1
2020 版 沪科技版 高中生物学 选择性必修 3 生物技
术与工程《第 1 章 发酵工程》大单元整体教学设计
[2020 课标]
一、内容分析与整合
二、《普通高中生物学课程标准(2017 年版 2020 年修订)》分
解
三、学情分析
四、大主题或大概念设计
五、大单元目标叙写
六、大单元教学重点
七、大单元教学难点
八、大单元整体教学思路
九、学业评价
十、大单元实施思路及教学结构图
十一、大情境、大任务创设
十二、单元学历案
2
十三、学科实践与跨学科学习设计
十四、大单元作业设计
十五、“教-学-评”一致性课时设计
十六、大单元教学反思
一、内容分析与整合
(一)教学内容分析
本单元的教学内容为高中生物学选择性必修 3 《生物技术与工程》的第 1
章《发酵工程》。发酵工程作为现代生物技术的重要组成部分,其核心是利用
微生物的特定功能进行规模化生产,为人类提供多样化的生物产品。本章内容
涵盖了发酵工程的基础理论、实验技能以及实际应用,具体包括以下几个部分:
获得纯种微生物是发酵工程的基础:这部分内容主要介绍了培养基的配制、
无菌技术的重要性以及微生物的分离和纯化方法。通过学习,学生将掌握培养
基的基本组成、配制方法,了解无菌操作的基本原则和步骤,学会使用平板划
线法和稀释涂布平板法进行微生物的分离和纯化。
发酵工程为人类提供多样化生物产品:这部分内容通过介绍发酵工程在食
品、医药、化工等领域的应用实例,展示了发酵工程的重要性和广泛应用。学
3
生将学习果酒、果醋和酸奶的制作原理和方法,了解发酵过程中微生物的作用
以及发酵条件的控制。
虚拟仿真:发酵条件对微生物发酵的影响:通过虚拟仿真实验,学生将能
够直观地观察到不同发酵条件对微生物生长和代谢产物合成的影响,从而加深
对发酵工程原理的理解,提高科学探究能力。
(二)单元内容分析
第 1 节 获得纯种微生物是发酵工程的基础
探究 · 实验 1-1 酵母浸粉胨葡萄糖培养基的配制:本实验旨在让学生掌握培
养基的基本组成和配制方法。通过实验,学生将了解碳源、氮源、无机盐和水
等营养物质在微生物生长中的作用,学会使用天平、量筒等实验器具进行精确
测量,以及使用高压蒸汽灭菌锅进行灭菌处理。
探究 · 实验 1-2 酵母的分离和纯化:本实验通过平板划线法和稀释涂布平板
法,让学生从混杂的微生物群体中分离出纯种的酵母。实验过程中,学生将学
会无菌操作的基本步骤,观察并记录单菌落的形态特征,从而掌握微生物分离
和纯化的基本方法。
4
探究 · 实验 1-3 土壤中分解尿素细菌的分离与计数:本实验旨在让学生从土
壤中分离出能够分解尿素的细菌,并通过稀释涂布平板法进行计数。通过实验,
学生将了解选择培养基的原理和应用,学会使用显微镜进行菌落计数,以及分
析实验结果。
第 2 节 发酵工程为人类提供多样化生物产品
探究 · 实验 1-4 果酒和果醋的制作:本实验通过果酒和果醋的制作过程,让
学生了解发酵工程在食品生产中的应用。实验过程中,学生将掌握果酒和果醋
的制作原理和方法,学会使用酵母和醋酸菌进行发酵,以及控制发酵条件以获
得优质的产品。
探究 · 实验 1-5 酸奶的制作:本实验通过酸奶的制作过程,让学生了解乳酸
菌在食品发酵中的作用。学生将学会使用乳酸菌进行发酵,掌握酸奶的制作原
理和方法,以及控制发酵条件以获得口感和品质俱佳的酸奶产品。
探究 · 活动 1-6 虚拟仿真:发酵条件对微生物发酵的影响:通过虚拟仿真实
验,学生将能够直观地观察到不同发酵条件(如温度、 pH 值、溶解氧等)对微
生物生长和代谢产物合成的影响。这将有助于学生加深对发酵工程原理的理解,
5
提高科学探究能力。
(三)单元内容整合
