第四节 发酵工程及其应用教学设计高中生物苏教版2019选择性必修3 生物技术与工程-苏教版2019

第四节发酵工程及其应用教学设计高中生物苏教版2019选择性必修3生物技术与工程-苏教版2019课题：课时：授课时间：课程基本信息一、课程基本信息

1.课程名称：发酵工程及其应用

2.教学年级和班级：高二（3）班

3.授课时间：2023年10月12日第2节课

4.教学时数：1课时（45分钟）核心素养目标分析教学难点与重点1.**教学重点**：

-发酵工程的原理与流程（如微生物筛选、培养基配制、发酵条件控制），举例说明乳酸菌发酵酸奶的完整流程，突出核心步骤。

-发酵工程的应用实例（如抗生素生产、氨基酸制造），以青霉素发酵为例，强调其在医药领域的实际价值。

-无菌操作技术的规范要求，结合课本图示说明发酵罐灭菌的必要性。

2.**教学难点**：

-发酵条件（温度、pH、溶氧量）对产物的影响机制，例如解释青霉素生产中温度波动导致产量下降的原因。

-下游处理技术（分离纯化）的原理与操作，如过滤、萃取在抗生素提取中的应用，学生易混淆步骤逻辑。

-发酵工程与传统发酵的本质区别，需对比课本案例（如腐乳制作与工业化生产）阐明规模化、自动化特征。教学资源准备四、教学资源准备

1.教材：苏教版2019选择性必修3《生物技术与工程》教材，确保每位学生人手一册，重点阅读“发酵工程及其应用”章节。

2.辅助材料：准备发酵工程流程示意图、抗生素生产实例视频、微生物菌落图片，对应课本中的图示与案例分析。

3.实验器材：高压蒸汽灭菌锅、培养皿、酒精灯、乳酸菌培养基，用于课本“微生物发酵实验”的操作演示。

4.教室布置：设置4个分组讨论区，每组配备实验操作台，便于学生合作完成课本“发酵条件控制”的模拟分析。教学过程设计**（总时长：45分钟）**

**1.导入环节（5分钟）**

-**情境创设**：播放短视频《传统酸奶制作与现代工厂发酵对比》，提问：“同样利用乳酸菌，为何工业生产的酸奶产量和品质更稳定？”

-**问题引导**：结合课本P78案例，引导学生思考：“发酵工程如何突破传统发酵的局限性？”

-**板书课题**：第四节发酵工程及其应用（苏教版2019选择性必修3P77-81）。

**2.讲授新课（25分钟）**

-**（1）发酵工程原理（8分钟）**

-**师生互动**：展示课本图4-3“发酵罐结构示意图”，提问：“发酵罐设计需解决哪些关键问题？”（学生回答：无菌、温度控制、溶氧等）。

-**教师精讲**：结合课本P78定义，强调“微生物代谢调控”核心，举例说明青霉素生产中温度突变导致产量下降的机制。

-**创新点**：用动画演示“菌种选育→扩大培养→发酵→分离纯化”全流程，标注课本P79“思考与讨论”关键步骤。

-**（2）发酵条件控制（10分钟）**

-**难点突破**：分组讨论课本P80“影响发酵产物的因素”，每组聚焦一个变量（如pH、溶氧量）。

-**师生互动**：教师展示青霉素发酵数据曲线图（课本P81图4-5），提问：“为何发酵后期需降低温度？”（学生结合代谢原理分析）。

-**精讲点拨**：对比课本P79表4-1，总结“参数优化”对次级代谢产物的影响。

-**（3）应用实例分析（7分钟）**

-**案例教学**：以课本P80“氨基酸发酵”为例，分析“基因工程菌改造”如何提升效率。

-**拓展思考**：提问：“发酵工程如何解决粮食短缺问题？”（引导学生关联课本P81生物燃料案例）。

**3.巩固练习（10分钟）**

-**分层任务**：

-**基础题**：完成课本P81“练习与应用”第1题（发酵工程流程排序）。

-**提升题**：分组设计“利用酵母菌生产乙醇”的方案，需包含课本P77“无菌操作”要点。

-**师生互动**：教师巡视指导，针对无菌操作难点（如课本P78“防止杂菌污染”措施）进行即时点评。

**4.课堂小结（3分钟）**

-**学生总结**：请2名学生用关键词板书核心概念（如“菌种选育”“参数优化”“下游处理”）。

-**教师升华**：强调课本P81“生物技术与社会”议题，引导学生思考发酵工程的伦理与环保问题。

**5.作业布置（2分钟）**

-**实践任务**：调查本地食品厂发酵工艺，撰写报告（需包含课本P79“技术评价”维度）。

-**预习要求**：阅读课本P82“酶工程与发酵工程的关系”。

**创新设计说明**：

-**双主线互动**：以“课本案例+实时数据”贯穿教学，如用青霉素发酵曲线动态突破“溶氧量控制”难点。

-**核心素养落地**：通过“设计发酵方案”任务，落实“科学探究”与“社会责任”素养，紧扣课本P81拓展内容。

-**时间控制**：各环节严格按分钟分配，确保重难点（如发酵条件控制）占时40%以上。拓展与延伸1.**拓展阅读材料**

-**《发酵工程发展史》**：结合课本P77引言，补充从古代酿酒到现代基因工程菌的演变，重点介绍弗莱明发现青霉素后工业化发酵技术的突破（对应P80青霉素生产案例）。

