1.1传统发酵技术的应用教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

优秀教案系列 第1章　发酵工程 教材分析 从本模块涉及的发酵工程、细胞工程、基因工程等内容来看,发酵工程的原理相对直观易懂,且学生对发酵技术的实际应用也有一定的了解,因此本模块开篇即聚焦于发酵工程这一章,旨在通过较为简单的引入,逐步深化学生理解。 本章共有3节。第1节介绍“传统发酵技术的应用”,这节的内容巧妙地与学生的生活经验联系起来,借助学生在必修1中学过细胞呼吸的原理,为发酵技术的学习铺设了很好的基础。教材在第1节正文结尾时,通过讨论传统发酵技术应用面临的局限性,如存在由菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程缺乏控制标准所造成的产品品质不一等问题需要解决,由此自然过渡到第2节“微生物的培养技术及应用”。第2节的核心内容是微生物的纯培养技术,这不仅是发酵工程的核心技术,也是理解发酵工程基本环节的知识基础,因此第2节起到承上启下的作用。微生物的纯培养技术应用于工程开发,可以获得巨大的经济效益。第3节“发酵工程及其应用”则以青霉素的生产成本和价格因发酵工程的应用而大大降低的现实案例作为开篇,激发学生追问发酵工程的好奇心,由此引入本节的学习,继而深入探讨对发酵工程的基本环节的分析讨论,详细介绍发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业以及其他方面的应用。 与高中生物学其他模块相比,本模块在发展学生核心素养方面展现出一定的独特性:在生命观念方面,本模块重点侧重于引导学生应用之前几个模块建立的生命观念来解决实际问题;在科学思维、科学探究方面,本模块重点在于培养学生的技术思维、工程思维并让学生进行工程技术实践,同时也有一定的科学思维训练价值;在社会责任方面,本模块鼓励学生深入思考生物科学、生物技术与社会的关系,运用有关科学技术指导生活和生产实践,并关注生物技术应用可能带来的安全性和伦理问题。 本章作为本模块的开篇,不仅对技术思维和工程思维的训练提供了方法,还通过对生物科学、生物技术与社会关系的分析,为后续章节进一步发展学生的思维、提升学生的社会责任意识奠定基础。本章介绍的培养基配制、灭菌等操作,也是细胞工程需要的技术,学生学习这些技术,可以为后面的学习奠定基础。 学情分析 在初中阶段学生已经学习过微生物的有关知识,观察过发酵现象;在必修1中学习关于细胞呼吸的内容时,了解过乳酸发酵、酒精发酵的反应式;在日常生活中,也会经常接触到发酵食品,如酸菜、白酒、醋等。因此,学生在学习本章内容时,具有较好的生活经验与知识基础。学生对含有柠檬酸的饮料、抗生素等发酵工程相关产品并不陌生,追问这些产品是怎样生产的,可以自然地进入发酵工程基本环节的学习。 重点难点 重点:1.微生物发酵的基本原理。 2.制作泡菜、果酒和果醋。 3.微生物纯培养的基本操作要求,微生物选择培养的原理。 4.酵母菌的纯培养。 5.土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。 6.发酵工程的基本环节、发酵工程的应用。 难点:1.制作泡菜、果酒和果醋。 2.酵母菌的纯培养。 3.土壤中分解尿素的细菌的分离和计数。 4.发酵工程的基本环节。 课时安排 本章三节内容建议5课时完成 “第1节　传统发酵技术的应用”建议安排2个课时,第1课时完成泡菜制作的学习,第2课时完成果酒和果醋制作的学习。 “第2节　微生物的培养技术及应用”建议安排2个课时,第1课时完成微生物的基本培养技术的学习,第2课时完成微生物的选择培养和计数的学习。 “第3节　发酵工程及其应用”建议安排1个课时,完成发酵工程的基本环节的学习及其应用。 第1章　发酵工程 第1节　传统发酵技术的应用 教学分析 · 教学目标 1.简述传统发酵技术的特点,说出常见的传统发酵食品。 2.概述微生物发酵的基本原理。 3.尝试制作泡菜、果酒和果醋,发现传统发酵技术的优点与不足。 · 评价目标 1.生命观念:认识不同种类微生物的应用,理解相关微生物的代谢类型。 2.科学思维:通过分析制作传统发酵食品的实例,建构传统发酵技术的概念,归纳传统发酵技术的优点和缺点,认同传统发酵食品是我国传统饮食文化的重要组成部分。 3.科学探究:运用发酵原理,设计利用天然菌种制作泡菜、果酒和果醋的实验并对实验结果进行分析和评价。 4.社会责任:关注食品安全,养成健康的生活方式。 · 教学重难点 1.微生物发酵的基本原理。 2.制作泡菜、果酒和果醋。 · 教学方法 讲授法、讨论法、列表归纳法等。学生自主学习、合作探究。 · 课时安排 2课时 · 教学准备 多媒体,学案,PPT等。 