1.2发酵工程为人类提供多样化生物产品（第三课时）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发酵工程在食品、医药、能源环保及生活垃圾资源化的跨领域应用，通过白色污染、能源短缺等社会现实问题情境导入，承接前两课时传统与工业发酵理论，搭建完整知识链条作为学习支架。 其亮点在于跨领域知识整合与可视化教学，运用扇形图、循环示意图等工具培养科学思维，结合白色污染、粮食危机等问题引导探究实践，分层任务设计兼顾不同学生需求，助力学生建立生命观念与社会责任，为教师提供系统教学资源与高效教学方案。

教学设计 课程名称 发酵工程为人类提供多样化生物产品（第三课时） 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 本课时承接前两课时传统、工业发酵理论，聚焦发酵工程跨领域多元化产业应用，分为四大核心模块：第一，食品工业，传统发酵食品 + 食品添加剂、益生菌生产；第二，医药工业，抗生素、基因工程疫苗、重组蛋白药物、青蒿素前体生物合成；第三，能源与环境领域，燃料乙醇可再生清洁能源、可降解聚乳酸塑料、厨余垃圾密闭厌氧发酵产沼气；依托发酵工程产品扇形示意图、黄花蒿实景、燃料乙醇循环示意图、聚乳酸循环示意图、湿垃圾处理流程示意图，讲解各领域发酵产品生产原理、社会价值；末尾搭配垃圾分类与发酵工程生物学与社会拓展文本，串联生活垃圾分类、厨余垃圾资源化利用；完整搭建 “食品产业→医药产业→能源环保产业→生活垃圾资源化” 跨领域应用知识链条，落实生态物质循环、工程技术服务社会、绿色可持续发展三大核心素养。 二、学情分析 1. 知识基础 学生掌握传统、工业发酵全套菌种、培养基、发酵罐理论，但完全不了解发酵工程在医药、新能源、环境治理领域的拓展应用；不清楚基因工程改造菌种合成青蒿素前体、重组胰岛素的工艺；无法梳理燃料乙醇碳循环、聚乳酸可降解塑料缓解白色污染的环境逻辑；对厨余垃圾厌氧发酵产沼气资源化利用认知空白，缺少发酵工程解决现实社会问题的综合应用思路。 2. 能力基础 高二学生能看懂产业扇形、物质循环流程图，但图文转化综合应用分析能力薄弱，无法依托扇形图完整梳理发酵工程全领域覆盖产业；缺少结合社会现实问题（白色污染、粮食能源危机、细菌感染疾病）自主匹配发酵工程解决方案的逻辑推理能力；跨领域综合论述时，只能零散说出单一产品，无法系统归纳发酵工程在各领域的统一技术底层逻辑。 3. 认知基础 学生典型认知误区：第一，认为发酵工程仅用于酱油、酸奶等食品生产，不知道医药、能源、环保产业大规模使用发酵技术；第二，误以为燃料乙醇生产只能依靠玉米粮食，不清楚木质纤维素非粮原料专用酵母可规避与人争粮问题；第三，不理解聚乳酸塑料微生物完全降解，无法缓解石油塑料白色污染；第四，认为厨余垃圾只能填埋焚烧，不知道密闭厌氧发酵可产沼气清洁能源、残渣做有机肥；第五，青蒿素只能从黄花蒿植物提取，不了解微生物发酵合成前体大幅提升产量、降低种植土地依赖。 三、教学目标 1. 生命观念（物质循环、稳态可持续观） 发酵工程依托微生物代谢实现物质定向转化，食品发酵分解大分子原料生成风味小分子；医药发酵定向合成抗生素、药用蛋白；能源发酵将农林废弃物有机物转化为乙醇清洁能源，完成大气二氧化碳生物循环；环境发酵利用微生物分解厨余垃圾、废弃塑料，实现废弃物资源化，全程遵循生态系统物质循环规律，依靠微生物代谢推动资源循环、缓解环境破坏，构建可持续稳态生态。 