《微生物發(fā)酵及其應(yīng)用》設(shè)計與案例
目標(biāo)的確定
與本節(jié)對應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容是“舉例說出發(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》。事實上，微生物發(fā)酵在現(xiàn)實生活中遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了食品工業(yè)的范疇。因此，本節(jié)內(nèi)容一開始時并沒有局限于食品生產(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)酵過程，再舉例說出發(fā)酵與食品生產(chǎn)的關(guān)系。為此，本節(jié)主要目標(biāo)確 定為：通過了解發(fā)酵工程發(fā)展的歷史，體驗科學(xué)、技術(shù)、社會三者間的關(guān)系；說出微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基本過程；舉例說出微生物發(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)的社會問題等。教學(xué)設(shè)計思路
教學(xué)實施的程序

教學(xué)
內(nèi)容教學(xué)活動教學(xué)手段和方法預(yù)期目標(biāo)
1.復(fù)習(xí)提問，引入新課。師：同學(xué)們在初中時學(xué)習(xí)過微生物發(fā)酵與食品，我們的日常生活中也接觸到許多發(fā)酵食品，請同學(xué)們思考這樣一個問題：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發(fā)酵制作的嗎？
生：饅頭、面包。
師：對，實際上，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)過程都離不開微生物發(fā)酵。那么，微生物發(fā)酵是如何發(fā)展起來的？其生產(chǎn)過程怎樣？它還可應(yīng)用 在哪些方面？現(xiàn)在我們就一起來解答這些問題。學(xué)生很可能回答不全，教師可提示。
投影或板書：第一節(jié)微生物發(fā)酵及其應(yīng)用 聯(lián)系日常生活的實例，在回憶舊 知識的基礎(chǔ)上，引入新課，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí) 興趣，強(qiáng)化從社會中來的意識。
2.新課──發(fā)酵工程史話的學(xué)習(xí)。師：現(xiàn)在人們能夠利用微生物發(fā)酵來大規(guī)模地生產(chǎn)食品、藥品等許多產(chǎn)品，那么，人們今天的成績是如何一步步取得的呢？下面我們先來學(xué)習(xí)第一個問題：發(fā)酵工程史話。
首先，請大家閱讀教材發(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)來生產(chǎn)多種產(chǎn)品，這個方面還有我們中華民族的貢獻(xiàn)。由此可見，發(fā)酵技術(shù)是從生產(chǎn)實踐中一步步產(chǎn)生的。
師：下面請同學(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)和人們對微生物的認(rèn)識不斷深入后，誕生了傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)。這充分說明了發(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，請大家繼續(xù)閱讀后四個自然段的內(nèi)容。從中能夠 看出，發(fā)酵技術(shù)隨著時代的發(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，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心是技術(shù)，同時科學(xué)技術(shù)又是一個不斷發(fā)展的過 程。投影或板書：
一、發(fā)酵工程史話
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)價值觀的教育素材自然過渡到發(fā)酵工程史話。
讓學(xué)生體驗科學(xué)技術(shù)是從生產(chǎn)實踐中產(chǎn)生的。
讓學(xué)生體驗技術(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 一個不斷發(fā)展的過程。
3.新課──發(fā)酵生產(chǎn)過程探秘。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！有人認(rèn)為食用味精對人體有毒害作用，從生物學(xué)的角度，你如何看待這個問題？
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，所以食用味精對人體不會有毒害作用。
師：非常好！適當(dāng)添加味精對人體無害，且能增添菜肴的鮮味。我國已成為國際上味精生產(chǎn)大國，年產(chǎn)約6.5×105 t。你想知道味精是怎樣在 現(xiàn)代化的工廠中生產(chǎn)出來的嗎？請大家翻到教科書P76～77。現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，為避繁就簡，突出主干，教科書用流程 圖來展示發(fā)酵的基本過程。為便于同學(xué)們的理解，我們以味精生產(chǎn)為例，來探秘它的發(fā)酵生產(chǎn)過程。
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)菌的代謝特點配制相應(yīng)的培養(yǎng)基。培養(yǎng)基如何配制可參看教科書中關(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，整個發(fā)酵過程不能混入其他 微生物（雜菌），所以生產(chǎn)味精的培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌，并進(jìn)行無菌操作。
在味精生產(chǎn)過程中，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)時間，要把谷氨酸棒狀桿菌或黃色短桿菌的菌種，經(jīng) 過培養(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)菌就會利用罐內(nèi)培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)大量繁殖， 同時產(chǎn)生大量的谷氨酸。為使發(fā)酵過程處于最佳狀態(tài)，現(xiàn)代化的味精生產(chǎn)企業(yè)，其發(fā)酵罐均有計算機(jī)控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程中的各種條件嚴(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)酵過程中要不斷地 通入無菌空氣，以滿足它們生長繁殖的需要。
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)液中就會生成大量的谷氨酸，隨后，將谷氨酸從培養(yǎng)液中分離出來，用適量的Na2CO3溶液中和（形成谷氨酸鈉結(jié)晶）后，再 經(jīng)過過濾、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。投影或板 書：
二、發(fā)酵生產(chǎn)過程探秘──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：1.菌種的選育 ：如谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌等
板書：2.培養(yǎng)基的配制：水、無機(jī)鹽、碳源、氮源、生長因子等
板書：3.滅菌：去掉雜菌
板書：4.擴(kuò)大培養(yǎng)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：5.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵：由計算機(jī)控制系統(tǒng)控制條件
板書：6.分離、提純產(chǎn)物
→產(chǎn)品：谷氨酸→谷氨酸鈉 讓學(xué)生了解發(fā)酵生產(chǎn)的基本過程。
4.新課──發(fā)酵與食品生產(chǎn)。
師：正因為人們對微生物發(fā)酵生產(chǎn)的過程研究得非常透徹，所以現(xiàn)在我們能利用微生物發(fā)酵技術(shù)來生產(chǎn)多種產(chǎn)品。請大家翻到教科書P77，看討論專欄，4個同學(xué)一組來完成這個討論。
師：哪個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)超過同學(xué)們現(xiàn)在所知的。如想進(jìn)一步 了解，請閱讀教科書P78的內(nèi)容。投影或板書：
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)生體驗科學(xué)、技術(shù)、社會三者間的關(guān)系。
5.小結(jié)及布置調(diào)查活動。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)的基本過程，同時能舉例說出微生物發(fā)酵與食品生產(chǎn)的關(guān)系。我們應(yīng)該利用所學(xué)的知識去關(guān)注微生物發(fā)酵在社會中的應(yīng)用，為此，請大家利用課余時間 完成一個調(diào)查活動，調(diào)查活動的內(nèi)容和要求見教科書P78“到社會中去”欄目，大家可根據(jù)自己的興趣和條件任選一個題目去調(diào)查，調(diào)查完成后，寫一份調(diào)查報告，供大家交流。
感興趣的學(xué)生可以個人或小組合作，選擇一個內(nèi)容去調(diào)查。最終完成的調(diào)查報告，經(jīng)教師評價后，張貼出來，辦一個專欄供大家參觀。
為學(xué)生構(gòu)建一個學(xué)以致用的平臺，同時喚起學(xué)生關(guān)注社會的意識。


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