【正文】 《微生物發(fā)酵及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)與案例 目標(biāo)的確定 與本節(jié)對(duì)應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容是 “ 舉例說(shuō)出發(fā)酵與食品生產(chǎn) ” ，而本節(jié)標(biāo)題定為《微生物發(fā)酵 及其應(yīng)用》。事實(shí)上，微生物發(fā)酵在現(xiàn)實(shí)生活中遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了食品工業(yè)的范疇。因此，本節(jié)內(nèi)容一開(kāi)始時(shí)并沒(méi)有局限于食品生產(chǎn)，而是從比較大的視角 ── 發(fā)酵工程史話引入，然后探秘發(fā)酵過(guò)程，再舉例說(shuō)出發(fā)酵與食品生產(chǎn)的關(guān)系。為此，本節(jié)主要教學(xué)目標(biāo)確定為：通過(guò)了解發(fā)酵工程發(fā)展的歷史，體驗(yàn)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)三者間的關(guān)系；說(shuō)出微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基本過(guò)程；舉例說(shuō)出微生物發(fā)酵與食品生產(chǎn)的關(guān)系；關(guān)注與微生物發(fā) 酵有關(guān)的社會(huì)問(wèn)題等。教學(xué)設(shè)計(jì)思路 教學(xué)實(shí)施的程序 教學(xué) 內(nèi)容 教學(xué)活動(dòng) 教學(xué)手段和方法 預(yù)期目標(biāo) 提問(wèn)，引入新課。 師：同學(xué)們?cè)诔踔袝r(shí)學(xué)習(xí)過(guò)微生物發(fā)酵與食品，我們的日常生活中也接觸到許多發(fā)酵食品，請(qǐng)同學(xué)們思考這樣一個(gè)問(wèn)題：哪些食品是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的？相應(yīng)的發(fā)酵種類是什么？ 生：酸奶、泡菜，它們都是乳酸發(fā)酵。 師： 很好！還有其他食品嗎？想一想，我們每天吃的主食有通過(guò)發(fā)酵制作的嗎？ 生：饅頭、面包。 師：對(duì)，實(shí)際上，我們經(jīng)常食用的許多食品，以及使用的一些藥品，它們的生產(chǎn)過(guò)程都離不開(kāi)微生物發(fā)酵。那么，微生物發(fā)酵是如何發(fā)展起來(lái)的？其生產(chǎn)過(guò)程怎樣？它還可應(yīng)用在哪些方面？現(xiàn)在我們就一起來(lái)解答這些問(wèn)題。 學(xué)生很可能回答不全，教師可提示。 投影或板書(shū)：第一節(jié)微生物發(fā)酵及其應(yīng)用 聯(lián)系日常生活的實(shí)例，在回憶舊知識(shí)的基礎(chǔ)上，引入新課，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化從社會(huì)中來(lái)的意識(shí)。 ── 發(fā)師：現(xiàn)在人們能 夠利用微生物發(fā)酵來(lái)大規(guī)模地生產(chǎn)食品、藥品等許多產(chǎn)品，那么，人們今天的成績(jī)是如何一投影或板書(shū)： 一、發(fā)酵工程史話 自然過(guò)渡到發(fā)酵工程史話。 酵工程史話的學(xué)習(xí)。 步步取得的呢？下面我們先來(lái)學(xué)習(xí)第一個(gè)問(wèn)題：發(fā)酵工程史話。 首先，請(qǐng)大家閱讀教材發(fā)酵工程史話標(biāo)題下的第一自然段。 從這段文字的敘述中，能夠看出，人 類的祖先很早就會(huì)在不知微生物發(fā)酵原理的情況下，利用微生物發(fā)酵技術(shù)來(lái)生產(chǎn)多種產(chǎn)品，這個(gè)方面還有我們中華民族的貢獻(xiàn)。由此可見(jiàn)，發(fā)酵技術(shù)是從生產(chǎn)實(shí)踐中一步步產(chǎn)生的。 師：下面請(qǐng)同學(xué)們繼續(xù)閱讀第二自然段。 第二自然段的核心內(nèi)容是，隨著兩位科學(xué)家研究出發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì)和人們對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)不斷深入后 ，誕生了傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)。這充分說(shuō)明了發(fā)酵技術(shù)需要基礎(chǔ)科學(xué)研究的指導(dǎo)，即科學(xué)研究促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展。 