版人教版高中生物學選擇性必修3生物技術與工程《第1章發酵工程》大單元整體教學設計[2020課標]一、內容分析與整合二、《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》分解三、學情分析四、大主題或大概念設計五、大單元目標敘寫六、大單元教學重點七、大單元教學難點八、大單元整體教學思路九、學業評價十、大單元實施思路及教學結構圖十一、大情境、大任務創設十二、單元學歷案十三、學科實踐與跨學科學習設計十四、大單元作業設計十五、“教-學-評”一致性課時設計十六、大單元教學反思一、內容分析與整合（一）教學內容分析高中生物學選擇性必修3《生物技術與工程》中的第一章《發酵工程》是生物學課程的重要組成部分，它不僅涵蓋了發酵工程的基本概念、原理，還涉及了微生物的培養技術、發酵工程的應用等多個方面。本章內容旨在通過傳統發酵技術和現代發酵工程的對比，讓學生理解發酵工程在現代工業中的重要作用，并通過實踐活動培養學生的實驗技能和科學探究能力。本章分為三節：第一節：傳統發酵技術的應用教學內容：介紹傳統發酵技術的歷史背景、基本原理及其在食品生產中的應用，如泡菜、果酒和果醋的制作。教學目標：讓學生了解傳統發酵技術的基本概念和原理，通過實踐活動掌握泡菜、果酒和果醋的制作方法，培養實驗操作技能和科學探究興趣。第二節：微生物的培養技術及應用教學內容：講解微生物的基本培養技術，包括培養基的配制、無菌技術、微生物的純培養、選擇培養和計數等。教學目標：讓學生掌握微生物培養的基本方法和技能，理解微生物在發酵工程中的重要作用，并通過酵母菌的純培養和土壤中分解尿素的細菌的分離與計數等實踐活動，培養學生的實驗設計能力和科學探究能力。第三節：發酵工程及其應用教學內容：介紹發酵工程的基本流程、應用實例以及與生物學有關的職業，如發酵工程制藥工的工作內容和要求。教學目標：讓學生了解發酵工程在現代工業中的廣泛應用，理解發酵工程的基本原理和流程，通過案例分析了解發酵工程制藥工的工作內容和要求，培養學生的職業意識和社會責任感。（二）單元內容分析本章內容緊密圍繞發酵工程這一主題展開，從傳統發酵技術到現代發酵工程，再到發酵工程的應用，形成了一個完整的知識體系。具體來說：傳統發酵技術的應用知識點：發酵技術的歷史背景、基本原理、傳統發酵食品的制作方法（如泡菜、果酒和果醋）。重點：理解傳統發酵技術的基本原理，掌握泡菜、果酒和果醋的制作方法。難點：如何在實踐活動中準確控制發酵條件，保證發酵食品的質量。微生物的培養技術及應用知識點：培養基的配制、無菌技術、微生物的純培養、選擇培養和計數方法。重點：掌握微生物培養的基本方法和技能，理解微生物在發酵工程中的重要作用。難點：如何在實驗過程中保持無菌狀態，避免雜菌污染；如何準確計數微生物的數量。發酵工程及其應用知識點：發酵工程的基本流程、應用實例、發酵工程制藥工的工作內容和要求。重點：理解發酵工程的基本原理和流程，了解發酵工程在現代工業中的廣泛應用。難點：如何將發酵工程的理論知識應用于實際問題中，培養學生的問題解決能力和創新思維。（三）單元內容整合本章內容在整合上注重理論與實踐相結合，通過傳統發酵技術的介紹，讓學生理解發酵工程的基本原理；通過微生物培養技術的講解，讓學生掌握微生物培養的基本方法和技能；通過發酵工程應用的案例分析，讓學生了解發酵工程在現代工業中的重要作用。通過實踐活動的設計，讓學生在動手操作的過程中加深對理論知識的理解，培養實驗操作技能和科學探究能力。具體來說，可以將本章內容整合為以下幾個部分：發酵工程概述介紹發酵工程的基本概念、歷史背景和發展趨勢。傳統發酵技術講解傳統發酵技術的基本原理和在食品生產中的應用。設計實踐活動：泡菜、果酒和果醋的制作。微生物培養技術講解微生物培養的基本方法和技能。設計實踐活動：酵母菌的純培養和土壤中分解尿素的細菌的分離與計數。發酵工程應用介紹發酵工程在現代工業中的廣泛應用。案例分析：發酵工程制藥工的工作內容和要求。綜合實踐設計一個綜合實踐活動，讓學生將所學知識應用于實際問題中，如利用發酵工程生產某種產品（如酸奶）。二、《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》分解高中生物學學科核心素養（一）生命觀念生命觀念是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。在本章教學中，生命觀念主要體現在以下幾個方面：結構與功能觀：通過講解微生物的基本結構和功能，讓學生理解微生物的形態結構與其生理功能之間的關系。例如，在講解酵母菌的結構時，可以指出其細胞壁、細胞膜、細胞核等結構與其代謝、繁殖等功能之間的關系。進化與適應觀：通過介紹發酵技術的歷史背景和發展趨勢，讓學生理解生物技術在不斷進化和發展過程中對人類社會的貢獻。例如，在講解傳統發酵技術時，可以指出隨著科學技術的發展，傳統發酵技術也在不斷改進和完善，以適應現代社會的需求。穩態與平衡觀：通過講解微生物培養過程中的環境條件控制，讓學生理解微生物生長繁殖過程中需要保持穩態和平衡。例如，在講解無菌技術時，可以指出無菌環境對于微生物生長繁殖的重要性，以及如何通過控制環境條件來保持無菌狀態。物質與能量觀：通過講解發酵過程中的物質轉化和能量代謝，讓學生理解生命活動過程中的物質和能量變化規律。例如，在講解發酵工程的基本原理時，可以指出微生物在發酵過程中如何利用原料中的營養物質進行代謝活動，并產生所需的產物。（二）科學思維科學思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。在本章教學中，科學思維主要體現在以下幾個方面：歸納與概括：引導學生通過觀察和分析實驗現象，歸納出微生物培養的一般規律和特點。例如，在觀察酵母菌生長繁殖過程時，可以引導學生歸納出酵母菌生長繁殖的適宜環境條件。演繹與推理：引導學生根據已知的科學原理和事實，推理出未知的實驗結果或科學結論。例如，在講解發酵工程的基本原理時，可以引導學生根據微生物的代謝特點推理出發酵過程中可能產生的產物。模型與建模：引導學生通過構建模型來模擬微生物培養過程和發酵工程流程，加深對相關知識的理解和記憶。例如，可以引導學生構建微生物培養過程的流程圖或模型圖來展示其培養過程中的關鍵環節和步驟。批判性思維：引導學生對所學的知識和實驗結果進行批判性分析和評價，培養獨立思考和解決問題的能力。例如，在討論發酵工程的應用時，可以引導學生分析不同發酵工藝的優缺點和適用范圍，并提出改進意見或建議。（三）科學探究科學探究是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力。在本章教學中，科學探究主要體現在以下幾個方面：觀察與提問：引導學生觀察微生物培養過程中的實驗現象，并提出相關的問題或假設。例如，在觀察酵母菌生長繁殖過程時，可以引導學生提出關于酵母菌生長繁殖速度與環境條件之間關系的問題或假設。實驗設計與實施：引導學生根據提出的問題或假設設計實驗方案，并實施實驗來驗證假設的正確性。例如，在設計酵母菌純培養實驗時，可以引導學生根據實驗目的和要求設計實驗方案，并選擇適當的實驗材料和儀器來實施實驗。數據收集與分析：引導學生收集實驗過程中的數據并進行統計和分析，以得出科學的結論或結果。例如，在收集酵母菌生長繁殖數據時，可以引導學生采用適當的統計方法對數據進行分析和處理，并繪制出相應的圖表來展示實驗結果。交流與討論：引導學生將實驗結果進行交流和討論，分享實驗心得和體會，并互相評價和改進實驗方案。例如，在實驗結束后可以組織學生進行小組討論或全班討論來分享實驗結果和心得體會，并互相評價和改進實驗方案以提高實驗效果。（四）社會責任社會責任是指基于生物學的認識參與個人與社會事務的討論、作出理性解釋和判斷、解決生產生活問題的擔當和能力。在本章教學中，社會責任主要體現在以下幾個方面：關注社會問題：引導學生關注與發酵工程相關的社會問題，如食品安全、環境保護等，并思考如何通過生物技術手段來解決這些問題。例如，在討論發酵工程的應用時，可以引導學生思考如何利用發酵工程技術生產環保型生物降解材料來減少塑料污染等問題。