“發(fā)酵工程”復(fù)習(xí)課的主線式情境教學(xué)設(shè)計 高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

“發(fā)酵工程”復(fù)習(xí)課的主線式情境教學(xué)設(shè)計１.教學(xué)內(nèi)容分析及設(shè)計思路在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１9年版）》中，有關(guān)“發(fā)酵工程”的重要概念在選擇性必修模塊３的大概念３“發(fā)酵工程利用微生物的特定功能規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品”中。它是重要概念“３.１獲得純凈的微生物是發(fā)酵工程的基礎(chǔ)”和“３.２發(fā)酵工程為人類提供多樣化的生物產(chǎn)品”的整合。通過新課，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)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(guān)實驗內(nèi)容，但是實驗中很多概念在學(xué)生腦中是呈碎片化存在的，相關(guān)概念之間沒有形成邏輯關(guān)系，不能構(gòu)成體系。而“發(fā)酵工程”相關(guān)內(nèi)容往往又是選考中靈活度較大、學(xué)生較難拿分的內(nèi)容。如何把相關(guān)概念進(jìn)行有機整合，形成知識體系，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會知識遷移、靈活運用，是高三復(fù)習(xí)課首要考慮的問題。筆者在教學(xué)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(fēng)味不同的酒”為主線情境，根據(jù)“重要概念”設(shè)計小情境，以“次位概念”設(shè)計任務(wù)情境，以學(xué)習(xí)活動來解決情境問題，最終幫助學(xué)生構(gòu)建“大概念”（圖１），進(jìn)而發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。２.教學(xué)目標(biāo)基于課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：（１）通過無菌操作、配置適宜的培養(yǎng)基以分離純化酵母菌，形成生物與環(huán)境相適應(yīng)的觀念。（２）根據(jù)主線情境提出問題、設(shè)計實驗、分析和解決問題，培養(yǎng)科學(xué)探究能力；借助資料、問題串、曲線分析、模型解析，培養(yǎng)對比與分析、遷移和歸納等思維能力。（３）通過光電比色法、細(xì)胞固定化等現(xiàn)代工程技術(shù)在傳統(tǒng)釀酒過程中的應(yīng)用，認(rèn)同傳統(tǒng)發(fā)酵工程的發(fā)展離不開科技的進(jìn)步，培養(yǎng)社會責(zé)任感。３.教學(xué)過程３.１創(chuàng)設(shè)主情境，引入復(fù)習(xí)課教師提供興趣小組學(xué)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(fù)習(xí)課：根據(jù)興趣小組同學(xué)描述的釀酒過程，你還想知道哪些關(guān)于釀酒的事？學(xué)生思考討論提出相關(guān)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(fēng)味不同的酒？設(shè)計意圖：通過興趣小組學(xué)生釀酒的圖片以及對釀酒過程的描述，調(diào)動其他學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，借助甜酒釀和紅曲酒成品圖給學(xué)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(fēng)味不同的酒，從而引出本節(jié)課的探究主題。３.２圍繞主情境設(shè)置小情境，構(gòu)建大概念圍繞主情境，分別創(chuàng)設(shè)酵母菌的分離、選優(yōu)及酵母細(xì)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(xué)生厘清次位概念，構(gòu)建大概念。３.２.１酵母菌種的分離通過資料創(chuàng)設(shè)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(xì)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(zhì)等轉(zhuǎn)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(tài)特征和生化特性。教師設(shè)計相關(guān)問題串并引導(dǎo)：①根據(jù)資料顯示，酒曲是霉菌、酵母菌等微生物及谷物培養(yǎng)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(xué)生思考，提出研究方案。教師給予評價后繼續(xù)設(shè)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?qū)懗龇蛛x酵母菌的基本流程圖。學(xué)生獨立完成流程圖，教師請學(xué)生代表上臺展示，其他學(xué)生糾正、補充和完善，最后教師總結(jié)并呈現(xiàn)完整流程圖（圖２）。⑤分離酵母菌的培養(yǎng)基有何特點？哪些培養(yǎng)基適合用來分離酵母菌？引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)案相關(guān)試題：以下培養(yǎng)基中，哪些適合用來分離酵母菌（）Ａ．豆芽汁培養(yǎng)基：黃豆芽１００ｇ，葡萄糖５０ｇ，瓊脂２０ｇ，水１Ｌ；Ｂ．牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基：牛肉膏５ｇ，蛋白胨１０ｇ，ＮａＣｌ５ｇ，瓊脂２０ｇ，水１Ｌ；Ｃ．ＬＢ培養(yǎng)基：蛋白胨１０ｇ，酵母提取物５ｇ，ＮａＣｌ１０ｇ，瓊脂２０ｇ，水１Ｌ；Ｄ．ＭＳ培養(yǎng)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(jìn)行鑒別？設(shè)計意圖：借助無菌操作，選擇特定的培養(yǎng)基是分離純化酵母菌的前提。