-**《微生物代谢调控原理》**：延伸课本P78“代谢产物合成”知识，解释次级代谢产物（如抗生素）的调控机制，联系P81“思考与讨论”中温度对产物的影响。

-**《发酵罐设计关键参数》**：基于课本P79图4-3，解析溶氧率、搅拌速度、pH传感器等工程参数如何影响微生物生长（呼应P80“发酵条件控制”难点）。

-**《生物燃料发酵技术》**：拓展课本P81生物燃料案例，对比第一代（淀粉）、第二代（纤维素）乙醇发酵的菌种选育差异，强化“菌种优化”核心概念。

2.**课后自主探究任务**

-**任务一：发酵工艺对比分析**

选取课本P78腐乳制作与P80氨基酸发酵案例，分组撰写报告：

-传统发酵（腐乳）与工业发酵（氨基酸）在菌种、设备、产物纯度上的差异；

-结合课本P79“技术评价”维度，分析工业化生产的优势与挑战。

-**任务二：本地发酵产业调研**

调查本地食品厂/制药厂发酵工艺（如酱油、胰岛素生产），重点记录：

-无菌操作措施（对应课本P78“防止杂菌污染”）；

-发酵条件控制方案（温度、pH等，参照P80表4-1）；

-下游处理技术（过滤、萃取，关联P81分离纯化流程）。

-**任务三：设计微型发酵实验**

利用家庭材料（如酸奶机、酵母菌）模拟课本P77“乳酸菌发酵”，设计变量对照实验：

-控制温度/糖浓度，观察产酸速率变化；

-记录数据并绘制曲线图，验证课本P81“参数优化”原理。

-**任务四：发酵工程伦理讨论**

围绕课本P81“生物技术与社会”议题，撰写短文：

-基因工程菌释放的生态风险；

-发酵工程在粮食危机中的伦理责任（结合P81生物燃料案例）。

3.**知识拓展方向**

-**前沿技术**：固定化细胞技术（课本P81下游处理延伸）、合成生物学在菌种改造中的应用（如人工设计生产青霉素的代谢通路）。

-**跨学科联系**：数学建模优化发酵参数（如Logistic方程预测菌体生长）、化学分析产物纯度（HPLC技术，对应P81分离纯化）。

-**社会热点**：发酵工程在碳中和中的作用（如微生物固碳技术）、人造肉发酵生产（关联课本P81生物技术应用）。

4.**学习资源指引**

-**教材关联**：

-重读P77“发酵工程概念”及P79“发酵流程示意图”；

-完成P81“练习与应用”第2题（发酵条件设计）、第3题（案例分析）。

-**实践建议**：

-观看《大国重器·发酵工程》纪录片片段（聚焦青霉素生产车间）；

-参与校园“微生物发酵展”，展示自制酸奶/泡菜实验成果。教学评价与反馈七、教学评价与反馈

1.课堂表现：观察学生对课本P77发酵工程概念、P78发酵罐结构示意图的理解程度，记录学生回答“发酵条件控制关键因素”时的准确性，重点关注无菌操作（P78）和代谢调控（P78）的表述。

2.小组讨论成果展示：评价各组“酵母菌生产乙醇方案”是否包含课本P77无菌操作要点、P79发酵流程步骤，以及能否结合P80表4-1分析温度、pH对产物的影响。

3.随堂测试：完成课本P81“练习与应用”第1题（发酵流程排序）和第2题（发酵条件设计题），统计正确率，重点分析学生对下游处理技术（P81）的掌握情况。

4.课后作业完成情况：检查发酵工艺调研报告是否关联课本P79“技术评价”维度，微型实验记录是否体现P81“参数优化”原理。

5.教师评价与反馈：针对青霉素发酵案例（P80-81）中溶氧量控制难点，总结学生常见误区（如温度与产物合成关系），反馈时强化课本P81“生物技术与社会”的实践应用导向。板书设计①**核心概念与原理**

-发酵工程定义（P77）：利用微生物特定功能生产产物

-关键要素：菌种选育（P78）、无菌操作（P78）、代谢调控（P78）

-核心矛盾：微生物生长与产物合成的平衡（P81）

②**发酵工程流程与技术要点**

-四阶段流程（P79）：

1.菌种选育（诱变/基因工程）

2.