參與科學實踐：鼓勵學生積極參與科學實踐活動，如參加科技創新大賽、科研項目等，將所學知識應用于實際問題中并解決實際問題。例如，可以組織學生參加學校或社區的科技創新活動來展示自己的研究成果和實踐能力。宣傳科學知識：引導學生通過撰寫科普文章、制作科普視頻等方式向公眾宣傳發酵工程等相關知識，提高公眾對生物技術的認識和了解。例如，可以組織學生撰寫關于發酵工程技術的科普文章或制作科普視頻來向公眾介紹生物技術的原理和應用。遵守法律法規：教育學生遵守相關的法律法規和倫理規范，在進行科學研究和實踐活動時要確保合法合規并尊重他人的權益和利益。例如，在進行微生物培養實驗時要嚴格遵守實驗室的安全規范和操作規程來確保實驗安全并保護環境和生態安全。學情分析（一）已知內容分析在進入《發酵工程》這一單元的學習之前，學生已經具備了一定的生物學基礎知識，這些知識為本單元的學習奠定了堅實的基礎。具體來說，學生在必修課程《分子與細胞》和《遺傳與進化》中，學習了細胞的結構與功能、物質與能量轉換、遺傳信息的傳遞與表達等核心概念，這些內容為理解發酵工程中的微生物代謝、基因工程原理等提供了必要的理論支撐。在日常生活中，學生也積累了一定的與發酵工程相關的實踐經驗。例如，許多學生可能品嘗過發酵食品如酸奶、泡菜、腐乳等，對發酵食品有一定的感性認識。學生也可能通過電視、網絡等媒體了解到一些與發酵工程相關的應用，如青霉素等抗生素的生產過程。這些實踐經驗有助于激發學生的學習興趣，使他們能夠更好地將理論知識與實際應用相結合。在選修課程的學習過程中，學生已經接觸過一些基本的生物學實驗技能，如顯微鏡的使用、無菌操作技術等。這些實驗技能為學生在本單元中進行微生物培養、發酵實驗等提供了技術支持。（二）新知內容分析本單元《發酵工程》涉及的內容相對新穎且復雜，對學生來說既是一個挑戰也是一個提升自我能力的機會。具體來說，新知內容主要包括以下幾個方面：發酵工程的基本原理：學生需要了解發酵工程的定義、發展歷程以及在現代工業中的應用。他們需要理解微生物在發酵過程中的作用，以及如何通過控制發酵條件來優化產品的產量和質量。微生物的培養技術：學生將學習微生物的基本培養方法，包括培養基的配制、滅菌技術、無菌操作等。他們還需要了解微生物的選擇培養和計數方法，如平板劃線法、稀釋涂布平板法等。傳統發酵技術的應用：學生將通過實踐活動，親手制作泡菜、果酒和果醋等傳統發酵食品。這一過程中，他們將深刻理解傳統發酵技術的原理和操作要點。發酵工程制藥：學生將了解發酵工程在制藥工業中的應用，包括抗生素、激素、疫苗等藥物的生產過程。他們還需要認識到發酵工程制藥工這一職業的重要性和挑戰。微生物菌種的高通量篩選：學生將了解高通量篩選技術在微生物菌種選育中的應用，以及如何通過現代生物技術手段提高微生物的生產能力。（三）學生學習能力分析高中學生經過初中階段和高中階段必修課程的學習，已經具備了一定的自主學習能力、實驗探究能力和問題解決能力。這些能力為他們在本單元的學習提供了有力支持。自主學習能力：學生能夠根據教師提供的學習資料，自主預習新課內容，理解基本概念和原理。他們還能夠利用網絡資源，拓展自己的知識面，加深對所學內容的理解。實驗探究能力：學生已經掌握了一些基本的生物學實驗技能，如顯微鏡的使用、無菌操作等。他們能夠在教師的指導下，獨立完成微生物培養、發酵實驗等探究性實驗。問題解決能力：學生已經具備了一定的分析問題和解決問題的能力。他們能夠運用所學知識，分析實驗現象和結果，提出合理的解釋和結論。在遇到問題時，他們能夠主動尋求幫助，與同伴或教師進行討論和交流。學生在學習能力方面也存在一些不足。例如，部分學生在自主學習過程中缺乏主動性和計劃性，需要教師的引導和督促。一些學生在實驗探究過程中缺乏創新思維和批判性思維，需要教師在實驗設計、數據分析等方面給予更多的指導和支持。（四）學習障礙突破策略針對學生在學習過程中可能遇到的學習障礙，教師可以采取以下策略進行突破：激發學習興趣：通過展示發酵工程在現代工業中的應用實例，如抗生素的生產、食品發酵等，激發學生的學習興趣和好奇心。組織學生進行實踐活動，如親手制作泡菜、果酒和果醋等，讓學生在實踐中感受發酵工程的魅力。強化基礎知識：針對部分學生對生物學基礎知識掌握不牢固的問題，教師可以采取復習舊知、鞏固新知的方式，加強學生對基本概念和原理的理解。例如，在講授發酵工程原理之前，先復習細胞代謝、遺傳信息傳遞等相關知識。提高實驗技能：針對部分學生在實驗探究過程中缺乏實驗技能的問題，教師可以加強實驗技能的訓練和指導。例如，在微生物培養實驗中，教師可以詳細講解培養基的配制方法、滅菌技術、無菌操作等要點，并親自示范操作過程。鼓勵學生多進行實驗操作，提高他們的實驗技能和動手能力。培養創新思維：針對部分學生在實驗探究過程中缺乏創新思維的問題，教師可以采取啟發式教學、問題導向教學等方式，引導學生主動思考、積極探索。例如，在微生物菌種選育實驗中，教師可以引導學生思考如何通過改變培養條件、優化發酵工藝等方式提高微生物的生產能力。鼓勵學生提出自己的見解和想法，培養他們的創新思維和批判性思維。加強師生互動：針對部分學生在學習過程中缺乏與教師互動的問題，教師可以采取小組討論、合作學習等方式，促進學生之間的交流和合作。鼓勵學生主動向教師提問和尋求幫助，建立良好的師生關系和互動氛圍。教師可以通過課堂提問、課后輔導等方式，及時了解學生的學習情況和困難，給予他們及時的指導和支持。利用信息技術：針對部分學生在自主學習過程中缺乏有效資源的問題，教師可以利用信息技術手段，為學生提供豐富的學習資源和平臺。例如，教師可以利用網絡資源庫、在線學習平臺等為學生提供相關的學習資料和視頻教程。鼓勵學生利用網絡資源進行自主學習和拓展學習，提高他們的信息素養和自主學習能力。通過激發學生的學習興趣、強化基礎知識、提高實驗技能、培養創新思維、加強師生互動和利用信息技術等手段，教師可以有效地突破學生在學習過程中遇到的學習障礙，提高他們的學習效果和成績。四、大主題或大概念設計本單元的大主題設計為“探索發酵工程的奧秘：從傳統發酵技術到現代生物技術與工程的應用”。圍繞這一主題，通過三個子課題的學習活動，旨在幫助學生全面理解發酵工程的發展歷程、基本原理及其在生物技術與工程領域的重要應用，同時培養學生的生物學學科核心素養。五、大單元目標敘寫高中生物學學科核心素養：（一）生命觀念學生能夠理解發酵過程中微生物的代謝活動及其對人類社會的貢獻，形成對生命活動本質的認識。學生能夠運用結構與功能相適應的觀念，解釋不同微生物在發酵工程中的作用及其機制。學生能夠從穩態與平衡觀的角度，理解發酵過程中微生物生長與環境條件之間的關系。（二）科學思維學生能夠基于生物學事實和證據，運用歸納與概括、演繹與推理等方法，探討發酵工程的基本原理和應用。學生能夠運用模型與建模的方法，模擬發酵過程，預測并解釋不同條件下發酵產物的變化。學生能夠運用批判性思維，分析發酵工程在食品、醫藥等領域的應用及其可能帶來的社會問題。（三）科學探究學生能夠針對發酵工程中的具體問題，提出假設并設計實驗方案進行探究。學生能夠正確使用實驗器具和材料，按照實驗步驟進行操作，并記錄和分析實驗數據。學生能夠與他人合作，共同完成發酵工程相關的實驗探究任務，并撰寫實驗報告。（四）社會責任學生能夠關注發酵工程在食品、醫藥等領域的應用及其可能帶來的環境影響，形成環保意識。學生能夠運用生物學知識，參與討論發酵工程產品的安全性和倫理問題，作出理性判斷。學生能夠結合本地資源，嘗試開展發酵工程相關的實踐活動，為解決現實生活中的問題提供生物學方案。六、大單元教學重點發酵工程的基本原理：重點講解發酵過程中微生物的代謝活動、發酵條件的控制以及發酵產物的分離和提純等基本原理。傳統發酵技術的應用：通過探究實踐活動，讓學生親手制作傳統發酵食品（如泡菜、果酒和果醋等），理解傳統發酵技術的原理和方法。微生物的培養技術及應用：詳細講解微生物的基本培養技術（包括無菌技術、培養基的配制等），并通過酵母菌的純培養、土壤中分解尿素的細菌的分離與計數等探究實踐活動，讓學生掌握微生物培養的基本技能。