设计制作发酵产品（教师手册）

设计制作发酵产品 教师手册 面向年级：7年级 学科：生物、化学、通用技术 2024年 北京师范大学《基于学科融合的课程设计与评价方法研究》课题组 版权资料，禁止外传 版权资料，禁止外传 学科网（北京）股份有限公司 课程概况 课程概况 跨学科主题名称 利用细菌或真菌制作发酵产品 课程开发者 郭睿、石静静（清华附中奥森校区）周灿（济宁市第七中学） 学科领域 生物、化学、通用技术 面向年级 7年级 课时数 4课时 参考的课程标准 发酵⻝品的制作可以运用传统的发酵技术来完成;发酵⻝品的改良需要运用多学科的知识和方法。例如可以依据乳酸菌代谢所需的环境条件、营养来源、产物，以及蛋白质在不同酸度环境中的状态不同等相关概念，以牛奶、乳酸菌 (或酸奶)为材料，选择恰当的容器，按照乳酸发酵技术的操作规范和程序制作酸奶，测定并分析酸奶的酸度和甜度。 单元设计 一、主题设计表 主题背景 · 传统发酵食品是我国劳动人民的智慧结晶，当前消费者越来越关注健康饮食，发酵食品因其富含益生菌、维生素和酶等健康益处而受到欢迎。发酵食品种类繁多，可以满足不同消费者的口味需求。随着人们对发酵食品健康益处的认识增加，市场对这类产品的需求正在增长。 挑战任务 现在你是一家食品公司的研发科学家，请同学们根据所学的发酵原理等知识，选择自己发酵公司想推出的一款特色发酵产品，初步设计并制作包装一款公司特色发酵产品。 知识概要 （完成任务需要的知识/能力/素养） 学科核心概念 发酵的概念、常见菌种的结构与功能、常见发酵产品的发酵原理、发酵过程中涉及的化学反应、发酵的最适条件、流程的含义、流程设计的基本思想和方法、发酵产物理化性质检测原理和方法、发酵流程注意事项 问题解决的过程与方法 获取信息与分析、流程设计的过程、有效沟通的方法 核心素养 结构与功能、归纳与概括、沟通、协作 二、学习成果设计表 学习成果 一款特色发酵产品 学习成果类型 □实物原型类√ □方案规划类 □表演展示类 □思维外化类 学习成果评估标准 学习成果的评估标准 评估标准指向的知识/能力/素养 发酵产品的色香味及理化指标 发酵产物理化性质检测原理和方法、发酵的概念、发酵产品的发酵原理、发酵的最适条件 发酵产品的介绍能呈现发酵原理和发酵流程 发酵的概念、发酵产品的发酵原理、发酵菌种的结构和功能、发酵过程中涉及的化学反应、发酵的最适条件、流程的含义、流程设计的基本思想和方法、发酵流程注意事项 三、探究鱼骨图 完成这个任务需要经历哪些步骤 知识拓展课 挑战汇报课 第二课时 第四课时 发酵产品知多少？ 特色发酵产品介绍 知识点：常见发酵产品的制作原理 知识点：发酵产物化学检测原理 发酵的概念和发酵的最适条件 发酵过程注意事项 过程方法：获取信息 过程方法：有效沟通 核心素养：归纳与概括 核心素养：沟通协作 情境案例课 设计实践课 第一课时 第三课时 发酵产品有哪些？ 发酵产品设计与制备 知识点：酸奶的制作原理和过程 知识点：流程的含义、流程设计的思想 发酵菌种的结构与功能 常见发酵产品的标准发酵流程 过程方法：获取信息 过程方法：流程设计 核心素养：结构与功能 核心素养：沟通协作 第1课 《发酵产品有哪些？》 1.