高二生物《微生物发酵及其应用》教学设计

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高二生物《微生物发酵及其应用》教学设计

目标的确定

与本节对应的课程标准具体内容是“举例说出发酵与食品生产”，而本节标题定为《微生物发酵及其应用》。事实上，微生物发酵在现实生活中远远超出了食品工业的范畴。因此，本节内容一开始时并没有局限于食品生产，而是从比较大的视角──发酵工程史话引入，然 后探秘发酵过程，再举例说出发酵与食品生产的关系。为此，本节主要教学目标确 定为：通过了解发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的关系;说出微生物发酵生产的基本过程;举例说出微生物发酵与食品生产的关系;关注与微生物发酵有关的社会问题等。教学设计思路

教学实施的程序

教学

内容 教学活动 教学手段和方法 预期目标

1.复习提问，引入新课。 师：同学们在初中时学习过微生物发酵与食品，我们的日常生活中也接触到许多发酵食品，请同学们思考这样一个问题：哪些食品是由微生物发酵生产的?相应的发酵种类是什么?

生：酸奶、泡菜，它们都是乳 酸发酵。

师：很好!还有其 他食品吗?想一想，我们每天吃的主食有通过发酵制作的吗?

生：馒头、面包。

师：对，实际上，我们经常食用的许多食品，以及使用的一些药品，它们的生产过程都离不开微生物发酵。那么，微生物发酵是如何发展起来的?其生产过程怎样?它还可应用 在哪些方面?现在我们就一起来解答这些问题。 学生很可能回答不全，教师可提示。

投影或板书：第一节微生物发酵及其应用 联系日常生活的实例，在回忆旧 知识的基础上，引入新课，以激发学生的学习 兴趣，强化从社会中来的意识。

2.新课──发酵工程史话的学习。 师：现在人们能够利用微生物发酵来大规模地生产食品、药品等许多产品，那么，人们今天的成绩是如何一步步取得的呢?下面我们先来学习第一个问题：发酵工程史话。

首先，请大家阅读教材发酵工程史话标题下的第一自然段。

从这段文字的叙述中，能够看出，人类的祖先很早就会在不知微生物发酵原理的情况下，利用微生物发酵技术来生产多种产品，这个方面还有我们中华民族的贡献。由此可见，发酵技术是从生产实践中一步步产生的。

师：下面请同学们继续阅读第二自然段。

第二自然段的核心内容是，随着两位科学家研究出发 酵现象的本质和人们对微生物的认识不断深入后，诞生了传统的发酵工业。这充分说明了发酵技术需要基础科学研究的指导，即科学研究促进了技术的发展。

师：好，请大家继续阅读后四个自然段的内容。从中能够 看出，发酵技术随着时代的发展而不断向前发展，从传统的发酵 工业到现代发酵工业，再到微生物工程，它不仅成为生物技术产业的重要 支柱，而且和基因工程技术的结 合使它如虎添翼。由此看来，生物技术产业的核心是技术，同时科学技术又是一个不断发展的过 程。 投影或板书：

一、发酵工程史话

学生先阅读教材相应的段落，教师就此段落提炼出有关科学价值观的教育素材 自然过渡到发酵工程史话。

让学生体验科学技术是从生产实践中产生的。

让学生体验技术需要以基础科学研究作指导，科学、技术间存在相互作用。

让学生认同生物技术产业的核心是技术， 以及科学技术是 一个不断发展的过程。

3.新课──发酵生产过程探秘。 师：在很多家庭的日常生活中，味精是不可缺少的调味品，那么，你知道它的化学成分是什么吗?

生：谷氨酸钠。

师：对!有人认为食用味精对人体有毒害作用，从生物学的角度，你如何看待这个问题?