發酵工程制藥工：介紹發酵工程在醫藥領域的應用，讓學生了解發酵工程制藥的基本原理和工藝流程。發酵工程的社會與經濟價值：分析發酵工程在食品、醫藥、農牧業等領域的應用及其社會經濟價值，讓學生認識到發酵工程在現代社會中的重要作用。七、大單元教學難點發酵工程原理的抽象性：發酵工程涉及微生物的代謝活動、發酵條件的控制等復雜原理，對學生來說較為抽象難懂。微生物培養技術的規范性：微生物培養過程需要嚴格遵守無菌操作規范，否則容易導致實驗失敗，這對學生的實驗操作技能提出了較高要求。發酵工程應用的多樣性：發酵工程在食品、醫藥、農牧業等領域的應用廣泛且多樣，學生需要理解不同應用領域的具體需求和工藝流程。科學思維與科學探究能力的培養：本單元要求學生具備科學思維和科學探究能力，能夠針對發酵工程中的具體問題提出假設并設計實驗方案進行探究，這對學生的綜合素質提出了較高要求。教學策略與方法情境教學：通過創設真實或模擬的發酵工程應用場景，激發學生的學習興趣和探究欲望。例如，可以組織學生參觀發酵工廠或實驗室，讓學生親身體驗發酵工程的生產過程。探究實踐：通過設計一系列探究實踐活動（如制作傳統發酵食品、酵母菌的純培養、土壤中分解尿素的細菌的分離與計數等），讓學生在實踐中掌握發酵工程的基本原理和操作技能。合作學習：組織學生以小組合作的形式進行探究實踐活動，培養學生的團隊協作能力和溝通能力。案例分析：選取典型的發酵工程應用案例進行分析討論，幫助學生理解發酵工程在不同領域的應用及其社會經濟價值。信息技術應用：充分利用信息技術手段（如多媒體教學、在線學習平臺等），豐富教學手段和資源，提高教學效果。教學評價過程性評價：關注學生的學習過程和實踐表現，通過課堂觀察、實驗記錄、小組討論等方式進行評價。表現性評價：通過學生的實驗報告、探究項目成果等形式進行評價，考察學生的科學探究能力和創新思維。終結性評價：通過期末考試或綜合測試等方式進行評價，考察學生對發酵工程基本原理和應用知識的掌握程度。教學反思與改進在教學過程中，教師應密切關注學生的學習情況和反饋意見，及時調整教學策略和方法。教師還應注重自我反思和總結教學經驗教訓，不斷改進教學方法和手段，提高教學效果和質量。例如，針對發酵工程原理的抽象性問題，教師可以采用動畫演示、模型展示等直觀教學手段幫助學生理解；針對微生物培養技術的規范性要求，教師可以加強實驗指導和監督力度確保實驗順利進行。教師還可以鼓勵學生積極參與課外實踐活動和社會調查等活動拓寬視野、增長見識。八、大單元整體教學思路教學目標設定根據《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，結合2019版人教版高中生物學選擇性必修3《生物技術與工程》中《第1章發酵工程》的教學內容，本大單元的教學目標設定如下，涵蓋高中生物學學科核心素養的四個方面：生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。（一）生命觀念理解發酵工程的生命本質：學生能夠理解發酵工程是利用微生物的特定功能，在適宜條件下將原料轉化為人類所需產物的過程，這一過程體現了生物體的結構與功能相適應的生命觀念。認識微生物的生命活動規律：通過分析微生物在不同條件下的生長繁殖和代謝活動，學生能夠認識到微生物生命活動的多樣性和復雜性，以及環境對微生物生命活動的影響。形成生態平衡觀念：通過了解發酵過程中微生物與其他生物及環境之間的相互作用，學生能夠形成生態平衡的觀念，理解微生物在生態系統中的重要作用。（二）科學思維培養歸納與概括能力：通過分析傳統發酵技術和現代發酵工程的異同點，學生能夠歸納出發酵工程的基本原理和關鍵技術，提高歸納與概括能力。運用批判性思維審視發酵工程：在面對發酵工程的應用實例時，學生能夠運用批判性思維審視其利弊，提出改進建議，培養科學審慎的態度。建立模型解釋發酵過程：通過構建微生物生長曲線模型、發酵過程模型等，學生能夠運用模型解釋發酵過程中的生命現象和規律，提高科學思維水平。（三）科學探究掌握微生物培養技術：學生能夠掌握微生物培養基的配制、滅菌、接種、分離和純化等關鍵技術，為后續的發酵工程實驗打下基礎。設計并實施發酵工程實驗：學生能夠根據實驗目的和要求，設計并實施發酵工程實驗，包括菌種的選育、培養基的優化、發酵條件的控制等，提高科學探究能力。分析并解決發酵工程中的問題：在實驗過程中，學生能夠及時發現并分析問題，運用所學知識提出解決方案，培養解決實際問題的能力。（四）社會責任關注發酵工程的社會應用：學生能夠關注發酵工程在食品工業、醫藥工業、農牧業等領域的應用實例，了解其對社會經濟發展的貢獻。參與發酵工程的科普宣傳：學生能夠積極參與發酵工程的科普宣傳活動，向公眾普及發酵工程的基本原理和應用價值，提高公眾的科學素養。培養可持續發展意識：通過了解發酵工程在資源循環利用和環境保護方面的作用，學生能夠培養可持續發展意識，關注生物技術的倫理問題和社會責任。教學整體思路一、教學內容分析《第1章發酵工程》是高中生物學選擇性必修3《生物技術與工程》中的重要章節，主要介紹了發酵工程的基本原理、關鍵技術和應用實例。本章內容涵蓋了傳統發酵技術的應用、微生物的培養技術及應用、發酵工程的基本環節和應用領域等多個方面，旨在通過系統的學習和實踐，使學生掌握發酵工程的基本原理和技術方法，了解其在現代工業生產中的重要作用。二、學情分析高中學生已經具備了一定的生物學基礎知識和實驗操作技能，對微生物學、生物化學等課程有一定的了解。發酵工程作為一門新興的生物技術課程，其內容涉及面廣、技術性強，對學生的科學素養和實驗能力提出了較高的要求。在教學過程中需要注重理論與實踐相結合，通過實驗操作和案例分析等方式激發學生的學習興趣和探究欲望。三、教學重難點分析教學重點：發酵工程的基本原理和關鍵技術。微生物的培養技術及應用。發酵工程的應用實例和社會價值。教學難點：如何將抽象的發酵工程原理轉化為具體的實驗操作和技術應用。如何引導學生運用所學知識解決實際問題，提高科學探究能力。如何培養學生的可持續發展意識和社會責任感。四、教學方法與策略情境教學法：通過創設貼近學生生活實際的情境，如傳統發酵食品的制作、微生物的培養過程等，激發學生的學習興趣和探究欲望。實驗探究法：通過設計并實施一系列發酵工程實驗，讓學生在實踐中掌握發酵工程的基本原理和技術方法，提高實驗操作能力和科學探究能力。案例分析法：通過分析發酵工程在食品工業、醫藥工業等領域的應用實例，讓學生了解發酵工程的社會價值和經濟效益，培養可持續發展意識和社會責任感。合作學習法：通過小組合作學習的方式，讓學生在交流中相互學習、相互啟發，提高團隊協作能力和溝通能力。五、教學實施步驟（一）引入新課（1課時）創設情境：展示一些常見的發酵食品（如面包、酸奶、醬油等），引導學生思考這些食品的制作過程及其中的生物學原理。提出問題：提問學生是否了解發酵工程的基本原理和應用實例，引出本章的學習主題。明確目標：向學生介紹本章的學習目標和重難點內容，激發學生的學習興趣和探究欲望。（二）講授新知（6課時）1.第1節傳統發酵技術的應用（2課時）講授內容：介紹傳統發酵技術的歷史沿革、基本原理和應用實例。實驗操作：指導學生動手制作泡菜、果酒和果醋等傳統發酵食品，讓學生在實踐中掌握傳統發酵技術的基本方法。案例分析：分析傳統發酵技術在食品工業中的應用實例，如醬油、醋、豆腐乳等的生產過程及其中的生物學原理。2.第2節微生物的培養技術及應用（2課時）講授內容：介紹微生物的基本培養技術、無菌操作方法和微生物的選擇培養技術。實驗操作：指導學生進行酵母菌的純培養實驗，讓學生掌握微生物培養的基本技能。拓展視野：介紹微生物菌種的高通量篩選技術及其應用前景，拓寬學生的知識面和視野。3.第3節發酵工程及其應用（2課時）講授內容：介紹發酵工程的基本原理、基本環節和應用領域。案例分析：分析發酵工程在食品工業、醫藥工業、農牧業等領域的應用實例，如青霉素的生產、啤酒的釀造、微生物肥料和農藥的生產等。小組討論：組織學生進行小組討論，探討發酵工程在可持續發展中的重要作用和面臨的挑戰。（三）鞏固練習（2課時）習題練習：通過課堂練習和課后作業的方式，鞏固學生對本章知識點的掌握情況。