学习目标与知识点详情 学习目标 知识点 知识点详情 掌握制作酸奶的正确流程 酸奶制作的流程 （1） 酸奶制作的流程 [鲜牛奶1升] → [加热至85-90°C] → [冷却至40-45°C] → [加入酸奶发酵菌种] → [混合] → [发酵8-12小时] → [冷藏至少2小时] → [根据口味调味] → [享用酸奶] 理解酸奶的制作原理 酸奶制作的原理 （二）酸奶制作原理 原料：新鲜牛奶 主要菌种：乳酸菌 化学反应：  C12​H22​O11（乳糖）​→C6​H12​O6​(葡萄糖)+C6​H12​O6​(半乳糖) C6​H12​O6​→2C3​H6​O3​(乳酸) 结果：pH值下降，酪蛋白凝固 理解常见发酵菌种的结构与功能 乳酸菌和酵母菌的结构与功能 （三）乳酸菌 结构：乳酸菌单细胞生物，没有成型的细胞核，只有核糖体，内部含有多种酶。 功能：能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸。 特点：分布广、种类多、繁殖快、极少致病性。 新陈代谢类型：异养厌氧型 （四）酵母菌 结构：单细胞生物，有成型的细胞核，有各种细胞器，内部有多种酶。 功能：能分解糖类为酒精和二氧化碳。 特点：生长周期短、繁殖快、环境适宜出芽生殖 新陈代谢类型：异养兼性厌氧型 掌握获取信息的方法 获取信息的方法 （五）获取可靠科学的信息的方法 1.使用可靠的来源 2.检查作者资质 3.阅读全文 4使用专业搜索引擎 5.交叉验证 2.学习活动过程 学习活动顺序 教师行为及教学设计意图 学生行为及学习发生过程 学习活动1：导入 1.（导入-酸奶的制作过程） 通过展示课外小组同学做酸奶的照片，引导做过酸奶的学生分享酸奶制作的过程，激发学生对发酵产品学习的兴趣。 1-1 酸奶的制作 学生分享做酸奶的过程，小组讨论用流程图的方式梳理该过程，从而掌握做酸奶的正确流程。 （回忆思考） 学习活动2：知识准备-内化 2. （知识准备-内化：酸奶制作的原理）教师讲解酸奶发酵的原理包括发酵所需原材料，发酵所需菌种，发酵过程中的生化反应原理，带领学生理解酸奶制作的流程背后的原理。 教师提出问题：你还知道哪些传统发酵产品，所需菌种是什么？常见发酵菌种的结构和特点是什么？引导学生阅读资料归纳概括，了解常见的发酵产品和常用的发酵菌种。 听教师讲解，理解酸奶发酵的原理 1-2 认识乳酸菌和酵母菌 学生集思广益，思考生活中常见的发酵产品。阅读传统发酵产品的相关资料，总结归纳乳酸菌和酵母菌的结构和特点。（资料分析、获取信息） 学习活动3：知识准备-内化 3.（知识准备-内化：获取科学准确的信息的方法） 教师提出问题：如何判断1-2阅读资料是否准确？如何获取科学的资料信息？引导学生学会运用批判思维辨别真伪，掌握获取科学信息的方法。 小组讨论教师的问题和听教师讲解，掌握获取科学准确的信息的方法。 （辩证思考） 学习活动4：小组协作-外化 4.（小组协作-外化：特色发酵产品初设计）教师提出本单元挑战性任务，引导学生搜集资料，获取准确的信息，小组协作初步设计一款发酵产品,完成任务单1-3，引导学生实现知识的迁移应用。 1-3特色发酵产品的初设计 小组搜集资料，讨论后确定公司的特色发酵产品和完成发酵产品初步设计方案，运用发酵的基础知识和获取信息的方法以及工程学思维解决问题。 .学习评估 1.学习评估方式表 学习目标 评估实施主体 （教师、学生、学习伙伴、系统、其它） 评估内容 （行为表现、方案、作品、试卷、学习单、其它） 数据采集方式 （观察、测验、考试、其它） 评估时间 （教学过程中、教学结束后） 掌握制作酸奶的正确流程 教师 1-1学习单 观察 教学过程中 理解酸奶的制作原理 教师 行为表现 观察 教学过程中 理解常见发酵菌种的结构与功能 教师 1-2学习单 观察 教学过程中 掌握获取信息的方法 教师 1-3学习单、作业 观察 教学过程中和教学结束后 2.