1.2发酵工程为人类提供多样化生物产品（第一课时）教学设计2026-2027学年高二下学期生物沪科版选修三

该高中生物学教学设计聚焦传统发酵食品的微生物代谢规律、条件控制及探究实验，通过古埃及葡萄酒壁画、酱油工艺流程图等传统文化情境导入，承接前一节微生物分离、培养基等基础，搭建“传统发酵发展史-代谢原理-探究实验”的学习支架。 特色在于融合文化传承与科学实践，以米曲霉分解大豆生成鲜味物质体现生命观念的物质与能量观，通过果酒果醋发酵条件对比培养科学思维，分步拆解酸奶制作实验规范操作提升科学探究能力，帮助学生构建知识体系与实验技能，为教师提供情境化、结构化的教学支持。

教学设计 课程名称 发酵工程为人类提供多样化生物产品（第一课时） 选用教材 高中生物沪科版选修三 教学章节 第一章第二节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节承接 1.1 纯种微生物分离、培养基、无菌灭菌全部基础理论，以我国传统发酵工艺为切入点，依托酱油制作工艺流程图、古埃及葡萄酒壁画、果酒果醋流程示意图、两套完整探究实验文本展开教学，先梳理我国四千余年传统发酵发展历史，依次讲解酱油、果酒、果醋、酸奶四类生活常见发酵食品对应的微生物种类、物质转化路径、发酵温度与氧气控制条件；区分巴氏消毒与高压蒸汽灭菌的适用场景、操作参数；完整拆解探究实验 1-4 果酒果醋制作、探究实验 1-5 酸奶制作的原料处理、灭菌、接种、恒温培养、成品鉴定全流程；搭配教材思考讨论题、成品鉴定指标表格，串联家庭、作坊传统固态、液态发酵场景，搭建 “传统发酵发展史→四类食品发酵代谢原理→两套食品发酵实操实验” 完整知识体系，落实物质能量观、生活化实验探究、食品健康环保社会责任，为后两课时现代工业发酵罐、发酵工程多领域应用铺垫生活实践基础。 二、学情分析 1. 知识基础 学生必修一掌握细胞有氧、无氧呼吸完整代谢反应，知晓酵母菌无氧产乙醇、乳酸菌无氧产乳酸基础过程；前一节系统学习微生物五大营养、培养基分类、灭菌与消毒、平板划线分离技术；日常生活长期食用酱油、葡萄酒、酸奶等发酵食品，但无法将细胞呼吸代谢与食品发酵工艺完整结合；不熟悉醋酸菌严格好氧、酵母菌兼性厌氧、乳酸菌严格厌氧三类微生物差异化氧气需求；完全不了解巴氏消毒 62℃维持 30min 的操作标准，分不清巴氏消毒与高压蒸汽灭菌杀灭微生物的范围；缺少完整家庭式果酒、酸奶发酵实操流程设计思路，不清楚发酵全程控温、排气、防杂菌污染核心操作要点。 2. 能力基础 高二学生具备基础流程图、古画实景识图能力，能简单识别流程分步节点，但图文转化逻辑建模能力薄弱，无法依托果酒果醋流程图完整梳理葡萄糖→乙醇→乙酸逐级物质转化链条；缺少根据菌种呼吸类型自主调控发酵密封、通气条件的推理能力；面对多步骤食品发酵实验，难以自主拆分原料清洗灭菌、降温接种、恒温发酵、感官鉴定细分操作，容易忽略温度、氧气、无菌环境三大控制变量；小组讨论仅能零散说出碎片化生活经验，无法系统对比四类传统发酵食品的菌种、温度、氧气差异，需要教师搭配对比表格分步引导归纳。 3. 认知基础 学生存在大量典型认知误区：第一，认为果酒、果醋全程都需要完全密封，不理解醋酸发酵阶段必须持续通入空气；第二，误以为所有发酵都需要高温加热，忽略乳酸菌高温会失活，接种前必须冷却至 45℃；第三，混淆巴氏消毒和灭菌，认为巴氏消毒能彻底杀灭全部芽孢；第四，制作果酒时装满发酵瓶，不预留 1/3 空间，不了解发酵产气会造成瓶身膨胀破裂；第五，发酵全程不进行排气操作，密闭环境积累大量二氧化碳抑制酵母菌增殖；第六，认为酱油风味仅来自大豆原料，不理解米曲霉分解大分子有机物生成各类风味小分子物质。 