實驗報告：要求學生撰寫酵母菌純培養實驗和發酵工程應用案例分析的實驗報告，提高學生的寫作能力和科學表達能力。（四）總結提升（1課時）知識總結：對本章的知識點進行總結歸納，幫助學生形成系統的知識體系。方法提煉：提煉本章的學習方法和思維方法，提高學生的自主學習能力和科學探究能力。情感升華：引導學生關注發酵工程的社會應用和價值導向，培養學生的可持續發展意識和社會責任感。六、學業評價過程性評價：通過觀察學生在課堂上的表現、實驗操作的熟練程度、小組討論的參與度等方面進行評價，及時反饋學生的學習情況。結果性評價：通過課堂練習、課后作業、實驗報告和期末考試等方式進行評價，全面了解學生的學習成果和掌握情況。綜合性評價：結合過程性評價和結果性評價的結果，對學生進行綜合性評價，全面反映學生的學習水平和能力素質。七、教學反思與改進教學反思：在教學過程中，教師要及時反思自己的教學方法和策略是否得當、教學內容是否貼近學生生活實際、學生的學習興趣和探究欲望是否得到激發等方面的問題。教學改進：針對教學反思中發現的問題和不足之處，教師要及時進行調整和改進。例如，可以優化教學內容和教學方法、增加實驗操作的次數和難度、拓展學生的知識面和視野等方面的工作。教師還要關注學生的個體差異和學習需求，為不同層次的學生提供個性化的教學支持和幫助。通過以上教學思路的實施，旨在使學生全面掌握發酵工程的基本原理和技術方法，了解其在現代工業生產中的重要作用和應用前景。通過實踐操作和案例分析等方式激發學生的學習興趣和探究欲望，提高學生的實驗操作能力和科學探究能力。通過綜合性的學業評價和教學反思與改進工作，全面提升學生的生物學學科核心素養和綜合素質水平。九、學業評價一、引言學業評價是教育教學過程中不可或缺的重要環節，它不僅能夠反映學生的學習成果，還能夠指導教師改進教學方法，促進學生的學習和發展。根據《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，結合2019版人教版高中生物學選擇性必修3《生物技術與工程》第1章《發酵工程》的教學內容，本學業評價設計旨在全面評估學生在生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面的學科核心素養。二、教學目標（一）生命觀念理解發酵過程與微生物代謝的關系：學生能夠理解發酵過程中微生物如何利用原料進行代謝，產生所需產物的基本原理。認識發酵工程在自然界和人類社會中的作用：學生能夠認識到發酵工程在食品、醫藥、農業等領域的廣泛應用，以及其對人類社會的貢獻。形成穩態與平衡的生命觀念：通過了解發酵過程中微生物的生長、代謝和產物的形成，學生能夠理解生命系統中的穩態與平衡機制。（二）科學思維運用歸納與概括的方法理解發酵原理：學生能夠根據實驗觀察和理論知識，歸納出發酵過程中的關鍵步驟和影響因素。運用演繹與推理的方法預測發酵結果：學生能夠通過已知的發酵條件和微生物特性，推理出可能的發酵結果，并進行實驗驗證。運用模型與建模的方法解釋發酵過程：學生能夠構建簡單的發酵過程模型，用圖形或文字形式解釋發酵過程中的物質變化和能量轉換。（三）科學探究設計并實施發酵實驗：學生能夠根據實驗目的，設計合理的發酵實驗方案，包括原料選擇、微生物培養、發酵條件控制等。收集和分析發酵數據：學生能夠準確收集發酵過程中的數據，運用統計方法分析數據，得出科學結論。交流與討論發酵實驗結果：學生能夠清晰、準確地表達實驗過程和結果，與同學和教師進行有效的交流和討論。（四）社會責任關注發酵工程的社會應用：學生能夠關注發酵工程在食品、醫藥等領域的應用，了解其對人類健康和生活質量的影響。參與發酵工程的安全與倫理討論：學生能夠理解發酵工程的安全與倫理問題，參與相關議題的討論，形成正確的價值觀和道德觀。宣傳發酵工程的環保意義：學生能夠認識到發酵工程在資源節約和環境保護方面的意義，積極參與環保宣傳和實踐活動。三、學習目標（一）生命觀念了解發酵工程的基本原理：學生能夠描述發酵工程的基本概念、原理和應用領域。理解微生物在發酵過程中的作用：學生能夠解釋微生物如何參與發酵過程，產生所需產物。分析發酵工程中的穩態與平衡：學生能夠分析發酵過程中微生物生長、代謝和產物形成的穩態與平衡機制。（二）科學思維歸納發酵實驗中的關鍵步驟：學生能夠根據實驗觀察和記錄，歸納出發酵實驗中的關鍵步驟和影響因素。推理發酵條件對結果的影響：學生能夠運用演繹與推理的方法，分析發酵條件（如溫度、pH值、氧氣含量等）對發酵結果的影響。構建發酵過程模型：學生能夠運用模型與建模的方法，構建簡單的發酵過程模型，解釋發酵過程中的物質變化和能量轉換。（三）科學探究設計發酵實驗方案：學生能夠根據實驗目的和要求，設計合理的發酵實驗方案，包括原料選擇、微生物培養、發酵條件控制等。實施發酵實驗并記錄數據：學生能夠按照實驗方案進行發酵實驗，準確記錄實驗過程中的數據。分析數據并得出結論：學生能夠運用統計方法分析實驗數據，得出科學結論，并與同學和教師進行交流和討論。（四）社會責任關注發酵工程的社會影響：學生能夠關注發酵工程在食品、醫藥等領域的應用，了解其對社會經濟和人類健康的影響。參與發酵工程的安全與倫理討論：學生能夠理解發酵工程的安全與倫理問題，參與相關議題的討論，形成正確的價值觀和道德觀。宣傳發酵工程的環保意義：學生能夠認識到發酵工程在資源節約和環境保護方面的意義，積極參與環保宣傳和實踐活動，如推廣使用生物降解材料、減少化學肥料和農藥的使用等。四、評價目標設定（一）生命觀念評價學生對發酵工程基本原理的理解程度：通過課堂提問、作業和測驗等方式，評估學生對發酵工程基本概念、原理和應用領域的掌握情況。評價學生對微生物在發酵過程中作用的認識程度：通過觀察學生在實驗中對微生物培養、接種和發酵過程的操作情況，評估其對微生物在發酵過程中作用的認識程度。評價學生分析發酵工程中穩態與平衡的能力：通過小組討論、案例分析等方式，評估學生分析發酵過程中微生物生長、代謝和產物形成的穩態與平衡機制的能力。（二）科學思維評價學生歸納發酵實驗關鍵步驟的能力：通過批改學生的實驗報告和作業，評估其歸納發酵實驗關鍵步驟和影響因素的能力。評價學生推理發酵條件對結果影響的能力：通過課堂提問和討論等方式，評估學生運用演繹與推理的方法分析發酵條件對結果影響的能力。評價學生構建發酵過程模型的能力：通過觀察學生在課堂上構建發酵過程模型的情況，評估其運用模型與建模的方法解釋發酵過程中物質變化和能量轉換的能力。（三）科學探究評價學生設計發酵實驗方案的能力：通過批改學生的實驗設計報告和作業，評估其設計合理發酵實驗方案的能力。評價學生實施發酵實驗并記錄數據的能力：通過觀察學生在實驗中的操作情況和數據記錄情況，評估其實施發酵實驗并記錄數據的能力。評價學生分析數據并得出結論的能力：通過批改學生的實驗報告和作業，以及組織學生進行實驗結果的交流和討論，評估其分析數據并得出結論的能力。（四）社會責任評價學生關注發酵工程社會影響的能力：通過課堂討論、小組作業等方式，評估學生關注發酵工程在食品、醫藥等領域應用的能力，以及其對社會經濟和人類健康影響的認識程度。評價學生參與發酵工程安全與倫理討論的能力：通過組織學生進行發酵工程安全與倫理問題的討論和辯論，評估其參與相關議題討論的能力，以及形成正確價值觀和道德觀的能力。評價學生宣傳發酵工程環保意義的能力：通過課堂作業、小組項目等方式，評估學生宣傳發酵工程在資源節約和環境保護方面意義的能力，以及參與環保宣傳和實踐活動的積極性。五、具體評價方法與實施（一）課堂觀察與評價觀察學生在課堂上的參與度：通過記錄學生在課堂上的發言次數、提問次數和討論參與度等指標，評估其學習積極性和課堂參與度。觀察學生在實驗中的操作情況：通過記錄學生在實驗中的操作步驟、實驗數據的記錄和分析情況等指標，評估其實驗操作能力和科學探究能力。觀察學生在小組討論中的表現：通過記錄學生在小組討論中的發言次數、貢獻度和合作情況等指標，評估其團隊協作能力和交流能力。（二）作業與測驗評價批改學生的作業和測驗：通過批改學生的作業和測驗，評估其對發酵工程基本概念、原理和應用領域的掌握情況，以及歸納、推理和構建模型的能力。