本環(huán)節(jié)主要通過教師設(shè)計的問題串引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)情境，通過學(xué)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(fā)現(xiàn)學(xué)生知識層面上的問題并給予指導(dǎo)，以幫助學(xué)生構(gòu)建“獲得純凈的微生物是發(fā)酵工程的基礎(chǔ)”這一重要概念。通過其他學(xué)生質(zhì)疑、糾正、補充完善流程圖，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和質(zhì)疑、合作的科學(xué)精神。３.２.２優(yōu)良酵母菌種的篩選通過設(shè)問創(chuàng)設(shè)小情境２：①經(jīng)分離得到兩株酵母菌，若用于酒精發(fā)酵生產(chǎn)，它應(yīng)該具備哪些優(yōu)良特性？學(xué)生思考、討論，教師匯總：優(yōu)良的酵母菌種往往需要具備較強的繁殖能力、較強的產(chǎn)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(chǎn)酒能力的大小，該如何進(jìn)一步實驗？請?zhí)岢龇桨浮W(xué)生思考討論，教師繼續(xù)設(shè)問引導(dǎo)：③如何表示酵母菌的產(chǎn)酒能力大?。烤凭康亩嗌倏梢酝ㄟ^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(chǎn)酒能力。教師呈現(xiàn)酒精在酸性條件下與重鉻酸鉀反應(yīng)生成的灰綠色物質(zhì)在不同波長下的吸收光譜，引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)案：結(jié)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(yīng)形成的灰綠色物質(zhì)在不同波長下的吸收光譜圖，分析實驗過程中應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)曲線。用蒸餾水配置一系列濃度的酒精標(biāo)準(zhǔn)溶液與重鉻酸鉀反應(yīng)后，用比色計測定，并制作以的標(biāo)準(zhǔn)曲線；第二步：樣品處理。當(dāng)測量的樣品為紅色的黃酒時，需先用活性炭進(jìn)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(xiàn)根據(jù)不同濃度酒精標(biāo)準(zhǔn)溶液測得的吸光度（表１）及通過Ｅｘｃｅｌ繪制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)曲線圖（圖４），并設(shè)問：①當(dāng)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(xué)都是在圖４標(biāo)準(zhǔn)曲線的延長線上取點求酒精含量。教師追問：②當(dāng)表１中的酒精標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度繼續(xù)增大，測得的吸光度與酒精含量還一定呈線性關(guān)系嗎？你是如何理解標(biāo)準(zhǔn)曲線的？③當(dāng)樣品測得的吸光度超過標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍，你會采取什么辦法改進(jìn)？設(shè)計意圖：作為工業(yè)生產(chǎn)中的酵母菌種，往往具備許多優(yōu)良的特性。本環(huán)節(jié)主要依托教材中關(guān)于泡菜中亞硝酸鹽含量的測定方法，復(fù)習(xí)光電比色法使用過程中波長的選擇、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作和實驗對照組的設(shè)定，旨在幫助學(xué)生進(jìn)一步領(lǐng)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(dǎo)學(xué)生認(rèn)識該技術(shù)的本質(zhì)，學(xué)會知識遷移。３.２.３優(yōu)良酵母菌種在釀酒工藝中的應(yīng)用通過圖片創(chuàng)設(shè)小情境３：隨著科技的進(jìn)步，人們可以利用優(yōu)良酵母菌種在大型發(fā)酵罐中工業(yè)化生產(chǎn)酒精。教師呈現(xiàn)釀酒發(fā)酵罐（圖５），請學(xué)生代表闡明發(fā)酵罐各結(jié)構(gòu)的功能。其他小組學(xué)生糾正、補充。并借圖５設(shè)計問題串：①如果想要提高優(yōu)良酵母菌種的利用效率，根據(jù)你所學(xué)的知識，通過什么辦法可以實現(xiàn)這一目的？基于酶的固定化知識學(xué)生自然能想到酵母細(xì)胞的固定化。教師呈現(xiàn)圖６設(shè)問：②請結(jié)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(yōu)點？③為什么釀酒過程中采用固定化細(xì)胞而不是固定化酶？設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)通過學(xué)生介紹發(fā)酵罐各結(jié)構(gòu)的功能，既鍛煉學(xué)生學(xué)會用正確的生物學(xué)術(shù)語表達(dá)生物學(xué)知識的能力，體會學(xué)有所用的滿足感，同時又暴露學(xué)生對發(fā)酵工程相關(guān)概念的理解程度，以便教師調(diào)整教學(xué)進(jìn)程。通過類比酶的固定化引出細(xì)胞固定化的相關(guān)概念，提升學(xué)生的知識遷移能力，通過發(fā)酵罐的構(gòu)造圖、曲線圖，培養(yǎng)學(xué)生識圖、析圖的能力，以幫助學(xué)生構(gòu)建“發(fā)酵工程利用現(xiàn)代工程技術(shù)為人類提供生物產(chǎn)品”這一重要概念。４.教學(xué)反思復(fù)習(xí)課的目標(biāo)不僅包括知識的綜合和應(yīng)用，還有科學(xué)探究能力和理性思維能力的提升。依據(jù)文中的情境可以整合落實的知識內(nèi)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(yōu)良菌種時可通過哪些方法來比