三、教学目标 1. 生命观念（物质与能量观） 不同微生物呼吸代谢类型存在固定差异，酵母菌兼性厌氧，有氧条件下增殖、无氧条件下分解葡萄糖生成乙醇；醋酸菌严格好氧，持续供氧可将乙醇氧化转化为乙酸；乳酸菌严格无氧，密闭低温环境分解乳糖生成乳酸；传统发酵工艺人为调控温度、氧气、pH，引导微生物分解原料中大分子糖类、蛋白质，转化为风味小分子物质，全程完成有机物分解、化学能释放与物质重组，体现微生物代谢对环境条件的适应性，遵循生态系统物质循环规律。 2. 科学思维 依托酱油工艺流程图、古埃及葡萄酒壁画、果酒果醋流程示意图、发酵瓶装置示意图、成品鉴定表格，归纳四类传统发酵食品对应的菌种、适宜温度、氧气控制方式；横向对比酵母菌、醋酸菌、乳酸菌呼吸方式、代谢产物、环境需求差异；结合发酵原料、菌种代谢特征，推理密封、定期排气、原料消毒、控温等操作的底层原理，预判高温、杂菌污染、氧气失衡对发酵成品风味、品质的干扰，建立 “菌种代谢需求→发酵环境调控→成品品质预判” 完整实验逻辑链条。 3. 科学探究 熟练掌握探究实验 1-4 果酒果醋完整制作流程，规范完成水果破碎榨汁、发酵瓶灭菌、酵母菌接种、18~25℃密闭发酵定期排气、醋酸菌接种通气发酵、成品感官鉴定全套操作；熟练掌握探究实验 1-5 酸奶制作完整流程，精准完成奶粉溶解、85℃水浴消毒、冷却至 45℃接种乳酸菌、40~42℃恒温发酵、低温后熟每一步规范操作；能对照成品鉴定指标表格，自主判断发酵成品是否达标，分析杂菌污染、温度失控带来的实验故障并提出解决办法。 4. 社会责任 认识传统发酵是我国传承数千年的食品加工智慧，合理控温、密闭灭菌、规范排气能够减少食品霉变变质，降低食品添加剂使用；掌握家庭发酵实操技能，能自主制作安全无添加发酵食品；理解巴氏消毒等温和灭菌手段在食品加工中的广泛应用，规避生食、发酵不完全带来的肠胃致病菌感染风险；发酵实验结束后妥善处理发酵废液、剩余菌种，避免杂菌扩散污染生活环境，树立安全、健康、环保的食品生产生活观念。 四、教学重难点 重点 1. 酵母菌、醋酸菌、乳酸菌代谢类型，果酒、果醋、酸奶发酵温度、氧气控制条件； 2. 探究实验 1-4 果酒果醋制作完整操作步骤，发酵瓶排气、通气关键操作； 3. 探究实验 1-5 酸奶制作消毒、降温接种、恒温发酵核心规范； 4. 巴氏消毒的操作条件、适用范围，与高压蒸汽灭菌的区分。 难点 1. 结合兼性厌氧、严格好氧代谢特点，解释果酒密封、果醋通气差异化操作逻辑； 2. 酸奶制作消毒后降温至 45℃接种的原理，温度对乳酸菌活性的影响； 3. 结合米曲霉代谢，分析大豆小麦发酵生成酱油独特风味的物质转化过程。 五、教学方法  传统文化情境导入法：依托古埃及葡萄酒壁画、我国酱油传统酿造实景，结合生活餐桌发酵食品创设生活化传统文化情境；  图文分层讲授法：利用各类发酵流程图、装置示意图、实景壁画分层拆解发酵代谢、实验操作理论；  横向对比归纳教学法：设计空白对比表格，引导学生分组对比三类发酵微生物、两类灭菌手段、四类发酵食品的核心差异；  实验分步拆解实操教学法：逐段拆解果酒果醋、酸奶两套探究实验细分操作，标注温度、无菌、氧气关键控制变量；  递进问题链驱动法：设置阶梯式思考讨论题，由浅入深引导学生推导微生物代谢与发酵操作的内在联系。 