反饋學生的作業和測驗結果：通過及時向學生反饋作業和測驗結果，指出其存在的問題和不足，提出改進建議，促進其學習和進步。（三）實驗報告評價評價實驗報告的結構和內容：通過評價實驗報告的結構（如標題、摘要、實驗目的、材料與方法、結果與分析、結論等）和內容（如實驗設計的合理性、數據的準確性和分析的科學性等），評估學生的科學探究能力和科學思維能力。評價實驗報告的表達和交流能力：通過評價實驗報告的表達清晰度、邏輯性和交流能力（如能否準確、清晰地表達實驗過程和結果，能否與同學和教師進行有效的交流和討論等），評估學生的語言表達能力和交流能力。（四）小組討論與項目評價組織學生進行小組討論和項目研究：通過組織學生進行小組討論和項目研究，評估其團隊協作能力、交流能力和解決問題的能力。評價小組討論和項目研究的結果：通過評價小組討論和項目研究的結果（如討論的深度、廣度和創新性等），評估學生的綜合素質和創新能力。（五）自我評價與同伴評價引導學生進行自我評價：通過引導學生進行自我評價，讓其反思自己的學習過程和成果，認識自己的優點和不足，提出改進建議。組織學生進行同伴評價：通過組織學生進行同伴評價，讓其相互評價學習過程和成果，促進相互學習和進步。六、總結與展望通過本學業評價的設計和實施，旨在全面評估學生在生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面的學科核心素養。通過及時反饋評價結果，指導學生改進學習方法，促進其全面發展。在未來的教學實踐中，我們將繼續探索和完善學業評價體系，為學生的全面發展和終身學習奠定堅實基礎。在未來的教學中，我們將進一步注重培養學生的創新意識和實踐能力，鼓勵學生積極參與科學研究和實踐活動，提高其解決實際問題的能力。我們也將加強與社會各界的合作與交流，拓寬學生的視野和知識面，為其未來的職業發展和人生規劃提供更多選擇和機會。十、大單元實施思路及教學結構圖一、大單元實施思路本大單元以《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》為指導，圍繞2019版人教版高中生物學選擇性必修3《生物技術與工程》中的《第1章發酵工程》展開教學。本單元旨在通過一系列的教學活動，引導學生深入理解發酵工程的基本原理、技術和應用，培養學生的生物學學科核心素養。以下是詳細的實施思路：整體規劃，分步實施：將整個單元內容分為三大部分：傳統發酵技術的應用、微生物的培養技術及應用、發酵工程及其應用。每部分再細分為若干小節，每個小節設計具體的教學活動，如實驗、討論、案例分析等。理論與實踐相結合：在理論講解的基礎上，安排大量的實踐活動，如制作傳統發酵食品（泡菜、果酒和果醋）、酵母菌的純培養、土壤中分解尿素的細菌的分離與計數等。通過實踐活動，加深學生對理論知識的理解，并培養其動手能力和科學探究能力。注重科學探究和科學思維的培養：設計一系列探究性問題，引導學生主動思考、提出問題、設計實驗方案、實施實驗并分析結果。通過小組合作、討論交流等方式，培養學生的合作精神和科學探究能力。強化學科核心素養的落實：將生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等核心素養貫穿于整個教學過程中。通過具體的教學活動，如案例分析、角色扮演等，培養學生的生物學學科核心素養。跨學科整合與拓展：將發酵工程與其他學科（如化學、物理、工程等）進行整合，拓寬學生的知識面和視野。安排與發酵工程相關的職業介紹和實踐活動，如參觀發酵工程制藥廠等，增強學生對未來職業的了解和興趣。多元化評價體系：采用多種評價方式，如課堂表現、實驗報告、小組討論、期末考試等，全面評價學生的學習成果。注重過程性評價和終結性評價的結合，及時反饋學生的學習情況，調整教學策略。二、教學目標設定（一）生命觀念理解發酵工程的基本原理：學生能夠理解發酵是利用微生物的特定功能，通過現代工程技術規模化生產對人類有用的產品的過程。認識發酵工程在生物圈中的作用：學生能夠認識到發酵工程在農業、食品工業、醫藥工業等領域的重要應用，理解其對生物圈和人類社會的影響。形成穩態與平衡觀：通過發酵工程的學習，學生能夠理解微生物在發酵過程中的生長、繁殖和代謝活動，形成穩態與平衡的生命觀念。（二）科學思維運用歸納與概括的方法：學生能夠通過對傳統發酵技術和現代發酵工程的比較和分析，歸納出發酵工程的基本原理和特點。運用批判性思維：學生能夠批判性地分析發酵工程在實際應用中的優缺點，提出改進意見和建議。運用創造性思維：學生能夠結合所學知識，創造性地提出新的發酵工程應用方案或解決實際問題的方法。（三）科學探究提出問題：學生能夠根據所學知識和實際情境，提出與發酵工程相關的問題。設計實驗方案：學生能夠獨立或小組合作設計實驗方案，探究發酵工程中的某個問題或現象。實施實驗并分析結果：學生能夠按照實驗方案進行實驗，準確記錄實驗數據，并運用科學方法分析實驗結果。交流與合作：學生能夠與小組成員或其他同學交流實驗心得和體會，分享實驗成果和經驗。（四）社會責任關注社會議題：學生能夠關注與發酵工程相關的社會議題，如食品安全、環境保護等，并積極參與討論。參與社會實踐：學生能夠參與與發酵工程相關的社會實踐活動，如參觀發酵工程制藥廠、參與社區環保活動等。宣傳科學知識：學生能夠向他人宣傳發酵工程的基本知識和應用前景，提高公眾對發酵工程的認識和興趣。三、教學結構圖發酵工程|+++||傳統發酵技術微生物培養技術發酵工程應用||++++++||||泡菜制作果酒果醋酵母菌純培養選擇培養與計數發酵工程制藥||||實驗實驗實驗案例分析|科學探究|+++||提出問題設計實驗|+++||實施實驗分析結果|交流分享|+++||社會責任科學思維四、具體教學實施步驟（一）引入階段（1課時）情境創設：通過展示發酵工程在日常生活中的應用實例（如酸奶、面包、醬油等），激發學生的學習興趣和探究欲望。引導學生思考：這些食品是如何通過發酵工程生產出來的？發酵工程在生產過程中起到了什么作用？目標闡述：明確本單元的學習目標和教學內容，包括傳統發酵技術的應用、微生物的培養技術及應用、發酵工程及其應用三個方面。強調本單元學習的重要性和意義，引導學生樹立正確的學習態度和價值觀。（二）傳統發酵技術的應用（2課時）理論講解：介紹傳統發酵技術的基本原理和特點，包括利用微生物的代謝活動將原料轉化為人類所需的產品。講解傳統發酵技術在食品工業中的應用實例，如泡菜、果酒和果醋的制作過程。實踐活動：泡菜制作：材料準備：新鮮蔬菜（如蘿卜、黃瓜等）、食鹽、清水、泡菜壇等。方法步驟：將蔬菜洗凈切塊，放入泡菜壇中，加入適量的食鹽和清水，密封壇口并置于陰涼處發酵。結果觀察：定期觀察泡菜的發酵情況，記錄發酵過程中泡菜的顏色、氣味和口感變化。果酒和果醋制作：材料準備：新鮮水果（如葡萄、蘋果等）、酵母菌、醋酸菌、發酵瓶等。方法步驟：將水果洗凈搗碎，加入適量的酵母菌進行酒精發酵；待酒精發酵完成后，再加入醋酸菌進行醋酸發酵。結果觀察：定期觀察果酒和果醋的發酵情況，記錄發酵過程中果酒和果醋的顏色、氣味和口感變化。討論交流：引導學生討論泡菜、果酒和果醋制作過程中的科學原理和技術要點。分析傳統發酵技術在食品工業中的應用優勢和局限性。科學思維培養：引導學生運用歸納與概括的方法總結傳統發酵技術的基本原理和特點。鼓勵學生運用批判性思維分析傳統發酵技術在實際應用中的優缺點并提出改進意見。（三）微生物的培養技術及應用（3課時）理論講解：介紹微生物的基本培養技術，包括培養基的配制、滅菌、接種、分離和培養等步驟。講解微生物的選擇培養和計數方法，如稀釋涂布平板法、顯微鏡計數法等。實踐活動：酵母菌的純培養：材料準備：酵母菌培養液、馬鈴薯瓊脂培養基、接種環、恒溫培養箱等。方法步驟：配制馬鈴薯瓊脂培養基并進行滅菌處理；使用接種環從酵母菌培養液中蘸取少量菌液進行平板劃線；將平板置于恒溫培養箱中培養并觀察酵母菌的生長情況。土壤中分解尿素的細菌的分離與計數：材料準備：土壤樣品、尿素選擇性培養基、稀釋液、無菌水、涂布器等。