2. 科学思维 依托发酵工程产品扇形示意图、黄花蒿实景、燃料乙醇循环示意图、聚乳酸循环示意图、湿垃圾处理流程示意图，归纳发酵工程食品、医药、能源、环保四大应用领域及代表产品；横向对比各领域发酵产品菌种、发酵工艺、社会价值差异；结合白色污染、能源短缺、细菌感染、耕地资源紧张四类社会现实难题，推理发酵工程对应的微生物技术解决方案，建立 “社会现实问题→微生物发酵技术→资源化 / 治理成果” 完整综合推理逻辑。 3. 科学探究 能自主梳理医药、能源、环保领域代表性发酵产品完整生产流程；能对比粮食乙醇、木质纤维素非粮乙醇发酵原料、优势差异；能设计厨余垃圾密闭厌氧发酵产沼气简易工艺流程；能分析微生物合成青蒿素前体相比植物提取的产量、成本、土地资源优势；能结合发酵流程图预判各类产业发酵过程杂菌污染、原料不足带来的生产限制并给出优化方案。 4. 社会责任 认识发酵工程横跨食品、医药、能源、环保全民生领域，是解决临床抗感染、化石能源枯竭、塑料白色污染、厨余垃圾堆积多重社会难题的核心生物技术；非粮燃料乙醇、微生物合成药用原料技术，节约耕地粮食资源，保障国家粮食安全；可降解聚乳酸、厨余沼气发酵推动绿色低碳循环经济发展；主动向身边人科普发酵工程多元化民生应用，树立依靠生物科技实现可持续发展、保护环境、守护全民健康的社会责任。 四、教学重难点 重点 1. 发酵工程食品、医药、能源、环保四大应用领域及代表性发酵产品； 2. 医药领域：青霉素、重组蛋白药物、青蒿素前体微生物发酵优势； 3. 能源环保领域：燃料乙醇碳循环、聚乳酸可降解原理、厨余垃圾厌氧发酵产沼气； 4. 发酵工程解决能源危机、白色污染、粮食竞争、细菌感染四类社会问题的技术逻辑。 难点 1. 燃料乙醇大气二氧化碳循环完整物质转化链条梳理； 2. 微生物发酵合成青蒿素前体替代植物提取的综合优势分析； 3. 厨余垃圾密闭厌氧发酵资源化处理全流程与环境价值。 五、教学方法  社会现实问题情境导入法：依托白色污染、抗生素临床需求、能源短缺民生问题创设综合应用情境；  扇形、循环流程图图文讲授法：利用产业扇形图、物质循环示意图分层拆解各领域发酵应用；  跨领域横向对比归纳教学法：设计空白对比表格，分组对比食品、医药、能源、环保发酵产品工艺与价值；  现实问题探究法：以白色污染、粮食危机为案例，推导发酵工程微生物解决方案；  小组综合论述法：分组论述发酵工程对社会可持续发展的多重贡献。 六、教学资源 教材配套图文素材：发酵工程产品示例扇形示意图、黄花蒿实景图片、燃料乙醇可再生循环示意图、聚乳酸循环应用示意图、湿垃圾处理流程示意图；配套文本：酵母合成青蒿素前体广角镜文本、垃圾分类与发酵工程生物学与社会完整文本。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 社会民生综合情境导入，梳理课时主线（4 分钟）  多领域现实案例导入：我们前两节课学习了传统食品发酵、工业大规模发酵罐成套工艺，发酵技术不只是用来制作酸奶、酱油，临床治疗细菌感染的青霉素、替代汽油的绿色燃料乙醇、可完全降解的塑料、厨余垃圾发电全部依靠发酵工程技术。本节课我们系统梳理发酵工程在食品、医药、能源、环保四大领域的多元化应用，分析发酵技术如何解决各类社会民生难题。  在黑板清晰板书本课时四大核心学习板块：发酵工程食品工业应用；发酵工程医药工业应用；发酵工程能源与环境领域应用；垃圾分类与厨余垃圾发酵资源化拓展。  