六、教学资源 教材配套图文素材：酱油制作工艺流程图片、古埃及葡萄酒酿造壁画图片、果酒果醋制作流程示意图、发酵瓶装置示意图、果酒鉴定指标表格；配套文本：酱油酿造三道思考讨论题、探究・实验 1-4 果酒和果醋的制作完整文本、探究・实验 1-5 酸奶的制作完整文本、巴氏消毒学习提示文本。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 传统文化生活情境导入，梳理课时学习主线（6 分钟）  生活案例导入：我们日常餐桌的酱油、米酒、酸奶、果醋全部依靠传统微生物发酵工艺生产，我国早在四千年前龙山文化时期就已经掌握酿酒发酵技术，古埃及三千年前就有葡萄酿酒完整工艺记载。上一节课我们学习了纯种微生物分离、培养基、无菌灭菌，本节课我们从传统食品发酵入手，学习酱油、果酒、果醋、酸奶四类发酵食品对应的微生物代谢规律，再完成两套家庭可操作的发酵探究实验。  出示酱油制作工艺流程图片 完整展示米曲霉制曲、发酵浸泡、浸出原酱完整三步工艺，同步读出教材页面三道思考讨论题： （1）根据已有知识分析，米曲霉在发酵制备酱油的过程中起了什么作用？ （2）在发酵池发酵制备酱油的过程中，必须控制哪些条件才能满足米曲霉和酵母的发酵？ （3）为什么大豆、小麦等原料经过发酵，能产生酱油特有的鲜味？  在黑板清晰板书本节课三大学习板块：第一，传统发酵发展历史与酱油发酵原理；第二，果酒、果醋发酵菌种、代谢、控温通气规则；第三，两套探究实验：果酒果醋制作、酸奶制作。  主动回忆必修细胞呼吸、上节课微生物营养灭菌旧知识，带着米曲霉如何分解大豆原料、果酒果醋氧气控制、酸奶发酵温度要求四类核心疑问进入新课学习。  观看酱油工艺流程图片，四人小组自由交流三道课堂讨论题，结合生活酿造经验，初步猜想微生物发酵分解大分子原料产生鲜味小分子物质，完整记录本课时三大学习板块框架。 环节二 模块 1 传统发酵发展史与酱油发酵原理（10 分钟）  讲解传统发酵发展脉络：我国龙山文化时期出现黄酒酿造；古埃及公元前 3000 年掌握葡萄酿酒；19 世纪巴斯德证实酵母菌是果酒发酵核心微生物，同时提出巴氏消毒技术。出示古埃及葡萄酒酿造壁画图片 讲解壁画完整记录采摘葡萄、压榨、发酵储存全流程，印证发酵技术拥有数千年悠久发展历史。  细致拆解酱油发酵菌种米曲霉的代谢作用：米曲霉可以分泌蛋白酶、淀粉酶，将大豆、小麦中大分子蛋白质、淀粉分解为小分子氨基酸、还原糖，氨基酸带来酱油独特鲜味；发酵体系中酵母菌同步代谢生成醇类、酯类风味物质，多重小分子物质共同形成酱油复合风味。  递进提问引导学生思辨：米曲霉分解大豆大分子有机物需要控制哪些温度、水分条件？如果发酵过程完全隔绝空气，米曲霉能否正常增殖分解原料？  组织学生四人小组合作，绘制五大营养物质对比简易表格，梳理每类营养的功能、常用原料、适配微生物类型。  观看古埃及葡萄酒壁画、酱油工艺流程图片，完整抄写米曲霉代谢功能、酱油风味物质形成原理，分组作答教师提出的两道思辨问题，结合发酵培养基配方图，举例说明工业生产中复合原料的多重营养作用。  分组合作完成营养物质对比表格绘制，小组内轮流作答教师提出的两道思辨问题，结合发酵培养基配方图，举例说明工业生产中复合原料的多重营养作用。  在课本对应位置标记核心考点：米曲霉有氧增殖，依靠分泌水解酶分解大分子原料生成鲜味氨基酸。 