師：好，請(qǐng)大家繼續(xù)閱讀后四個(gè)自然段的內(nèi)容。從中能夠看出，發(fā)酵技術(shù)隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷向前發(fā)展，從傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)到現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)，再到微生物工程，它不僅成為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要支柱，而且和基因工程技術(shù)的結(jié)合使它如虎添翼。由此看來(lái)，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心是技術(shù)，同時(shí)科學(xué)技術(shù)又是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程。 學(xué)生先閱讀教材相應(yīng)的段落，教師就此段落提煉出有關(guān)科學(xué)價(jià)值觀的教育素材 讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)技術(shù)是從生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)生的。 讓學(xué)生體驗(yàn)技術(shù)需要以基礎(chǔ)科學(xué)研究作指導(dǎo)，科學(xué)、技術(shù)間存在相互作用。 讓學(xué)生認(rèn)同生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心是技術(shù)，以及科學(xué)技術(shù)是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程。 ── 發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程探秘。 師：在很多家庭的日常 生活中，味精是不可缺少的調(diào)味品，那么，你知道它的化學(xué)成分是什么嗎？ 生：谷氨酸鈉。 師：對(duì)！有人認(rèn)為食用味精對(duì)人體有毒害作用，從生物學(xué)的角度，你如何看待這個(gè)問(wèn)題？ 生：味精是谷氨酸的一種鈉鹽，食用后在體內(nèi)能分解成谷氨酸，而谷氨酸是人體的一種必需氨基酸，所以食用味精對(duì)人體 不會(huì)有毒害作用。 師：非常好！適當(dāng)添加味精對(duì)人體無(wú)害，且能增添菜肴的鮮味。我國(guó)已成為國(guó)際上味精生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)約105 t 。你想知道味精是怎樣在現(xiàn)代化的工廠中生產(chǎn)出來(lái)的嗎？請(qǐng)大家翻到教科書(shū) P76～ 77?，F(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程非常復(fù)雜，為避繁就簡(jiǎn)，突出主干，教科書(shū)用流程圖來(lái)展示發(fā)酵的基本過(guò)程。為便于同學(xué)們的理解，我們以味精生產(chǎn)為例，來(lái)探秘它的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程。 味精生產(chǎn)的第一步是選育出能產(chǎn)生谷氨酸的細(xì)菌菌種，如谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌等。這些細(xì)菌先是從自然界中分離出來(lái)的，再用誘變、基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)處 理，便可得到高產(chǎn)的菌種。 由于谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌是細(xì)菌，其同化作用類型是異養(yǎng)型的，所以要大量培養(yǎng)這些細(xì)菌，就需根據(jù)細(xì)菌的代謝特點(diǎn)配制相應(yīng)的培養(yǎng)基。培養(yǎng)基如何配制可參看教科書(shū)中關(guān)于配制培養(yǎng)基的解釋。 由于生產(chǎn)中要采用單一菌種發(fā)酵，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程不能混入其他微生物（雜菌），所以生產(chǎn)味精的培養(yǎng)基和發(fā)酵投影或板書(shū)： 二、發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程探秘 ── 以味精生產(chǎn)為例 由于這部分內(nèi)容學(xué)生較陌生，因此以教師講解為主。 