教学设计 导入新课 【师】“葡萄美酒夜光杯,欲饮琵琶马上催。醉卧沙场君莫笑,古来征战几人回。”(唐·王翰)诗中提及的葡萄酒是人类利用微生物发酵制作出来的。通过微生物的发酵作用还可以制作葡萄醋。葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品,为什么一个是醇厚浓郁、耐人寻味的酒,一个却是酸味柔和、口感绵长的醋呢?它们的制作方法有什么不同? 【生】葡萄酒和葡萄醋都由葡萄发酵而来,但是一个经酵母菌的无氧呼吸产生了酒精,另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸,因此口感和味道不同。 【师】从传统发酵技术到发酵工程:约9 000年前,我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。1857年,巴斯德通过实验证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。1897年,科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。之后的30多年间,微生物的分离和纯化技术得到了应用,发酵生产的工艺和设备不断完善,传统的固体发酵开始向半固体发酵和液体发酵演变,作坊式的手工生产向近代工业化生产方向发展。20世纪40年代,科学家在厌氧发酵技术的基础上,建立了深层通气液体发酵技术。20世纪60年代,科学家通过人工诱变特定微生物,获得了具有更高生产能力的突变类型。20世纪70年代以后,基因工程和细胞工程等的发展,使发酵工程进入了定向育种的新阶段。20世纪80年代,科学家开始运用数学、动力学、化学工程原理以及计算机技术对发酵过程进行综合研究,以更加合理地控制发酵过程。目前,人类已经能够自动记录和控制发酵过程的全部参数。 (设计意图:以我国唐代诗人王翰的诗引入本节课的学习,既让学生加深了对我国优秀的传统文化的认识,又能让学生体会到我国古人的聪明和智慧,从而加深学生的民族自豪感。) 讲授新课 探究一　发酵与传统发酵技术 1.发酵 【师】什么是发酵? 【生】发酵是指人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。 【师】发酵的原理是什么? 【生】不同的微生物具有产生不同代谢物的能力,因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。 【师】发酵的类型有哪些? 【生】根据是否需氧分为需氧发酵(醋酸发酵、谷氨酸发酵)和厌氧发酵(酒精发酵、乳酸发酵),根据培养基的物理性质不同分为固体发酵、半固体发酵和液体发酵。 2.传统发酵技术 【师】传统发酵技术的概念是什么? 【生】直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。 【师】传统发酵技术的主要类型有哪些? 【生】以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主。 【师】举例说明利用传统发酵技术制作的食品有哪些? 【生】腐乳、酱、酱油、醋、泡菜、豆豉。 3.腐乳 【师】参与腐乳制作的微生物主要有哪些? 【生】毛霉、曲霉、酵母。 【师】毛霉有哪些特点? 【生】毛霉是丝状真菌,孢子生殖,代谢类型为异养需氧型,生长的最适温度为15~18 ℃。 【师】制作腐乳的原理是什么? 【生】在豆腐的发酵过程中,豆腐中的蛋白质被毛霉等微生物分解成小分子的肽和氨基酸。 探究二　尝试制作传统发酵食品 菌种名称 生物分类 代谢类型 适宜温度 繁殖方式 发酵对氧的需求 乳酸菌 原核生物 异养厌氧 18~20 ℃ 二分裂 密闭不需氧 酵母菌 真核生物 异养兼 性厌氧 28 ℃ 出芽生殖 前期需氧后期不需氧 醋酸菌 原核生物 异养好氧 30~35 ℃ 二分裂 一直需氧 1.制作泡菜 【师】制作泡菜的原理是什么? 【生】乳酸菌在无氧条件下将葡萄糖分解成乳酸,反应简式如下: C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量 【师】泡菜的制作方法是什么? 【生】制作传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌来进行发酵的。发酵期间,乳酸会不断积累,当它的质量分数为0.4%~0.8%时,泡菜的口味、品质最佳。 【师】制作泡菜需要哪些材料用具? 【生】食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其他香辛料、泡菜坛或其他密封性良好的罐子等。 【师】泡菜的制作流程是怎样的? 