环节三 模块 2 果酒、果醋发酵代谢与流程（12 分钟）  过渡讲解：果酒、果醋是生活中最常见的液态发酵食品，两类产品发酵菌种、氧气需求、适宜温度完全不同，我们结合完整流程示意图梳理代谢规律。  讲解两类菌种代谢差异：酵母菌为兼性厌氧微生物，18~25℃适宜生长，有氧环境大量增殖菌体，无氧环境分解葡萄糖生成乙醇；醋酸菌严格好氧，30~35℃适宜生长，持续通入无菌氧气可将乙醇进一步氧化转化为乙酸，完成果醋发酵。  出示果酒果醋制作流程示意图 分步拆解完整加工流程：挑选水果→清洗去除杂质→机械榨汁→密闭酵母菌无氧发酵制果酒→通入空气醋酸菌有氧发酵制果醋，清晰区分两个阶段氧气控制的核心差异。  出示发酵瓶装置示意图 详细讲解发酵瓶各结构功能：出气管道定期排出酵母菌无氧呼吸积累的二氧化碳，进气管道仅在果醋发酵阶段打开通入无菌空气；发酵瓶装填果汁仅添加总体积 2/3，预留 1/3 空间容纳发酵产生气体，防止瓶内压强过高导致瓶身膨胀炸裂。  出示果酒鉴定指标表格 明确合格果酒色泽、气味两大判定标准，引导学生预判杂菌污染会导致发酵液浑浊、出现酸败异味。  即时辨析提问：实验室分离土壤微生物单菌落，应当选择哪种物理状态培养基？大规模工业发酵生产青霉素，优先选用天然还是合成培养基？果酒发酵阶段为什么不能全程敞开瓶口？  观看培养基分类框架示意图、发酵瓶装置示意图、果酒鉴定表格，分层记录果酒、果醋发酵菌种、适宜温度、通气操作，重点圈画酵母菌兼性厌氧、醋酸菌严格好氧这一核心区分知识点。  同桌两人互相举例区分果酒、果醋发酵环境差异，口头回答教师三道辨析提问，梳理不同发酵目标对应的氧气、温度调控逻辑。  整理课堂笔记，搭建果酒、果醋发酵对比思维导图，标注两类发酵对应的无菌操作规范。 环节四 模块 3 两套完整探究实验分步拆解（13 分钟）  完整引入探究・实验 1-1 酵母浸粉葡萄糖培养基的配制，出示酵母浸粉葡萄糖（YPD）培养基配方表格 明确 500mL 培养基各原料称量质量，完整拆解实验六大细分步骤：称量原料→加水加热溶解琼脂→1mol/L 酸碱试剂调节 pH 至 6.5→无菌三角瓶分装 90mL 培养基→121℃高压蒸汽灭菌 15~30min→超净台 50℃无菌倒平板；出示倒平板操作示意图 标注倒平板时瓶口灼烧、温度控制、避免冷凝水三大关键无菌操作细节。  抛出实验两道结果分析思考题，提前布置学生预习思考：①通过什么现象可以判断平板未被杂菌污染？②平板产生冷凝水会对微生物分离造成哪些干扰，实验中如何规避冷凝水生成？  过渡讲解探究・实验 1-5 酸奶的制作完整流程，先讲解实验原理：乳酸菌严格无氧，40~42℃恒温环境分解牛奶乳糖生成乳酸，降低 pH 凝固形成酸奶；完整拆解操作步骤：原料调配→85℃水浴消毒 15min→冷却至 45℃接种乳酸菌→40~42℃恒温发酵 4~6h→4℃低温后熟 12~24h→感官鉴定；着重强调消毒后必须降温再接种，高温会直接杀死乳酸菌菌种。  递进提问：酸奶发酵全程为什么要密封容器？如果消毒后未冷却直接倒入菌种，会出现什么实验结果？优质酸奶的外观、气味标准是什么？  依次观看 YPD 培养基配方表格、倒平板操作示意图，逐条记录培养基配制六大步骤，预判每一步容易产生杂菌污染的操作漏洞。  完整阅读两套探究实验全部文本，分组交流实验结果分析思考题、酸奶三道递进提问，小组内模拟倒平板、酸奶接种完整操作流程。  