板書(shū)： 育：如谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌等 板書(shū)： 配制：水、無(wú)機(jī)鹽、碳源、氮源、生長(zhǎng)因子等 板書(shū)： ：去掉雜菌 板書(shū)： 和接種：先大量培養(yǎng)谷氨酸棒狀桿菌或黃色短桿菌的菌種， 再將菌種接入發(fā)酵罐 板書(shū)： 發(fā)酵：由計(jì)算機(jī)控 讓學(xué)生了解發(fā)酵生產(chǎn)的基本過(guò)程。 設(shè)備必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌，并進(jìn)行無(wú)菌操作。 在味精生產(chǎn)過(guò)程中，由于發(fā)酵罐的體積很大，需要的菌種（種子）量就多。為提高發(fā)酵罐中的發(fā)酵效率，縮短生產(chǎn)時(shí)間，要把谷氨酸棒狀桿菌或黃色短桿菌的菌種，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)，達(dá)到一定數(shù)量后 ，才能接入到發(fā)酵罐中，即要先經(jīng)過(guò)擴(kuò)大培養(yǎng)后再接種。 當(dāng)谷氨酸棒狀桿菌或黃色短桿菌的菌種接入發(fā)酵罐后，這些細(xì)菌就會(huì)利用罐內(nèi)培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量繁殖，同時(shí)產(chǎn)生大量的谷氨酸。為使發(fā)酵過(guò)程處于最佳狀態(tài)，現(xiàn)代化的味精生產(chǎn)企業(yè)，其發(fā)酵罐均有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的各種條件嚴(yán)格控制，以大幅度地提高生產(chǎn)率。需要說(shuō)明的是，谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌均是好氧菌，因此，發(fā)酵過(guò)程中要不斷地通入無(wú)菌空氣，以滿足它們生長(zhǎng)繁殖的需要。 在溫度為 30～ 37 ℃ 、 pH 為 7～ 8 的條件下，經(jīng) 28～ 32 h，發(fā)酵罐內(nèi)的培養(yǎng)液中就會(huì)生成大 量的谷氨酸，隨后，將谷氨酸從培養(yǎng)液中分離出來(lái)，用適量的 Na2CO3溶液中和（形成谷氨酸鈉結(jié)晶）后，再經(jīng)過(guò)過(guò)濾、濃縮、離心分離等步驟，便成了味精。這便是味精生產(chǎn)的最后一步，即分離、提純產(chǎn)物，獲得產(chǎn)品。 制系統(tǒng)控制條件 板書(shū)： 、提純產(chǎn)物 → 產(chǎn)品：谷氨酸 →谷氨酸鈉 ── 發(fā)酵與食品生產(chǎn)。 師：正因?yàn)槿藗儗?duì)微生物發(fā)酵生產(chǎn)的過(guò)程研究得非常透徹，所以現(xiàn)在我們能利用微生物發(fā)酵技術(shù)來(lái)生產(chǎn)多種產(chǎn)品。請(qǐng)大家翻到教科書(shū) P77，看討論專欄， 4 個(gè)同學(xué)一組來(lái)完成這個(gè)討論。 師：哪個(gè)小組愿意把自己討論的結(jié)果和大家交流？ 生：饅頭、面包、泡菜等是直接由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的。味精、醋、醬油等是經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)的食品添加劑。 師：很好！實(shí)際 上發(fā)酵與食品生產(chǎn)的關(guān)系最為密切，其產(chǎn)品遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)同學(xué)們現(xiàn)在所知的。如想進(jìn)一步了解，請(qǐng)閱讀教科書(shū) P78 的內(nèi)容。 投影或板書(shū)： 三、發(fā)酵與食品生產(chǎn) 先給學(xué)生 5 min 完成討論，再讓 2～ 3個(gè)組的學(xué)生發(fā)言。 讓學(xué)生感到要學(xué)習(xí)的內(nèi)容離自己很近，激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)三者間的關(guān)系。 及布置調(diào)查活動(dòng)。 師：今天這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了有關(guān)微生物發(fā)酵及其應(yīng)用的內(nèi)容，大家應(yīng)了解微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基本過(guò)程，同時(shí)能舉例說(shuō) 出微生物發(fā)酵與食品生產(chǎn)的關(guān)系。