本单元的教学内容以发酵工程为核心,通过理论讲解和实验操作相结合的
方式,让学生全面了解发酵工程的基础理论、实验技能以及实际应用。在教学
过程中,应注重理论与实 践 的结合,通过实验操作加深学生对理论 知识 的理解 ;
也 应注重培养学生的科学探究能力和 创新意识 , 鼓励 学生 积极参 与实验 设 计和
结果分析。
在教学内容的组 织上 , 可 以 采 用 循序渐 进的方式。通过第 1 节的内容让学
生掌握发酵工程的基础理论和实验技能 ;然后 ,通过第 2 节的内容让学生了解
发酵工程在食品、医药、化工等领域的应用实例 ; 通过虚拟仿真实验让学生直
观地观察到不同发酵条件对微生物发酵的影响,从而加深对发酵工程原理的理
解。
在教学过程中 还 应注重 跨 学科 知识 的 融 合。发酵工程作为一 门涉 及生物学、
化学、工程学等多个学科领域的 交叉 学科,其教学内容应涵盖多个学科的 知识
点 。在教学过程中应注重 跨 学科 知识 的 融 合, 引导 学生将 所 学 知识运 用到实际
6
问题 的解 决 中。
二、《普通高中生物学课程标准( 2017 年版 2020 年修订)》分解
高中生物学学科核心素养
(一)生 命 观 念
生 命 观 念 是 指 对观察到的生 命 现 象 及相 互关系或 特性进行解释 后 的 抽象 ,
是人 们经 过实 证后 的观 点 ,是能够理解 或 解释生物学相 关事 件和现 象 的 意识 、
观 念 和 思想 方法。在本单元的教学中,应注重培养学生的生 命 观 念 ,具体体现
在以下几个方面:
结 构 与功能观:通过学习微生物的细 胞 结 构 和功能,让学生理解细 胞 是生
物体结 构 与生 命 活动的基本单 位 。例如,在探究 · 实验 1-2 中,学生将观察并记
录单菌落的形态特征,从而理解微生物细 胞 结 构 与功能 之间 的 关系 。
进化与 适 应观:通过学习微生物在 自然界 中的分布和 适 应机制,让学生理
解生物进化的本质和过程。例如,在探究 · 实验 1-3 中,学生将从土壤中分离出
能够分解尿素的细菌,从而理解微生物对 环境 的 适 应能力和进化机制。
稳 态与平 衡 观:通过学习发酵过程中微生物的生长和代谢活动,让学生理
解生物体内 环境 的 稳 态和平 衡 机制。例如,在探究 · 实验 1-4 和 1-5 中,学生将
7
控制发酵条件以获得优质的产品,从而理解微生物生长和代谢过程中的 稳 态和
平 衡 机制。
物质与能量观:通过学习微生物对营养物质的利用和代谢产物的合成过程,
让学生理解生 命 活动中的物质和能量 转换 过程。例如,在探究 · 实验 1-1 中,学
生将了解培养基的基本组成和配制方法,从而理解微生物对营养物质的利用和
代谢产物的合成过程。
(二)科学 思维
科学 思维 是 指尊 重 事 实和 证据 , 崇尚严谨 和 务 实的 求知 态度, 运 用科学的
思维 方法 认识事 物、解 决 实际 问题 的 思维 习 惯 和能力。在本单元的教学中,应
注重培养学生的科学 思维 ,具体体现在以下几个方面:
归纳 与 概 括:通过学习微生物的分离和纯化方法以及发酵工程的应用实例,
让学生学会从具体 事 例中 归纳 出一 般 性的规 律 和原理。例如,在探究 · 实验 1-2
和 1-3 中,学生将从混杂的微生物群体中分离出纯种的微生物,并 总 结 归纳 出
微生物分离和纯化的基本方法。
演绎 与 推 理:通过学习发酵工程的基本原理和实验操作技能,让学生学会
8
运 用 已知 的 知识 和原理 去预 测和解释 未知 的现 象 和 问题 。例如,在探究 · 活动 1-
6 中,学生将 运 用 所 学的发酵工程原理 去预 测和解释不同发酵条件对微生物发
酵的影响。