记录本三层课后分层巩固任务，小组内简单交流两道实验结果分析思考题的初步猜想。 环节五 课堂三层小结 + 实验完整预习（6 分钟）  分层梳理本课时全部核心知识：第一层，米曲霉分解大豆原料发酵生产酱油，需要有氧、适宜温湿度；第二层，酵母菌、醋酸菌代谢差异，果酒密封定期排气、果醋全程通气；第三层，YPD 培养基配制、酸奶制作两套探究实验完整操作流程，巴氏消毒 62℃维持 30min 的温和灭菌标准。  分层布置课后巩固任务：基础任务整理五大营养、培养基分类、灭菌手段三类对比表格；提升任务完整默写 YPD 培养基、酸奶配制全套操作步骤，标注每一步无菌、温度控制要点；拓展任务查阅生活中食品发酵灭菌手段，区分灭菌 / 消毒应用场景。  跟随教师梳理全课三层知识主线，同桌互相抽查营养物质、培养基分类、灭菌设备核心知识点，查漏补缺完善课堂笔记。  仔细阅读两套探究实验完整文本，观看培养基配方表格、倒平板示意图，逐条记录配制、发酵细分步骤，预判每一步容易产生杂菌污染的操作漏洞。  记录本三层课后分层巩固任务，小组内简单交流两道实验结果分析思考题的初步猜想。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托青霉素抗生素制药、大规模酿酒发酵等工业生产真实案例，让学生理解微生物营养调配、标准化无菌灭菌是现代医药、食品发酵产业安全稳定生产的底层基础；高压蒸汽灭菌、超净无菌操作台、过滤除菌等成套标准化实验室操作，充分体现生物科学实验严谨、规范、精准的核心特质，引导学生建立一丝不苟、杜绝疏漏的实验职业素养；通过区分灭菌、消毒操作，认识随意丢弃含活菌培养基、废液会造成环境生物污染，树立实验废弃物灭菌处理、保护自然生态环境的环保意识；结合传统酱油、酸奶发酵传承千年的农耕技艺，感悟中华传统食品加工智慧，体会微生物工程技术改善民生、守护全民饮食健康的社会价值。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课完整使用教材全部配套表格、示意图、实景图片完成 45 分钟授课，多数学生能够记住五大营养物质、三层培养基分类、四类灭菌设备基础概念，但课堂存在多处短板：第一，学生极易混淆选择培养基、鉴别培养基的使用目标，无法结合菌种代谢特征自主判断培养基类型；第二，面对抗生素这类热敏培养基，大量学生仍会错误选择高压蒸汽灭菌，不能根据物质理化性质匹配灭菌方式；第三，梳理微生物营养、培养基、灭菌完整逻辑链时，学生只能记忆碎片化知识点，无法串联 “菌种代谢需求→培养基配方→适配灭菌手段” 完整推理链条；第四，讲解两套探究实验时，学生容易忽略 pH 调节、倒平板温度、酸奶降温接种三大关键控制变量，对冷凝水、杂菌污染故障成因分析片面；第五，课堂分配给小组对比归纳、实验流程推演的讨论时间不足，学生自主推理、完整表述的训练不够充分。 2 修改措施 课前发放营养物质、培养基分类、灭菌方法三类填空式预习单，提前铺垫基础区分概念；课堂压缩教师单向读图讲授时长，增加 10 分钟小组合作对比、实验流程推演讨论环节；补充培养基、灭菌方法匹配专项辨析练习题，配套热敏 / 耐高温培养基实例当堂训练；完善培养基配制标准化操作框架，明确 pH、温度、无菌环境三大强制控制变量；课后配套营养物质辨析、培养基选型、灭菌手段匹配、实验故障分析四类专项习题，夯实学生完整逻辑推理、实验操作规范分析能力。 学科网（北京）股份有限公司 $