【生】(1)用清水和食盐配制质量分数为5%~20%的盐水,并将盐水煮沸,冷却待用。(2)将新鲜蔬菜洗净,切成块状或条状,混合均匀,晾干后装入泡菜坛内;装至半坛时,放入蒜瓣、生姜及其他香辛料,继续装至八成满。(3)将冷却好的盐水缓缓倒入坛中,使盐水没过全部菜料,盖好坛盖。(4)向坛盖边沿的水槽中注满水,并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水,根据室内温度控制发酵时间。 2.制作果酒和果醋 【师】果酒发酵的原理是什么? 【生】酵母菌在无氧条件下将糖分解成酒精,反应简式如下: C6H12O62C2H5OH (酒精)+2CO2+能量 【师】果醋发酵的原理是什么? 【生】醋酸菌在O2、糖源都充足时,通过复杂的化学反应将糖分解成醋酸,反应简式如下: C6H12O6+2O22CH3COOH(乙酸)+2CO2+2H2O+能量 当缺少糖源时,将乙醇变为乙醛,再将乙醛变为乙酸,反应简式如下: C2H5OH+O2CH3COOH(乙酸)+H2O+能量 【师】制作果酒和果醋的实验原理是什么? 【生】许多新鲜水果(如葡萄)的果皮表面附着有大量的不同种类的野生酵母菌。在这些酵母菌的作用下,水果可以发酵成果酒。在有氧的条件下,果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。 【师】制作果酒和果醋的材料用具有哪些? 【生】新鲜的水果、洗洁精、体积分数为70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等。 【师】制作果酒和果醋的具体流程是怎样的? 【生】(1)将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净,并用体积分数为70%的酒精消毒,晾干备用。(2)取新鲜葡萄,用清水冲洗1~2次,再去除枝梗和腐烂的籽粒,沥干。(3)用榨汁机榨取葡萄汁,将葡萄汁装入发酵瓶中(注意:要留有大约1/3的空间),盖好瓶盖。(4)将温度控制在18~30 ℃进行发酵。在发酵过程中,每隔12 h左右将瓶盖拧松一次(注意:不是打开瓶盖),此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10~12 d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行监测。(5)当葡萄酒制作完成后,打开瓶盖,盖上一层纱布,进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30~35 ℃,时间为7~8 d。 评价反馈 在实践中探索出最佳的制作工艺。 课堂小结 布置作业 完成学案中的核心素养专练。 教学反思 本节课在介绍发酵与传统发酵技术时,特别结合了我国传统饮食文化。在本节课开始时,先介绍了我国古代劳动人民制作的葡萄酒、腐乳等食物,反映了发酵产品已经融入了我国传统文化和人们的饮食生活。在本节课结尾,介绍了传统发酵制作与工业上大规模发酵生产的区别,“到社会中去”进一步引导学生就此问题进行思考,从而为介绍现代发酵工程的有关内容做铺垫。 板书设计 第1节　传统发酵技术的应用 一、发酵与传统发酵技术 1.发酵 2.传统发酵技术 二、尝试制作传统发酵食品 1.制作泡菜 2.制作果酒和果醋 备课资源 泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素 泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的主要因素可能有泡菜原料中硝酸盐含量和泡菜制作过程中添加的食盐浓度。 发酵初期,泡菜中的微生物生长很快,微生物将蔬菜中的硝酸盐还原成亚硝酸盐,与此同时,蔬菜中的酚类物质和维生素C等物质也会将亚硝酸盐还原,但总体来说,生成的亚硝酸盐大于被还原的亚硝酸盐,因此,随着发酵的进行,亚硝酸盐的含量会逐步上升。随着微生物代谢活动的持续进行,氧气被消耗殆尽,泡菜坛中的环境不利于除乳酸菌以外的其他微生物的生长。与此同时,蔬菜中的硝酸盐含量由于被氧化而减少,因此,亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。 食盐浓度也会对泡菜中的亚硝酸盐含量产生影响。有研究发现,3%的食盐浓度所制作的泡菜,经过13 d发酵后,泡菜中的亚硝酸盐含量相对较高,低浓度的食盐溶液可能对微生物生长的抑制作用较小,而7%的食盐溶液则对微生物的生长有较大的抑制作用,因此,高浓度的食盐所制作的泡菜中的亚硝酸盐含量较低。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$