学习评估量表 学习目标 新手★ 学徒★★ 熟练★★★ 出色★★★★ 掌握制作酸奶的正确流程 不能说出酸奶制作的流程 需要较多帮助或提示才能说出酸奶制作的流程。 需要较少帮助或提示即可说出酸奶制作的流程。 能够说出酸奶制作的流程。 理解酸奶的制作原理 不能说出酸奶发酵原理。 需要较多帮助或提示才能说出酸奶发酵原理。 需要较少帮助或提示即可说出酸奶发酵原理。 能够说出酸奶发酵原理。 理解常见发酵菌种的结构与功能 不能说出乳酸菌和酵母菌的结构和特点。 需要较多帮助或提示才能说出乳酸菌和酵母菌的结构和特点。 需要较少帮助或提示即可说出乳酸菌和酵母菌的结构和特点。 能够说出乳酸菌和酵母菌的结构和特点。 掌握获取信息的方法 不能获取科学准确的信息 需要较多帮助或提示才能获取科学准确的信息。 需要较少帮助或提示即可获得科学准确的信息。 能够获得科学准确的信息。 4.参考资源 第2课 《发酵产品知多少？》 1.学习目标与知识点详情 学习目标 知识点 知识点详情 理解发酵的概念 发酵的概念 发酵：由微生物（如酵母菌、细菌等）引起的一系列生化反应，这些微生物将有机物质分解或转化，通常在无氧条件下进行。 掌握常见发酵产品的发酵原理 1.酸奶、泡菜发酵原理 2.葡萄酒、米酒制作原理 3.馒头、面包制作原理 1.酸奶、泡菜发酵原理 1.1酸奶 原料：新鲜牛奶 主要菌种：乳酸菌 化学反应：  C12​H22​O11（乳糖）​→C6​H12​O6​(葡萄糖)+C6​H12​O6​(半乳糖) C6​H12​O6​→2C3​H6​O3​(乳酸) 1.2泡菜 原料：新鲜蔬菜 主要菌种：乳酸菌 化学反应：C6​H12​O6​→2C3​H6​O3​(乳酸) 2.葡萄酒、米酒发酵原理 2.1葡萄酒 原料：新鲜的葡萄 主要菌种：酵母菌  化学反应：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2 2.2米酒 原料：大米 主要菌种：酵母菌 化学反应：  (C6H10O5)𝑛+H2O→𝑛C6H12O6(C6​H10​O5​)n​+H2​O→nC6​H12​O6​ C6H12O6→2C2H5OH+2CO2 3.馒头、面包制作原理 原料：面粉、水 主要菌种：酵母菌 化学反应：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2 掌握发酵的最适条件 各种发酵产品所需最适发酵条件 · · 发酵条件： · 1.酸奶：无氧、40°C至42°C、6-10小时 · 2.泡菜：无氧、常温、6-7天 · 3.葡萄酒:先有氧再无氧、28°C至35°C、5-7天 · 4.米酒：先有氧再无氧、25°C-30°C、7-13天 · 5.馒头面包：先有氧再无氧、30°C至35°C、30min-2h · 最适发酵条件的创建原则：确保微生物生长和代谢活动达到最佳状态。 掌握有效沟通的方法 有效沟通的方法 有效沟通的要素有积极倾听、清晰表达、处理异议。 积极倾听的要点有：全心关注对方，给对方反馈，不轻易打断对方回应对方情绪，问对问题，简要复述。 清晰表达的要点有：使用普通话，内容简练清晰，注意肢体语言避免指责，区分事实与观点。 处理异议的要点有：认可和赞美，陈述事实，换位思考，委婉建议。 2.学习活动过程 学习活动顺序 教师行为及教学设计意图 学生行为及学习发生过程 学习活动1：导入 1.（导入-展示各组任务单1-3） 教师根据学生提交的挑战任务单1-3，指导评价各组的初设计，让学生对其它发酵产品的发酵原理有初步的了解。 