應該辯證地看待這一產品。一方面，這類產品具有多樣化的特點，能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求。另一方面，這類產品是手工作坊式生產的，存在啤酒品質不穩定、價格昂貴的問題）
在了解啤酒的工業化流程后，教師指導學生自我閱讀教材的26-27頁，并歸納出發酵工程在其他工業上的應用情況，并以小組為單位，講述本組的歸納，教師給予肯定和評價，并在課件中展示出發酵工程在各個工業中的應用，讓學生認同發酵工程為人類生活提供了多樣的生物產品，改善了人類的生活
五、板書設計
一、發酵工程的基本環節
二、發酵工程的應用
1.在食品工業上的應用
2.在醫藥工業上的應用
3.在農牧業上的應用
4.在其他方面的應用
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