方法步驟：采集土壤樣品并進行適當處理；配制尿素選擇性培養基并進行滅菌處理；將土壤樣品稀釋后涂布在尿素選擇性培養基上；將平板置于恒溫培養箱中培養并觀察細菌的生長情況；采用稀釋涂布平板法統計土壤中分解尿素的細菌數量。討論交流：引導學生討論微生物培養過程中的科學原理和技術要點。分析微生物培養技術在發酵工程中的應用優勢和局限性。科學探究培養：引導學生提出問題：如何優化微生物培養條件以提高微生物的生長速度和產量？設計實驗方案：學生小組合作設計實驗方案，探究不同培養條件（如溫度、pH值、氧氣含量等）對微生物生長速度和產量的影響。實施實驗并分析結果：學生按照實驗方案進行實驗，記錄實驗數據并運用科學方法分析實驗結果。交流分享：學生小組之間交流實驗心得和體會，分享實驗成果和經驗。科學思維培養：引導學生運用創造性思維提出新的微生物培養方案或解決實際問題的方法。鼓勵學生運用批判性思維分析實驗結果并提出改進意見。（四）發酵工程及其應用（3課時）理論講解：介紹發酵工程的基本原理和流程，包括菌種的選育和培養、發酵條件的控制、產物的分離和提純等方面。講解發酵工程在農業、食品工業、醫藥工業等領域的應用實例。案例分析：發酵工程制藥：案例介紹：以青霉素的生產為例，介紹發酵工程在制藥工業中的應用。分析討論：引導學生分析青霉素生產過程中的科學原理和技術要點。問題探討：討論如何提高青霉素的產量和質量？發酵過程中可能遇到哪些問題？如何解決這些問題？其他應用實例：介紹發酵工程在食品工業（如醬油、醋、味精等的生產）、農業（如微生物肥料、微生物農藥的生產）等領域的應用實例。實踐活動：參觀發酵工程制藥廠：組織學生參觀當地的發酵工程制藥廠，了解發酵工程制藥的生產流程和技術要點。小組討論：學生小組之間討論參觀過程中的所見所聞和所感所想，分享對發酵工程制藥的認識和理解。社會責任培養：引導學生關注與發酵工程相關的社會議題，如食品安全、環境保護等。鼓勵學生參與社區環保活動或志愿服務活動，提高社會責任感和公民意識。科學思維培養：引導學生運用歸納與概括的方法總結發酵工程的基本原理和流程。鼓勵學生運用批判性思維分析發酵工程在實際應用中的優缺點并提出改進意見。（五）總結與反饋階段（1課時）知識總結：引導學生回顧本單元的學習內容和重點難點知識。通過課堂提問、小組討論等方式檢查學生對所學知識的掌握情況。成果展示：組織學生展示本單元的學習成果和實踐活動成果，如實驗報告、小組討論記錄、參觀感想等。通過展示活動增強學生的自信心和表達能力。反饋與評價：采用多種評價方式對學生的學習成果進行評價，包括課堂表現、實驗報告、小組討論、期末考試等。及時反饋學生的學習情況，指出存在的問題和不足并提出改進意見。拓展延伸：介紹與發酵工程相關的前沿技術和研究進展，拓寬學生的知識面和視野。鼓勵學生關注發酵工程領域的最新動態和發展趨勢，為未來的學習和研究打下基礎。通過以上教學實施步驟，本單元旨在全面培養學生的生物學學科核心素養，提高學生的科學探究能力和社會責任感。通過實踐活動和案例分析等方式激發學生的學習興趣和探究欲望，促進學生的全面發展。十一、大情境、大任務創設一、教學目標設定（一）生命觀念理解發酵工程的基本原理：學生能夠理解發酵是利用微生物的特定功能，通過現代工程技術規模化生產對人類有用的產品的過程。通過本單元的學習，學生將形成對發酵工程基本原理的深刻認識，包括微生物在發酵過程中的作用、發酵條件的控制以及發酵產物的分離和提純等。認識發酵工程在生物圈中的作用：學生能夠認識到發酵工程在農業、食品工業、醫藥工業等領域的重要應用。通過實際案例的分析和討論，學生將理解發酵工程如何促進資源的有效利用，減少對環境的污染，并提高產品的質量和產量。形成結構與功能相適應的觀念：學生將通過探究傳統發酵食品和微生物培養過程中的生物學原理，理解微生物的結構與功能是如何適應其生存環境和發酵需求的。例如，酵母菌在無氧條件下進行酒精發酵，其細胞結構和代謝途徑都是適應這一環境的。（二）科學思維運用歸納與概括的方法：學生能夠通過分析傳統發酵食品和微生物培養過程中的生物學現象，歸納出微生物生長和代謝的一般規律。例如，通過觀察不同條件下微生物的生長情況，學生可以概括出微生物生長所需的最適溫度、pH值等條件。運用批判性思維：學生將對發酵工程中的不同觀點和技術進行批判性思考，評估其科學性和可行性。例如，在討論微生物菌種的高通量篩選技術時，學生將評估該技術的優缺點，并思考如何在實際應用中進行改進。運用模型與建模的方法：學生將通過建立微生物生長和發酵過程的數學模型，加深對發酵工程原理的理解。例如，學生可以使用Logistic增長模型來描述微生物在發酵過程中的生長動態，并通過模擬實驗來驗證模型的準確性。（三）科學探究提出可探究的生物學問題：學生能夠根據發酵工程的基本原理和應用，提出具有探究價值的生物學問題。例如，學生可以探究不同菌種對同一種發酵底物的利用效率，或者探究不同發酵條件對產物產量的影響。設計并實施探究實驗方案：學生將能夠根據所提出的問題，設計合理的實驗方案，并獨立或合作實施實驗。例如，學生可以設計實驗來探究不同溫度條件下酵母菌的酒精發酵效率，或者探究不同pH值對乳酸菌產酸能力的影響。收集并分析實驗數據：學生將能夠準確地收集實驗數據，并運用科學方法對數據進行分析和處理。例如，學生可以使用統計軟件對實驗數據進行回歸分析，以確定不同因素對發酵產物產量的影響程度。交流與討論實驗結果：學生將能夠與他人交流實驗心得和體會，分享實驗成果和經驗。通過小組討論和班級匯報等形式，學生可以相互學習、取長補短，共同提高科學探究能力。（四）社會責任關注社會議題：學生能夠關注與發酵工程相關的社會議題，如食品安全、環境保護等，并積極參與討論。例如，學生可以探討發酵工程在減少化學肥料和農藥使用方面的潛力，以及如何通過發酵工程生產更環保的生物質能源。參與社會實踐：學生能夠參與與發酵工程相關的社會實踐活動，如參觀發酵工程制藥廠、參與社區環保活動等。通過親身實踐，學生可以更深入地了解發酵工程在社會生活中的應用和影響。宣傳科學知識：學生能夠向他人宣傳發酵工程的基本知識和應用前景，提高公眾對發酵工程的認識和興趣。例如，學生可以通過制作科普海報、撰寫科普文章等方式，向家人、朋友和社區居民普及發酵工程的相關知識。二、大情境創設（一）情境背景隨著科技的飛速發展，發酵工程作為生物技術與工程領域的重要分支，已經廣泛應用于食品工業、醫藥工業、農牧業等多個領域。發酵工程利用微生物的特定功能，通過現代工程技術規模化生產對人類有用的產品，不僅提高了產品的質量和產量，還減少了對環境的污染和資源的浪費。對于大多數高中生來說，發酵工程仍然是一個相對陌生的領域。為了讓學生更好地理解和掌握發酵工程的基本原理和應用，我們設計了一個以“探索發酵工程的奧秘”為主題的大情境。（二）情境描述在一個虛構的“生物科技小鎮”里，有一家名為“發酵工坊”的企業，專門從事發酵工程產品的研發和生產。這家企業不僅生產傳統的發酵食品，如泡菜、果酒和果醋等，還利用發酵工程技術生產醫藥產品、生物肥料和生物農藥等高科技產品。隨著市場競爭的日益激烈和消費者需求的不斷變化，“發酵工坊”面臨著產品升級和技術創新的巨大壓力。為了應對這一挑戰，“發酵工坊”決定與當地的高中合作，共同開展一項名為“探索發酵工程的奧秘”的科研項目。在這個項目中，學生們將扮演“發酵工坊”的科研助理，與企業的研發人員一起探索發酵工程的基本原理和應用。通過參與企業的實際生產流程和科研項目，學生們將深入了解發酵工程的技術流程、設備操作和質量控制等方面的知識。學生們還將利用所學知識，為企業提出產品升級和技術創新的建議，幫助企業提高產品的競爭力和市場份額。三、大任務創設（一）任務一：探究傳統發酵食品的制作原理任務描述：學生將分組探究傳統發酵食品（如泡菜、果酒和果醋）的制作原理，了解不同微生物在發酵過程中的作用以及發酵條件對產物質量的影響。活動安排：資料收集：學生將通過查閱圖書、網絡資料等方式，收集關于傳統發酵食品制作原理的相關信息。實驗設計：學生將根據所收集的資料，設計合理的實驗方案來探究不同微生物在發酵過程中的作用。實驗實施：學生將在教師的指導下，獨立或合作實施實驗，觀察并記錄發酵過程中的生物學現象。數據分析：學生將運用科學方法對數據進行分析和處理，得出實驗結論。