模 型 与 建 模:通过学习微生物的生长 曲 线和发酵过程的动力学模 型 ,让学
生学会 运 用数学模 型去描述 和 预 测生 命 现 象 和过程。例如,在探究 · 实验 1-3 中,
学生将使用显微镜进行菌落计数,并 运 用数学模 型去预 测土壤中分解尿素细菌
的数量。
批判 性 思维 :通过学习不同发酵工 艺 和产品的 比较 和分析,让学生学会对
所 学的 知识 和原理进行 批判 性的 思考 和 评价 。例如,在探究 · 实验 1-4 和 1-5 中,
学生将对不同发酵工 艺 和产品的品质进行 比较 和分析,从而学会对 所 学的 知识
和原理进行 批判 性的 思考 和 评价 。
创造 性 思维 :通过学习发酵工程的应用实例和 创新案 例,让学生学会 运 用
所 学的 知识 和原理 去 解 决 实际 问题 和 创新 应用。例如,在探究 · 实验 1-4 和 1-5
中,学生将 尝试改变 发酵条件 或添 加 辅 助 剂来 优化产品的品质和口感,从而学
会 运 用 所 学的 知识 和原理 去 解 决 实际 问题 和 创新 应用。
9
(三)科学探究
科学探究是 指 能够发现现实 世界 中的生物学 问题 , 针 对特定的生物学现 象
进行观察、提 问 、实验 设 计、方 案 实 施 以及对结果的 交流 与 讨 论的能力。在本
单元的教学中,应注重培养学生的科学探究能力,具体体现在以下几个方面:
观察与提 问 :通过学习微生物的形态特征和发酵过程的现 象 观察,让学生
学会对生 命 现 象 进行观察并提出 问题 。例如,在探究 · 实验 1-2 和 1-3 中,学生
将对单菌落的形态特征进行观察并记录结果,从而学会对生 命 现 象 进行观察并
提出 问题 。
实验 设 计与实 施 :通过学习微生物的分离和纯化方法以及发酵工程的实验
操作技能,让学生学会 设 计并实 施 实验方 案去 验 证假设 和解 决问题 。例如,在
探究 · 实验 1-1 至 1-5 中,学生将 设 计并实 施 实验方 案去 配制培养基、分离和纯
化微生物、制作果酒和果醋以及酸奶等发酵产品。
结果分析与 讨 论:通过学习实验数 据 的 收集 和处理方法以及科学论 文 的 撰
写 技 巧 ,让学生学会对实验结果进行分析和 讨 论并 撰写 科学论 文 。例如,在探
究 · 实验 1-3 中,学生将对显微镜下的菌落计数结果进行分析和 讨 论,并 撰写 实
10
验 报告或 科学论 文 。
交流 与合作:通过学习 小 组合作和 班级交流 的方式以及科学 共 同体的规 范
和 价 值观,让学生学会与 他 人进行 交流 和合作并 共 同解 决问题 。例如,在探究 ·
实验 1-1 至 1-5 中,学生将以 小 组为单 位 进行合作实验和 交流讨 论,并学会与
他 人分 享 实验成果和 经 验教 训 。
( 四 ) 社 会 责任
社 会 责任 是 指 基于生物学的 认识参 与个人与 社 会 事务 的 讨 论并作出理性解
释和 判断 以及解 决 生产生活 问题 的 担当 和能力。在本单元的教学中,应注重培
养学生的 社 会 责任意识 ,具体体现在以下几个方面:
健康文明 的生活方式:通过学习发酵工程在食品生产中的应用实例以及食
品 安 全的重要性,让学生 树立健康文明 的生活方式和 饮 食习 惯 。例如,在探究 ·
实验 1-4 和 1-5 中,学生将了解果酒、果醋和酸奶等发酵食品的制作原理和方
法以及食品 安 全的重要性,从而 树立健康文明 的生活方式和 饮 食习 惯 。
环境保护 与 可持续 发展:通过学习发酵工程在 资 源利用和 环境保护 方面的
应用实例以及 可持续 发展的理 念 ,让学生 树立环境保护 和 可持续 发展的 意识 。