生：味精是谷氨酸的一种钠盐，食用后在体内能分解成谷氨酸，而谷氨酸是人体的一种必需氨基酸，所以食用味精对人体不会有毒害作用。

师：非常好!适当添加味精对人体无害，且能增添菜肴的鲜味。我国已成为国际上味精生产大国，年产约6.5×105 t。你想知道味精是怎样在 现代化的工厂中生产出来的吗?请大家翻到教科书P76～77。现代发酵工业的生产过程非常复杂，为避繁就简，突出主干，教科书用流程 图来展示发酵的基本过程。为便于同学们的理解，我们以味精生产为例，来探秘它的发酵生产过程。

味精生产的第一步是选育出能产生谷氨酸的细菌菌种，如谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等。这些细菌先是从自然界中分离出来的，再用诱变、基因工程等现代生物技术处理，便可得到高产的菌种。

由于谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌是细菌，其同化作用类型是异养型的，所以要大量培养这些细菌，就需根据细菌的代谢特点配制相应的培养基。培养基如何配制可参看教科书中关于配制培养基的解释。

由于生产中要采用单一菌种发酵，整个发酵过程不能混入其他 微生物(杂菌)，所以生产味精的培养基和发酵设备必须经过严格的灭菌，并进行无菌操作。

在味精生产过程中，由于发酵罐的体积很大，需要的菌种(种子)量就多。为提高发酵罐中的发酵效率，缩短生产时间，要把谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌的菌种，经 过培养，达到一定数量后，才能接入到发酵罐中，即要先经过扩大培养后再接种。

当谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌的菌种接入发酵罐后，这些细菌就会利用罐内培养基中的营养物质大量繁殖， 同时产生大量的谷氨酸。为使发酵过程处于最佳状态，现代化的味精生产企业，其发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的各种条件严格控制，以大幅度地提高生产率。需要说明的是，谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌均是好氧菌，因此，发酵过程中要不断地 通入无菌空气，以满足它们生长繁殖的需要。

在温度 为30～37 ℃、pH为7～8的条件 下，经28～32 h，发酵罐内的培养液中就会生成大量的谷氨酸，随后，将谷氨酸从培养液中分离出来，用适量的Na2CO3溶液中和(形成谷氨酸钠结晶)后，再 经过过滤、浓缩、离心分离等步骤，便成了味精。这便是味精生产的最后一步，即分离、提纯产物，获得产品。 投影或板 书：

二、发酵生产过程探秘──以味精生产为例

由于这部分内容学生较陌生，因此以教师讲解为主。

板书：1.菌种的选育 ：如谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等

板书：2.培养基的配制：水、无机盐、碳源、氮源、生长因子等

板书：3.灭菌：去掉杂菌

板书：4.扩大培养和接种：先大量培养谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌的菌种，再将菌种接入发酵罐

板书：5.发酵罐内发酵：由计算机控制系统控制条件

板书：6.分离、提纯产物

→产品：谷氨酸→谷氨酸钠 让学生了解发酵生产的基本过程。

4.新课──发酵与食品生产。 师：正因为人们对微生物发酵生产的过程研究得非常透彻，所以现在我们能利用微生物发酵技术来生产多种产品。请大家翻到教科书P77，看讨论专栏，4个同学一组来完成这个讨论。

师：哪个小组愿意把自己讨论的结果和大家交流?

生：馒头、面包、泡菜等是直接由微生物发酵生产的。味精、醋、酱油等是经发酵生产的食 品添加剂。

师：很好!实际上发酵与食品生产的关系最为密切，其产品远远超过同学们现在所知的。如想进一步 了解，请阅读教科书P78的内容。 投影或板书：

三、发酵与食品生产

先给学生5 min完成讨论，再让2～3个组的学生发言。 让学生感到要学习的内容离自己很近，激发起学生的学习兴趣。

让学生体验科学、技术、社会三者间的关系。

5.小结及布置调查活动。 师：今天这节课我们学习了有关微生物发酵及其应用的内容，大家应了解微生物发酵生产的基本过程，同时能举例说出微生物发酵与食品生产的关系。我们应该利用所学的知识去关注微生物发酵在社会中的应用，为此，请大家利用课余时间 完成一个调查活动，调查活动的内容和要求见教科书P78“到社会中去”栏目，大家可根据自己的兴趣和条件任选一个题目去调查，调查完成后，写一份调查报告，供大家交流。 感兴趣的学生可以个人或小组合作，选择一个内容去调查。最终完成的调查报告，经教师评价后，张贴出来，办一个专栏供大家参观。 为学生构建一个学以致用的平台，同时唤起学生关注社会的意识。

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