我們應(yīng)該利用所學(xué)的知識(shí)去關(guān)注微生物發(fā)酵在社會(huì)中的應(yīng)用 ，為此，請(qǐng)大家利用課余時(shí)間完成一個(gè)調(diào)查活動(dòng)，調(diào)查活動(dòng)的內(nèi)容和要求見(jiàn)教科書(shū) P78“ 到社會(huì)中去 ” 欄目，大家可根據(jù)自己的興趣和條件任選一個(gè)題目去調(diào)查，調(diào)查完成后，寫一份調(diào)查報(bào)告，供大家交流。 感興趣的學(xué)生可以個(gè)人或小組合作，選擇一個(gè)內(nèi)容去調(diào)查。最終完成的調(diào)查報(bào)告，經(jīng)教師評(píng)價(jià)后，張貼出來(lái)，辦一個(gè)專欄供大家參觀 ] 為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)學(xué)以致用的平臺(tái)，同時(shí)喚起學(xué)生關(guān)注社會(huì)的意識(shí)。 加酶洗衣粉簡(jiǎn)介 加酶洗衣粉中添加了多種酶制劑，如堿性蛋白酶制劑和堿性脂肪酶制劑等。這些酶制劑不僅 可以有效地清除衣物上的污漬，而且對(duì)人 體沒(méi)有毒害作用，并且這些酶制劑及其分解產(chǎn)物能夠被微生物分解，不會(huì)污染環(huán)境。所以，加酶洗衣粉受到了人們的普遍歡迎。 加酶洗衣粉中的堿性蛋白酶制劑可以使奶漬、血漬等多種蛋白質(zhì)污垢降解成易溶于水的小分子肽。堿性蛋白酶的主要產(chǎn)生菌是某些芽孢桿菌。衣物上脂質(zhì)污垢的主要成分是甘油三酯。甘油三酯很難被一般洗衣粉中的表面活性劑乳化，而留在衣物上的甘油三酯容易發(fā)生氧化反應(yīng)，使紡織品變黃變脆。堿性脂肪酶制劑能將甘油三酯水解成容易被水沖洗掉的甘油二酯、甘油單酯和脂肪酸，從而達(dá)到清除衣物上脂質(zhì)污垢的目的。堿性脂肪酶的主要產(chǎn)生菌是某 些青霉。 20世紀(jì) 80年代，日本的一家公司首先推出含有堿性纖維素酶制劑的洗衣粉。堿性纖維素酶本身不能去除衣物上的污垢，它的作用是使纖維的結(jié)構(gòu)變得蓬松，從而使?jié)B入到纖維深處的塵土和污垢能夠與洗衣粉充分接觸，從而達(dá)到更好的去污效果。堿性纖維素酶還能去除棉紡織品表面的浮毛，使洗滌后的棉紡織品柔軟蓬松，織紋清晰，色澤更加鮮艷，穿著更加舒適 酶的固定化方法 酶的固定化方法不下百種，歸納起來(lái)大致可以分為三類，即載體結(jié)合法、交聯(lián)法和包埋法。 載體結(jié)合法是指將酶固定到非水溶性載體上的方法。根據(jù)固定方式的不同，這種方 法又可以分為物理吸附法、離子結(jié)合法和共價(jià)結(jié)合法。物理吸附法是指將酶吸附到固體吸附劑表面的方法，固體吸附劑多為活性碳、多孔玻璃等。離子結(jié)合法是指通過(guò)離子鍵將酶結(jié)合到具有離子交換基團(tuán)的非水溶性載體上的方法，載體有離子交換樹(shù)脂等。共價(jià)結(jié)合法是指酶和載體以共價(jià)鍵的形式結(jié)合在一起的方法，這種方法需要酶和載體都具有氨基、羧基或羥基等官能團(tuán)。 交聯(lián)法是指通過(guò)雙功能試劑，將酶和酶聯(lián)結(jié)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的方法。交聯(lián)法使用的交聯(lián)劑是戊二醛等水溶性化合物。 包埋法是指將酶包裹在多孔的載體中，如將酶包裹在聚丙烯酰胺凝膠等高分子凝膠中，或包裹在硝酸纖維素等半透性高分子膜中。前者包埋成格子型，后者包埋成微膠囊型 [ 第 1章 人體的內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài)是生命系統(tǒng)的基本特征之一。本模塊為《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》，因此，應(yīng)該讓學(xué)生開(kāi)始本模塊的學(xué)習(xí)時(shí)，就明白什么是穩(wěn)態(tài)，理解穩(wěn)態(tài)的重要意義。 本章教材分析 一、教學(xué)目的要求 知識(shí)方面 。 。 情感態(tài)度與價(jià)值觀方面 關(guān)注維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)與健康的關(guān)系。 能力方面 ，了解生物體維持 pH穩(wěn)定的機(jī)制。 。 二、教學(xué)內(nèi) 容的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) （一）教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn) 本章內(nèi)容包括《細(xì)胞生活的環(huán)境》和《內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要性》兩節(jié)內(nèi)容。其中第 1節(jié)可用 1課時(shí)教學(xué)，第 2節(jié)可用 2課時(shí)教學(xué)（其中實(shí)驗(yàn) 1課時(shí)）。 