学生阅读其它组的发酵产品设计方案，聆听教师评价，初步掌握其它发酵产品的发酵原理，以及为自己组的设计方案改进奠定基础。 （聆听借鉴） 学习活动2：知识准备-内化 2.（知识准备-内化：常见发酵产品的发酵原理） 教师引导学生阅读资料分析总结常见发酵产品的发酵原理和发酵中的化学反应变化。从生物和化学的角度理解发酵的本质，实现生物和化学跨学科的知识融合。 2-1 阅读资料分析总结 学生阅读资料，分析总结并聆听教师讲解，学习各种发酵产品的发酵的原理。（分析实例、归纳总结） 学习活动3：知识准备-内化 3.（知识准备-内化：发酵的概念和最适条件） 引导学生小组讨论构建发酵的概念，提升学生归纳概括的能力，并提出问题小组讨论咸菜是不是发酵产品，检测学生对发酵概念的理解。最终引导学生总结归纳发酵最适条件的创建原则。 2-2 构建发酵的概念，总结创建最适发酵条件的原则 小组讨论概括发酵的概念。学生小组讨论咸菜是否是发酵产品，实现对发酵概念的深化理解。归纳总结最适发酵条件的创建原则。（归纳概括、概念厘清） 学习活动4：小组协作-外化 4.（小组协作-外化：特色发酵产品再设计） 教师讲解高效沟通的方法，引导学生有效沟通，修订完善发酵产品初设计单。 2-3特色发酵产品的再设计 学生聆听学习高效沟通的方法，利用上述所学知识，高效讨论再次修订特色发酵产品的设计方案。（有效沟通） .学习评估 1.学习评估方式表 学习目标 评估实施主体 （教师、学生、学习伙伴、系统、其它） 评估内容 （行为表现、方案、作品、试卷、学习单、其它） 数据采集方式 （观察、测验、考试、其它） 评估时间 （教学过程中、教学结束后） 理解发酵的概念 教师 2-2学习单 观察 教学过程中 掌握常见发酵产品的发酵原理 教师 2-1学习单 观察 教学过程中 掌握发酵的最适条件 教师 2-2 学习单 观察 教学过程中 掌握有效沟通的方法 教师 2-3学习单、行为表现 观察 教学过程中和教学结束后 2.学习评估量表 学习目标 新手★ 学徒★★ 熟练★★★ 出色★★★★ 理解发酵的概念 不能说出发酵的概念 需要较多帮助或提示才能说出发酵的概念。 需要较少帮助或提示即可说出发酵的概念。 能够准确说出发酵的概念。 掌握常见发酵产品的发酵原理 不能说出常见发酵产品的发酵原理。 需要较多帮助或提示才能说出常见发酵产品的发酵原理。 需要较少帮助或提示即可说出常见发酵产品的发酵原理。 能够说出常见发酵产品的发酵原理。 掌握发酵的最适条件创建原则 不能说出发酵的最适条件的创建原则 需要较多帮助或提示才能说出发酵的最适条件的创建原则。 需要较少帮助或提示即可说出发酵的最适条件的创建原则。 能够说出发酵的最适条件的创建原则。 掌握有效沟通的方法 不能够和同学沟通 能够和少部分同学沟通 能够和大部分同学有效沟通 能够和所有同学有效沟通 4.参考资源 第3课 《发酵产品设计与制作》 1.学习目标与知识点详情 学习目标 知识点 知识点详情 理解流程的含义 时序、环节、流程的含义 时序：时间上的先后顺序。有的可颠倒、有的不可颠倒。 环节：把完成某个具体目标、组成某项生产或某个活动过程的若干阶段或小的过程称为环节。 流程：是一项活动或一系列连续有规律的事项或一种行为进行的程序。 掌握流程设计的思想 流程设计的表达方式和设计方法 常见的流程表达方式：文字、表格、图示、模型、动画 流程设计方法：先确定时序再划分环节最后用文字、表格、图示、模型、动画等绘制流程图。 