成果展示：學生將通過小組討論和班級匯報等形式，展示實驗成果和經驗，分享學習心得和體會。評價標準：實驗設計的合理性：評價學生實驗設計的科學性、可行性和創新性。實驗操作的規范性：評價學生在實驗過程中的操作規范性和安全意識。數據分析的準確性：評價學生數據分析的準確性和科學性。成果展示的清晰性：評價學生成果展示的清晰性和邏輯性。（二）任務二：微生物的基本培養技術探究任務描述：學生將分組探究微生物的基本培養技術，了解培養基的配制、無菌操作技術以及微生物的分離和純化等方面的知識。活動安排：理論學習：學生將通過課堂講授、觀看視頻等方式，學習微生物基本培養技術的理論知識。實驗操作：學生將在教師的指導下，進行酵母菌的純培養實驗，掌握培養基的配制、滅菌、接種和培養等操作技能。拓展延伸：學生將了解微生物菌種的高通量篩選技術，并探討其在發酵工程中的應用前景。案例分析：學生將分析實際案例，了解微生物培養技術在發酵工程中的應用優勢和局限性。成果交流：學生將通過小組討論和班級匯報等形式，交流學習心得和體會，分享實驗成果和經驗。評價標準：理論學習的掌握程度：評價學生對微生物基本培養技術理論知識的掌握程度。實驗操作的熟練程度：評價學生在實驗操作過程中的熟練程度和準確性。拓展延伸的深度：評價學生對微生物菌種高通量篩選技術的了解程度和應用前景的探討深度。案例分析的全面性：評價學生對微生物培養技術在發酵工程中的應用優勢和局限性的分析全面性。成果交流的清晰性：評價學生成果交流的清晰性和邏輯性。（三）任務三：微生物的選擇培養和計數探究任務描述：學生將分組探究微生物的選擇培養和計數技術，了解選擇培養基的配制、微生物的分離和純化以及微生物數量的測定等方面的知識。活動安排：理論學習：學生將通過課堂講授、觀看視頻等方式，學習微生物選擇培養和計數技術的理論知識。實驗操作：學生將在教師的指導下，進行土壤中分解尿素的細菌的分離與計數實驗，掌握選擇培養基的配制、滅菌、接種、培養和計數等操作技能。數據分析：學生將運用科學方法對數據進行分析和處理，得出實驗結論。拓展應用：學生將探討微生物選擇培養和計數技術在發酵工程中的應用前景，并提出創新性的應用方案。成果展示：學生將通過小組討論和班級匯報等形式，展示實驗成果和經驗，分享學習心得和體會。評價標準：理論學習的掌握程度：評價學生對微生物選擇培養和計數技術理論知識的掌握程度。實驗操作的熟練程度：評價學生在實驗操作過程中的熟練程度和準確性。數據分析的準確性：評價學生數據分析的準確性和科學性。拓展應用的創新性：評價學生對微生物選擇培養和計數技術在發酵工程中的應用前景的探討深度和創新性。成果展示的清晰性：評價學生成果展示的清晰性和邏輯性。（四）任務四：發酵工程的應用探究任務描述：學生將分組探究發酵工程在食品工業、醫藥工業、農牧業等領域的應用，了解發酵工程的基本原理、技術流程和應用前景。活動安排：資料收集：學生將通過查閱圖書、網絡資料等方式，收集關于發酵工程在各個領域應用的相關信息。實地考察：學生將參觀當地的發酵工程制藥廠或其他相關企業，了解發酵工程的實際生產流程和質量控制等方面的知識。案例分析：學生將分析實際案例，了解發酵工程在不同領域的應用優勢和局限性。創新設計：學生將結合所學知識，提出一種基于發酵工程的新產品開發方案，并撰寫詳細的設計報告。成果展示：學生將通過小組討論和班級匯報等形式，展示設計報告和實驗成果，分享學習心得和體會。評價標準：資料收集的完整性：評價學生資料收集的完整性和準確性。實地考察的收獲：評價學生在實地考察過程中的學習收獲和體會。案例分析的全面性：評價學生對發酵工程在不同領域的應用優勢和局限性的分析全面性。創新設計的合理性：評價學生新產品開發方案的合理性和可行性。成果展示的清晰性：評價學生成果展示的清晰性和邏輯性。四、實施步驟與保障措施（一）實施步驟啟動階段：明確項目目標和任務要求，組建學生科研小組，制定詳細的項目實施計劃。準備階段：收集相關資料和實驗材料，準備實驗設備和儀器，進行理論學習和實驗操作培訓。實施階段：按照項目實施計劃，分組進行實驗操作、數據分析和案例研究等工作。總結階段：撰寫實驗報告和設計報告，進行成果展示和交流討論，對項目實施過程進行總結和反思。拓展階段：將項目成果應用于實際生產或科研活動中，提出創新性的應用方案或改進建議。（二）保障措施師資保障：聘請具有豐富教學經驗和科研能力的教師擔任項目指導教師，為學生提供專業的指導和支持。設施保障：提供完善的實驗設備和儀器，確保實驗操作的順利進行。加強與當地企業的合作與交流，為學生提供更多的實踐機會和資源。經費保障：合理安排項目經費預算，確保項目實施的順利進行。積極爭取社會各界的支持和贊助，為項目提供更多的資金和資源保障。安全保障：加強實驗安全教育和管理，確保學生在實驗過程中的安全。制定應急預案和處置措施，應對可能發生的突發事件和安全事故。通過以上大情境和大任務的創設與實施，學生將能夠更深入地理解和掌握發酵工程的基本原理和應用技術，提高生物學學科核心素養和科學探究能力。通過與企業的合作與交流，學生還將了解發酵工程在社會生活中的應用和影響，增強社會責任感和創新意識。十二、單元學歷案（一）單元主題與課時單元主題：發酵工程課時設計：本單元共分為6課時，與“本單元的大單元實施思路及教學結構圖（思維導圖）”和具體教學實施步驟完全一致。第1課時：引入階段情境創設與目標闡述第2課時：傳統發酵技術的應用（上）理論講解與泡菜制作實驗第3課時：傳統發酵技術的應用（下）果酒果醋制作實驗與討論交流第4課時：微生物的培養技術及應用（上）微生物基本培養技術講解與酵母菌純培養實驗第5課時：微生物的培養技術及應用（下）微生物選擇培養和計數講解與土壤中分解尿素的細菌分離與計數實驗第6課時：發酵工程及其應用發酵工程基本環節講解、案例分析、參觀活動與總結反饋（二）學習目標教學目標/學習目標設定：（一）生命觀念理解發酵工程的基本原理：學生能夠理解發酵是利用微生物的特定功能，通過現代工程技術規模化生產對人類有用的產品的過程。認識發酵工程在生物圈中的作用：學生能夠認識到發酵工程在農業、食品工業、醫藥工業等領域的重要應用，理解其對生物圈和人類社會的影響。形成穩態與平衡觀：通過發酵工程的學習，學生能夠理解微生物在發酵過程中的生長、繁殖和代謝活動，形成穩態與平衡的生命觀念。（二）科學思維運用歸納與概括的方法：學生能夠通過對傳統發酵技術和現代發酵工程的比較和分析，歸納出發酵工程的基本原理和特點。運用批判性思維：學生能夠批判性地分析發酵工程在實際應用中的優缺點，提出改進意見和建議。運用創造性思維：學生能夠結合所學知識，創造性地提出新的發酵工程應用方案或解決實際問題的方法。（三）科學探究提出問題：學生能夠根據所學知識和實際情境，提出與發酵工程相關的問題。探究發酵工程中的某個問題或現象：學生能夠設計并實施實驗方案，探究發酵工程中的某個具體問題或現象。實施實驗并分析結果：學生能夠按照實驗方案進行實驗，準確記錄實驗數據，并運用科學方法分析實驗結果。分享實驗成果和經驗：學生能夠以口頭或書面的形式與他人分享實驗成果和經驗。（四）社會責任關注社會議題：學生能夠關注與發酵工程相關的社會議題，如食品安全、環境保護等，并積極參與討論。參與社會實踐：學生能夠參與與發酵工程相關的社會實踐活動，如參觀發酵工程制藥廠、參與社區環保活動等。宣傳科學知識：學生能夠向他人宣傳發酵工程的基本知識和應用前景，提高公眾對發酵工程的認識和興趣。（三）評價任務課堂表現評價：觀察學生在課堂上的參與度、合作精神和科學探究能力，記錄學生在討論、實驗和分享過程中的表現。實驗報告評價：評價學生提交的實驗報告，包括實驗目的、方法、步驟、數據記錄和分析、結論等部分，評估學生的科學思維能力和實驗操作技能。小組討論評價：評估學生在小組討論中的表現，包括是否積極參與討論、是否能夠提出有見地的觀點、是否能夠與他人合作解決問題等。期末考試評價：設計包含發酵工程基本原理、技術、應用和社會責任等方面的試題，通過期末考試評價學生對本單元知識的掌握程度和應用能力。（四）學習過程第1課時：引入階段情境創設：通過展示發酵工程在日常生活中的應用實例（如酸奶、面包、醬油等），激發學生的學習興趣和探究欲望。