快速回顾前两课时菌种、发酵罐、工业发酵完整流程知识点，结合生活中塑料污染、看病抗生素、新能源汽车乙醇燃料经验，猜想微生物发酵如何化解各类社会难题。  记录本课时四大学习板块框架，带着 “各领域代表性发酵产品、发酵技术环境 / 民生价值” 的疑问进入新课学习。 环节二 模块 1 发酵工程食品工业应用（10 分钟）  讲解食品发酵发展脉络：我国传统酱油、米酒、酸奶传承数千年；现代工业发酵拓展出食品添加剂、益生菌两大类新型食品产品，大幅提升食品产量、优化风味、改善人体肠道健康。  出示发酵工程产品示例扇形示意图 扇形图食品工业板块标注酱油、啤酒、氨基酸鲜味剂、益生菌，逐一讲解：谷氨酸发酵生产味精、β- 胡萝卜素发酵生产天然食用色素、乳酸菌大规模培养制成口服益生菌制剂；传统发酵工艺延长食品保存时间，现代发酵食品添加剂减少化工合成添加剂使用。  递进提问：利用发酵工程生产食品鲜味剂，对比化工合成鲜味剂有哪些优势？大规模发酵生产口服益生菌，需要控制哪些发酵条件？  组织小组合作，列举生活中依靠发酵工程生产的食品、食品添加剂产品，总结食品发酵绿色、天然的核心优势。  观看发酵工程产品扇形示意图，完整抄写食品工业传统、现代两类发酵产品，分组作答两道递进提问，梳理食品发酵减少化工添加剂、天然安全的优势。  小组合作列举生活发酵食品实例，绘制食品发酵产品简易分类表格，区分传统发酵食品、现代发酵食品添加剂。  在课本对应位置标记核心考点：发酵食品添加剂天然无毒，益生菌依靠乳酸菌无氧发酵规模化生产。 环节三 模块 2 发酵工程医药工业应用（12 分钟）  过渡讲解：医药工业是现代发酵工程产值最高、社会价值最重大的应用领域，分为抗生素、基因工程重组药物、微生物合成药用原料三大类。  扇形图医药板块展开讲解：青霉素、头孢、万古霉素全部依靠微生物发酵生产，遏制细菌感染疾病；基因工程改造菌种发酵生产干扰素、表皮生长因子、胰岛素、乙肝疫苗；出示黄花蒿实景图片 讲解传统青蒿素只能从黄花蒿植株提取，受气候、土地、产量限制，现代基因工程改造酵母菌发酵合成青蒿素前体，再简单化学转化得到青蒿素，大幅降低土地种植依赖、提升年产量。  递进提问：微生物发酵生产胰岛素对比动物胰腺提取有哪些优势？酵母菌合成青蒿素前体，能够解决哪些种植黄花蒿带来的限制问题？  拓展科学史：1945 年青霉素工业化发酵投产，大幅降低细菌感染死亡率，体现发酵工程守护全民生命健康的重大价值。  观看发酵产品扇形示意图、黄花蒿实景图片，完整抄写医药三大类发酵产品，分组作答两道递进提问，梳理微生物发酵医药低成本、大规模、不依赖动植物资源的优势。  小组内对比植物提取药用原料、微生物发酵合成原料的产量、成本、资源限制差异。  标记易错点：基因工程改造菌种发酵，可定向大量生产稀缺药用蛋白、药物前体。 环节四 模块 3 发酵工程能源与环境领域应用（13 分钟）  能源板块讲解：化石汽油造成温室气体排放、资源枯竭，燃料乙醇依靠微生物发酵农林废弃物生产，属于可再生绿色能源。出示燃料乙醇可再生循环示意图 完整梳理碳循环：植物光合作用固定二氧化碳→农林废弃物发酵生成乙醇→乙醇燃烧释放二氧化碳回归大气，形成闭环循环；非粮木质纤维素专用酵母，利用秸秆、木屑生产乙醇，不占用粮食耕地，化解与人争粮矛盾。  环保板块第一部分：石油基塑料无法自然降解，造成白色污染；微生物发酵生产乳酸，聚合得到聚乳酸可降解塑料。