掌握常见发酵产品的标准发酵流程 常见发酵产品的发酵流程 [原材料] → [加入菌种或自带菌种] → [控制适宜温度和条件] → [发酵装置发酵] → [控制发酵时长] →[根据口味调味] → [发酵产物检测] → [包装发酵产品] 掌握小组高效协作的方法 小组高效协作的方法 1.明确目标 2.了解成员优势 3.合理分配任务 4.角色定义 5有效沟通 6.制定时间表： 7.灵活调整： 2.学习活动过程 学习活动顺序 教师行为及教学设计意图 学生行为及学习发生过程 学习活动1：导入 1.（导入-酸奶制作流程） 展示各组提交的酸奶制作流程任务单，教师评价，提出问题如何设计高效准确的流程图，激发学生学习流程设计原则的兴趣。 小组同学观察各组酸奶的制作流程的任务单，互评和听老师讲解，思考如何优化流程，设计高效准备的流程图。（聆听思考） 学习活动2：知识准备-内化 2.（知识准备-内化：时序、环节、流程的含义） 教师讲解流程设计相关概念，引导学生掌握通用技术中有关流程设计的知识。教师讲解小组高效协作的方法，为小组协作制作发酵产品做铺垫。 学生聆听，总结流程设计的原则，掌握小组高效协作的方法。（聆听总结） 学习活动3：小组协作-外化 3.（小组协作-外化：发酵产品制作的标准流程） 教师组织各小组同学有效沟通，讨论绘制本组发酵产品制作流程图和填写小组合作分工表，引导学生学以致用，掌握流程设计的原则和小组高效协作的方法。 3-1绘制本组发酵产品的制作流程 小组同学绘制本组发酵产品的制作流程，完成学习单3-1，填写小组高效协作分工表，完成学习单3-2.运用流程设计知识解决现实问题（沟通交流） 学习活动4：小组协作-外化 4.（小组协作-外化：制作发酵产品） 教师组织各小组同学利用提前准备的发酵材料和发酵装置，依据刚设计的制作流程，开始动手制作发酵产品。实现让学生“做中学”，培养学生合作沟通，科学思维，动手操作的能力，落实培养学生的生物学的核心素养要求。 3-2特色发酵产品的制作 小组同学动手操作制作发酵产品，课后完成学习单3-3，将制作过程拍照记录。提高小组同学有效合作，动手操作的能力。（沟通交流、实验探究） .学习评估 1.学习评估方式表 学习目标 评估实施主体 （教师、学生、学习伙伴、系统、其它） 评估内容 （行为表现、方案、作品、试卷、学习单、其它） 数据采集方式 （观察、测验、考试、其它） 评估时间 （教学过程中、教学结束后） 理解流程的含义 教师 行为表现 观察 教学过程中 掌握流程设计的思想 教师 行为表现 观察 教学过程中 掌握常见发酵产品的标准发酵流程 教师 3-1学习单 观察 教学过程中 掌握小组高效协作的方法 教师 3-2、3-3学习单、行为表现 观察 教学过程中和教学结束后 2.学习评估量表 学习目标 新手★ 学徒★★ 熟练★★★ 出色★★★★ 理解流程的含义 不能说出流程的概念 需要较多帮助或提示才能说出流程的概念。 需要较少帮助或提示即可说出流程的概念。 能够准确说出流程的概念。 掌握流程设计的思想 不能说出流程设计的原理。 需要较多帮助或提示才能说出流程设计的原则。 需要较少帮助或提示即可说出流程设计的原则。 能够说出流程设计的原则。 掌握常见发酵产品的标准发酵流程 不能说出本组发酵产品制作的标准流程。 需要较多帮助或提示才能说出本组发酵产品制作的标准流程。 需要较少帮助或提示即可说出本组发酵产品制作的标准流程。 能够说出本组发酵产品制作的标准流程。 掌握小组高效协作的方法 不能够说出小组高效协作的方法 需要较多帮助或提示才能说出小组高效协作的方法。 需要较少帮助或提示即可说出小组高效协作的方法。 能够说出小组高效协作的方法。 4.参考资源 第4课 《特色发酵产品的介绍》 1.