引導學生思考這些食品是如何通過發酵工程生產出來的，以及發酵工程在生產過程中起到了什么作用。目標闡述：明確本單元的學習目標和教學內容，包括傳統發酵技術的應用、微生物的培養技術及應用、發酵工程及其應用三個方面。強調本單元學習的重要性和意義，引導學生樹立正確的學習態度和價值觀。第2課時：傳統發酵技術的應用（上）理論講解：介紹傳統發酵技術的基本原理和特點，包括利用微生物的代謝活動將原料轉化為人類所需的產品。講解傳統發酵技術在食品工業中的應用實例，如泡菜的制作過程。實驗活動：進行泡菜制作實驗。學生分組進行，按照實驗步驟配制泡菜原料、接種乳酸菌、控制發酵條件等。教師巡回指導，確保實驗安全順利進行。第3課時：傳統發酵技術的應用（下）實驗活動：繼續果酒果醋制作實驗。學生分組進行，按照實驗步驟準備水果、接種酵母菌、控制發酵條件等。教師巡回指導，解答學生疑問。討論交流：引導學生討論實驗過程中遇到的問題和解決方案，分享實驗心得和體會。分析不同發酵食品的制作原理和微生物種類，探討發酵條件對發酵過程的影響。第4課時：微生物的培養技術及應用（上）理論講解：介紹微生物的基本培養技術，包括培養基的配制、滅菌方法、接種技術等。講解無菌操作的重要性和實驗室安全規范。實驗活動：進行酵母菌純培養實驗。學生分組進行，按照實驗步驟配制馬鈴薯瓊脂培養基、滅菌處理、接種酵母菌、培養觀察等。教師巡回指導，確保實驗成功進行。第5課時：微生物的培養技術及應用（下）理論講解：介紹微生物的選擇培養和計數方法，包括選擇培養基的配制原理、稀釋涂布平板法、顯微鏡計數法等。講解微生物菌種資源的重要性和保護方法。實驗活動：進行土壤中分解尿素的細菌分離與計數實驗。學生分組進行，按照實驗步驟采集土壤樣品、配制選擇培養基、稀釋涂布平板、培養觀察等。教師巡回指導，解答學生疑問。拓展視野：介紹微生物菌種的高通量篩選技術，包括基因組測序、基因編輯、代謝工程等前沿技術。引導學生思考這些技術在發酵工程中的應用前景。第6課時：發酵工程及其應用理論講解：介紹發酵工程的基本環節和流程，包括菌種的選育和培養、發酵條件的控制、產物的分離和提純等方面。講解發酵工程在農業、食品工業、醫藥工業等領域的應用實例。案例分析：以青霉素的生產為例，介紹發酵工程在制藥工業中的應用。引導學生分析青霉素生產過程中的科學原理和技術要點，討論如何提高青霉素的產量和質量。參觀活動：組織學生參觀當地的發酵工程制藥廠或相關實驗室，了解發酵工程制藥的生產流程和技術要點。鼓勵學生與技術人員交流互動，提出自己的問題和見解。總結反饋：引導學生回顧本單元的學習內容和重點難點知識，通過課堂提問、小組討論等方式檢查學生對所學知識的掌握情況。及時反饋學生的學習情況，指出存在的問題和不足并提出改進意見。介紹與發酵工程相關的前沿技術和研究進展，拓寬學生的知識面和視野。鼓勵學生關注發酵工程領域的最新動態和發展趨勢，為未來的學習和研究打下基礎。（五）作業與檢測作業設計實驗報告撰寫：要求學生撰寫泡菜制作實驗和酵母菌純培養實驗的實驗報告，包括實驗目的、方法、步驟、數據記錄和分析、結論等部分。案例分析報告：要求學生以青霉素的生產為例，撰寫發酵工程在制藥工業中的應用案例分析報告，分析青霉素生產過程中的科學原理和技術要點，提出自己的見解和改進建議。社會實踐報告：要求學生撰寫參觀發酵工程制藥廠或相關實驗室的社會實踐報告，介紹參觀過程中的所見所聞和所感所想，分享對發酵工程制藥的認識和理解。拓展思考題：設計一些與發酵工程相關的拓展思考題，如“如何利用發酵工程生產可再生能源？”“發酵工程在環境保護中有哪些應用？”等，鼓勵學生查閱資料、思考討論并撰寫小論文或報告。檢測設計課堂小測驗：在每節課結束時進行課堂小測驗，檢測學生對本節課知識點的掌握情況。測驗題目以選擇題、填空題和簡答題為主，注重考察學生的基礎知識和應用能力。單元測試：在本單元學習結束后進行單元測試，全面檢測學生對本單元知識的掌握程度和應用能力。測試題目以選擇題、填空題、簡答題和實驗設計題為主，注重考察學生的綜合素質和實踐能力。期末考試：在學期末進行期末考試，包含本單元內容的試題。試題設計注重考察學生的綜合素質和實踐能力，包括發酵工程的基本原理、技術、應用和社會責任等方面的知識。（六）學后反思學生反思：反思自己在學習過程中的表現和不足之處，如是否積極參與課堂討論、是否認真完成實驗報告和作業、是否關注與發酵工程相關的社會議題等。總結自己在發酵工程領域的知識收獲和應用能力提升情況，如是否掌握了發酵工程的基本原理和技術要點、是否能夠運用所學知識解決實際問題等。思考自己在未來的學習和生活中如何繼續關注和探索發酵工程領域的知識和技術發展動態。教師反思：反思自己在教學過程中的表現和不足之處，如是否充分激發了學生的學習興趣和探究欲望、是否有效引導了學生參與課堂討論和實驗活動、是否及時給予了學生反饋和指導等。總結自己在發酵工程領域的教學經驗和教學方法創新情況，如是否采用了多樣化的教學手段和評價方式、是否注重培養學生的生物學學科核心素養等。思考自己在未來的教學中如何繼續優化教學設計和方法創新，以更好地滿足學生的學習需求和發展要求。也要關注發酵工程領域的知識和技術發展動態，及時更新教學內容和方法手段。十三、學科實踐與跨學科學習設計一、引言《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確指出，生物學課程應以核心素養為宗旨，著眼于學生適應未來社會發展和個人生活的需要，從生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等方面發展學生的學科核心素養。在本單元《發酵工程》的教學中，我們將圍繞這一核心理念，結合學科實踐與跨學科學習，全面提升學生的生物學學科核心素養。二、教學目標設定（一）生命觀念理解發酵工程的基本原理：學生能夠理解發酵是利用微生物的特定功能，通過現代工程技術規模化生產對人類有用的產品的過程。通過實踐活動，學生能夠直觀感受到微生物在發酵過程中的作用，形成對微生物與發酵工程之間關系的深刻理解。認識發酵工程在生物圈中的作用：學生能夠認識到發酵工程在農業、食品工業、醫藥工業等領域的重要應用，理解其對生物圈和人類社會的影響。通過案例分析，學生能夠了解到發酵工程在解決糧食問題、提高食品質量、生產藥物等方面的實際作用。形成穩態與平衡觀：通過發酵工程的學習，學生能夠理解微生物在發酵過程中的生長、繁殖和代謝活動，形成穩態與平衡的生命觀念。在實驗中，學生能夠觀察到微生物在不同條件下的生長情況，理解環境條件對微生物生長的影響。（二）科學思維運用歸納與概括的方法：學生能夠通過對傳統發酵技術和現代發酵工程的比較和分析，歸納出發酵工程的基本原理和特點。在小組討論中，學生能夠分享各自的觀點，共同總結出發酵工程的共性特征。運用批判性思維：學生能夠批判性地分析發酵工程在實際應用中的優缺點，提出改進意見和建議。在案例分析中，學生能夠針對特定的發酵工程應用，提出自己的見解，評估其可行性和潛在風險。運用創造性思維：學生能夠結合所學知識，創造性地提出新的發酵工程應用方案或解決實際問題的方法。在拓展視野環節，學生能夠了解到發酵工程在新能源、環保等領域的應用前景，激發自己的創新思維。（三）科學探究提出問題：學生能夠根據所學知識和實際情境，提出與發酵工程相關的問題。在探究實踐活動中，學生能夠針對具體的發酵過程，提出自己的疑問，并設計實驗進行探究。設計實驗方案：學生能夠獨立或小組合作設計實驗方案，明確實驗目的、原理、步驟和預期結果。在實驗設計環節，學生能夠根據實驗要求，選擇合適的實驗材料和儀器，制定詳細的實驗步驟。實施實驗并分析結果：學生能夠按照實驗方案進行實驗，準確記錄實驗數據，并運用科學方法對實驗結果進行分析。在實驗過程中，學生能夠觀察到微生物的生長情況，測量發酵產物的產量和質量，對實驗結果進行統計和分析。交流與合作：學生能夠與小組成員或其他同學交流實驗心得和體會，共同解決實驗過程中遇到的問題。在小組討論中，學生能夠分享自己的實驗數據和結果，討論實驗中的異常現象和可能的原因。