出示聚乳酸循环应用示意图 讲解聚乳酸废弃后可被土壤微生物完全分解为二氧化碳、水，无残留污染物，广泛用于生活塑料制品、农用薄膜。  环保板块第二部分：厨余垃圾、餐厨废弃物量大难处理，填埋焚烧污染空气土壤；出示湿垃圾处理流程示意图 讲解密闭固态厌氧发酵工艺，微生物分解厨余有机物生成沼气清洁能源，发酵残渣制成有机农田肥料，实现垃圾零废弃资源化利用。  即时辨析提问：粮食乙醇、木质纤维素乙醇发酵原料分别是什么？聚乳酸塑料为什么能缓解白色污染？厨余垃圾厌氧发酵能产出哪两类资源化产物？  依次观看燃料乙醇循环示意图、聚乳酸循环示意图、湿垃圾处理流程示意图，完整抄写能源、环保两类发酵产品与物质循环逻辑，分组口头回答三道辨析提问。  小组合作梳理燃料乙醇碳循环完整链条，对比传统塑料、聚乳酸塑料环境影响差异，总结厨余垃圾发酵沼气、有机肥双重资源化收益。  记录本课时拓展思考任务，梳理发酵工程化解能源危机、白色污染、垃圾堆积的技术逻辑。 环节五 课堂四层小结 + 分层课后任务（5 分钟）  分层梳理本课时完整知识体系：第一层，食品工业：传统发酵食品 + 天然食品添加剂、益生菌；第二层，医药工业：抗生素、重组蛋白药物、青蒿素前体微生物发酵；第三层，能源环保：非粮燃料乙醇、可降解聚乳酸塑料、厨余垃圾厌氧产沼气；第四层，发酵工程综合社会价值，化解粮食、能源、污染、医疗多重社会难题。  分层布置课后巩固任务：基础任务绘制四大领域发酵产品对比表格；提升任务完整论述燃料乙醇碳循环、聚乳酸降解环境优势；拓展任务结合本地垃圾分类，设计简易厨余垃圾厌氧发酵装置方案。  跟随教师梳理全课四层知识主线，同桌互相抽查四大领域代表性发酵产品、发酵社会价值核心知识点，完善全套跨领域应用笔记。  记录本三层分层课后任务，小组内简单规划本地厨余垃圾发酵简易装置设计思路。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托发酵工程全领域民生应用，引导学生认识现代生物工程技术是实现食品天然安全、全民医疗保障、绿色可再生能源、废弃物循环利用的核心支撑；非粮燃料乙醇、微生物合成药用原料技术，守护国家粮食安全、降低珍稀植物种植压力；可降解聚乳酸、厨余垃圾沼气发酵工艺，践行低碳循环可持续发展理念，缓解塑料、生活垃圾环境污染；引导学生树立依靠生物技术破解各类社会发展难题、保护自然生态、守护全民健康的远大理想，建立绿色生物产业、可持续发展的社会责任。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课依托扇形、循环、垃圾处理全套流程图完成跨领域综合授课，学生能够记住四大领域代表性发酵产品，但短板明显：第一，无法完整梳理燃料乙醇二氧化碳闭环循环完整物质转化链条；第二，分析微生物发酵合成青蒿素前体优势时，只能零散说出产量提升，不能综合论述土地、气候、成本多重优势；第三，混淆厨余垃圾厌氧发酵产物，容易遗漏有机肥残渣这一资源化产物；第四，课堂留给小组综合论述发酵工程社会价值、设计垃圾发酵简易方案的讨论时间不足，学生跨领域综合应用、工程方案设计能力薄弱。 2 修改措施 课前发放四大领域发酵产品填空预习单，提前铺垫各领域代表产品；课堂压缩教师读图讲解时长，增加 10 分钟小组综合论述、简易发酵装置设计讨论环节；配套燃料乙醇碳循环、青蒿素发酵优势两类综合简答训练；课后配套四大领域发酵产品对比、环境价值论述专项习题，夯实学生物质循环梳理、跨领域综合分析、工程方案设计综合能力。 学科网（北京）股份有限公司 $