学习目标与知识点详情 学习目标 知识点 知识点详情 掌握发酵产物检测原理 发酵产物的检测原理 1.乳酸检测方法：pH试纸或仪器检测溶液酸碱度 2.酒精检测原理：在酸性条件下，重铬酸钾作为氧化剂，能够将乙醇氧化为乙酸，同时自身被还原为3价铬离子，溶液的颜色由橙红色变为绿色。 3.二氧化碳检测方法：观察气泡的产生、观察澄清石灰水是否变浑浊。 4.亚硝酸盐检测原理：当亚硝酸盐存在时，它可以在酸性条件下与格里斯试剂（氨基苯磺酸和N-(1-萘基)-乙二胺二盐酸盐）反应，生成玫瑰红色的偶氮化合物，通过比色可以判断亚硝酸盐的存在和含量 掌握发酵过程的注意事项 发酵过程的注意事项 1.注意无菌操作 2.注意温度控制 3.通风与供氧控制 4.接种量控制 5.发酵时间控制 6.注意发酵产物检测 掌握常见发酵产品的标准发酵流程 常见发酵产品的发酵流程 [原材料] → [加入菌种或自带菌种] → [控制适宜温度和条件] → [发酵装置发酵] → [控制发酵时长] →[根据口味调味] → [发酵产物检测] → [包装发酵产品] 2.学习活动过程 学习活动顺序 教师行为及教学设计意图 学生行为及学习发生过程 学习活动1：导入 1.（导入-各组发酵产品实物和观测记录单） 教师讲解发酵产物的检测原理，并展示各组的发酵产品实物和观测记录单，组织各小组依据评分表4-1互评。 4-1评价发酵产品 小组同学互评，掌握发酵产物的检测原理方法和发酵产品的评分标准。 学习活动2：小组汇报-外化 3.（小组汇报-外化：发酵产品制作原理和发酵流程） 教师组织各小组依据学习单4-2的要求汇报介绍本组的特色发酵产品。引导学生掌握发酵的生物学和化学以及通用技术学科的相关知识。 4-2小组介绍本公司推出的特色发酵产品 小组同学依据学习单4-2完成汇报内容，互相学习其它组的成功经验。反思不足。 学习活动3：交流总结 3.（小组总结：发酵过程的注意事项，发酵产品制作的一般流程） 教师组织小组同学完成学习单4-3，4-4，组织学生总结发酵过程的注意事项，发酵产品制作的一般流程和传统发酵产品的优点和不足。尝试设计公司大规模生产发酵产品的思路，进行单元学习小结。 4-3和4-4学习小结 小组同学总结本单元学习收获，初步尝试用工程学思想解决大规模生产发酵产品的难题。 .学习评估 1.学习评估方式表 学习目标 评估实施主体 （教师、学生、学习伙伴、系统、其它） 评估内容 （行为表现、方案、作品、试卷、学习单、其它） 数据采集方式 （观察、测验、考试、其它） 评估时间 （教学过程中、教学结束后） 掌握发酵产物检测原理 教师 学习单3-3 观察 教学结束后 掌握发酵过程的注意事项 教师 学习单4-3、4-4 观察 教学过程中 掌握常见发酵产品的标准发酵流程 教师 学习单4-1和学习单4-2、行动表现 观察 教学过程中和教学结束后 2.学习评估量表 学习目标 新手★ 学徒★★ 熟练★★★ 出色★★★★ 掌握发酵产物检测原理 不能说出发酵产物检测的原理 需要较多帮助或提示才能说出发酵产物检测的原理 需要较少帮助或提示即可说出发酵产物检测的原理 能够准确说出发酵产物检测的原理 掌握发酵过程的注意事项 不能说出发酵过程的注意事项 需要较多帮助或提示才能说出发酵过程的注意事项 需要较少帮助或提示即可说出发酵过程的注意事项 能够说出发酵过程的注意事项 掌握常见发酵产品的标准发酵流程 不能说出发酵产品的标准发酵流程 需要较多帮助或提示才能说出发酵产品的标准发酵流程 需要较少帮助或提示即可说出发酵产品的标准发酵流程 能够说出发酵产品的标准发酵流程 4.参考资源 $$