本章題圖由 3張圖片組成：邊防戰(zhàn)士在冰天雪地里巡邏、工人在煉鋼爐前工作、抗洪戰(zhàn)士在補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分。章引言則就這 3種場(chǎng)景提出問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考。 “ 內(nèi)環(huán)境 ” 的概念比較抽象，教材這樣做，是從宏觀方面引入，從外在現(xiàn)象入手，意在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。壓圖詩(shī)是本章的點(diǎn)睛之筆，具有統(tǒng)領(lǐng)全章內(nèi)容的功能。 第 1節(jié)《細(xì)胞生活的環(huán)境》包括體細(xì)胞生活在細(xì)胞外液中、 細(xì)胞外液的成分、細(xì)胞外液的滲透壓和酸堿度、內(nèi)環(huán)境是細(xì)胞與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的媒介等內(nèi)容。這些內(nèi)容，是課程標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的 “ 說(shuō)明穩(wěn)態(tài)的生理意義 ” 的基礎(chǔ)。教材并沒(méi)有一開(kāi)始就闡述什么是 “ 人體內(nèi)環(huán)境 ” ，而先放眼生命世界中 “ 細(xì)胞生活的環(huán)境 ” 這樣的廣闊視角。這樣，既可以和《分子與細(xì)胞》銜接，利用學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 “ 問(wèn)題探討 ” 活動(dòng)，意在調(diào)動(dòng)學(xué)生圍繞單細(xì)胞生物和多細(xì)胞生物的細(xì)胞的生活環(huán)境的差異展開(kāi)討論。因?yàn)閷?duì)單細(xì)胞生物生活的環(huán)境有一定的了解，有助于認(rèn)識(shí)到多細(xì)胞生物的細(xì)胞也需要與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交換 ，從而能更好地理解這些細(xì)胞的生存環(huán)境，并加深對(duì)生命世界的認(rèn)識(shí)。 “體內(nèi)細(xì)胞生活在細(xì)胞外液中”包含體液和內(nèi)環(huán)境兩個(gè)概念。內(nèi)環(huán)境是核心概念，既包括了內(nèi)環(huán)境的定義，也包括組成內(nèi)環(huán)境的各種細(xì)胞外液通過(guò)動(dòng)態(tài)的有機(jī)聯(lián)系形成統(tǒng)一整體，還包括本章后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)容：內(nèi)環(huán)境的組成、為什么要維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)等。教材第 2章還要繼續(xù)闡釋內(nèi)環(huán)境為什么能維持穩(wěn)態(tài)。在這部分內(nèi)容的最后，教材以在內(nèi)環(huán)境中體內(nèi)細(xì)胞能正常地生活， “ 內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境有哪些差別？ ” 這樣的問(wèn)題，引出細(xì)胞外液的組成和理化特性的內(nèi)容。 “細(xì)胞外液的成分”是學(xué)習(xí)細(xì)胞外液的滲透壓和 酸堿度等內(nèi)容的基礎(chǔ)。這部分內(nèi)容以血漿的化學(xué)成分為例進(jìn)行探討。資料分析所提供的材料，比學(xué)生在初中曾經(jīng)學(xué)過(guò)的相關(guān)內(nèi)容更為詳細(xì)。資料內(nèi)容不要求學(xué)生記憶，而是供學(xué)生分析細(xì)胞外液有哪些主要成分時(shí)參考。教材在這部分內(nèi)容最后總結(jié)“細(xì)胞外液是一種鹽溶液，類似于海水。這在一定程度上反映了生命起源于海洋?！边@樣，就在“內(nèi)環(huán)境”和“生物進(jìn)化”這兩個(gè)核心概念之間建立了聯(lián)系。 細(xì)胞外液的滲透壓、酸堿度和溫度，是內(nèi)環(huán)境理化性質(zhì)的三個(gè)主要方面。滲透壓的概念比較難理解，教材用的篇幅稍多，并且用旁欄思考題的形式，引導(dǎo)學(xué)生與日 常生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián) 系；pH 的概念，教材用 “ 學(xué)科交叉 ” 欄目引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系相關(guān)化學(xué)知識(shí)；內(nèi)環(huán)