教学设计1：1.3 发酵工程及其应用
1.3发酵工程及其应用教学设计-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3
设计小组讨论环节，让学生围绕发酵工程在食品、医药、环保等领域的应用展开讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。
鼓励学生提出自己的观点和疑问，引导学生深入思考，拓展思维。
技能训练：
设计实践活动或实验，让学生在实践中体验发酵工程及其应用知识的应用，提高实践能力。
在发酵工程及其应用新课呈现结束后，对发酵工程的定义、基本原理和应用领域进行梳理和总结。
4.学生已经了解了生物工程在食品、医药等领域的应用，为本节课的发酵工程应用提供了现实背景。
学习者分析
1.学生已经掌握了哪些相关知识：
在之前的学习中，学生已经了解了微生物学的基本知识，包括微生物的形态、分类、生理特征等。此外，学生对基因工程、细胞工程等生物工程领域也有了一定的了解。这些知识为学生学习发酵工程打下了基础。
教学方法与策略
1.选择适合教学目标和学习者特点的教学方法：
本节课采用讲授法、讨论法、案例研究法和项目导向学习法等教学方法。讲授法用于介绍发酵工程的定义、基本原理和应用领域；讨论法用于探讨发酵工程在食品、医药、环保等领域的应用；案例研究法用于分析具体案例，加深学生对知识的理解；项目导向学习法用于培养学生的动手实践能力和团队协作能力。
教学评价与反馈
1.课堂表现：通过观察学生在课堂上的参与度、提问频率、回答问题的准确性等，评估学生对知识的掌握程度和课堂参与度。
2.小组讨论成果展示：通过学生小组讨论的成果展示，评估学生在小组合作中的表现，包括团队协作能力、沟通能力和解决问题的能力。
3.随堂测试：通过随堂测试，评估学生对知识的掌握程度和理解深度，包括对定义、原理、应用等知识点的理解和应用能力。
（六）课堂小结（预计用时：2分钟）
简要回顾本节课学习的发酵工程及其应用内容，强调重点和难点。
发酵工程及其应用教学设计
发酵工程及其应用教学设计发酵工程，这个听起来复杂的名词，其实说白了就是利用微生物来变魔术，变出美味的食品或其他有用的东西。
想想吧，咱们常吃的酸奶、啤酒，甚至是那香喷喷的豆腐，背后都有发酵的功劳。
哎，微生物就像小小的魔法师，悄悄在我们看不见的地方忙活着，让原本普通的食材摇身一变，变得令人垂涎欲滴。
咱得了解发酵是什么。
这就像是微生物在开派对，吃掉糖分，吐出二氧化碳和酒精，甚至有些还会产生酸味。
你可别小看这派对，搞得好能让你们的饮品更加丰富，搞得不好，结果可能就不那么美妙了。
比如说，啤酒发酵得当，那可真是口感绝佳，但要是把它弄坏了，嘿，真是让人泪流满面。
这样一想，发酵工程其实就是一场关于味道和质量的“生死时速”，大家拼的就是谁能把这些小家伙们的性格摸得透。
咱们聊聊发酵的应用。
想象一下，发酵不止在厨房里，它的身影无处不在。
食品加工、药品制造、甚至环保，发酵的力量都在其中。
举个简单的例子，咱们的豆腐，制作过程中豆浆要经过发酵，才能变成那滑嫩的豆腐脑。
而在制药行业，发酵则是生产抗生素的重要环节。
那些微生物们可真是不负重托，真的是成就了不少好东西，没它们真不行。
在教学设计上，发酵工程也能玩出不少花样。
咱可以用简单易懂的实验让学生亲身体验，比如让他们自己动手做酸奶，看看那牛奶是如何在微生物的帮助下，变成滑滑的酸奶的。
又或者，做一个小型的啤酒酿造实验，让他们感受一下酵母的神奇。
只要一尝到自己做的东西，保准学生们兴奋得跟小孩子似的，乐在其中，记忆深刻。
更有趣的是，发酵工程的教学还可以和文化结合起来。
比如，讲讲中国的酱油和韩国的泡菜，这些都跟发酵有着千丝万缕的联系。
可以让学生了解不同国家的饮食文化，讨论这些发酵食品在各自国家的地位和影响。
这样的课堂，肯定不会让人打瞌睡，大家都是一脸兴奋，像小火焰一样，热情洋溢。
再说说那些微生物，它们可真是个性十足。
有的喜欢在高温下工作，有的则偏爱寒冷的环境。
课堂上可以用一些搞笑的小故事或者卡通形象来介绍这些微生物，让学生们记住这些“小家伙”的特点。
《发酵工程及其应用》 学历案
《发酵工程及其应用》学历案一、课程目标1、理解发酵工程的概念和基本原理。
2、掌握发酵工程的基本流程和关键技术。
3、了解发酵工程在食品、医药、化工等领域的应用实例。
4、培养学生的科学思维和创新能力，提高解决实际问题的能力。
二、课程内容（一）发酵工程的概念和发展历程1、发酵的定义和类型发酵是指利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程。
根据对氧的需求，发酵可分为有氧发酵和无氧发酵。
2、发酵工程的发展历程发酵工程的发展经历了几个重要的阶段。
从传统的酿造技术到现代微生物发酵技术，从简单的发酵过程控制到复杂的基因工程改造微生物，发酵工程不断发展和完善。
（二）发酵工程的基本原理1、微生物的代谢调节微生物通过各种代谢调节机制来适应环境变化，保证自身的生存和繁殖。
了解微生物的代谢调节对于优化发酵过程至关重要。
2、发酵动力学研究微生物在发酵过程中的生长、繁殖和代谢产物生成的规律，为发酵过程的优化提供理论依据。
（三）发酵工程的基本流程1、菌种选育选择具有优良性状的微生物菌种，可通过自然选育、诱变育种、基因工程等方法获得。
2、培养基的制备根据微生物的营养需求，配制合适的培养基，为微生物的生长和代谢提供充足的营养物质。
3、发酵条件的控制包括温度、pH 值、溶氧、搅拌速度等参数的控制，以创造最适合微生物生长和代谢的环境。
4、发酵产物的分离和提纯采用各种分离和提纯技术，如过滤、离心、萃取、蒸馏等，将发酵产物从发酵液中分离出来，并进行精制和加工。
（四）发酵工程的关键技术1、无菌技术在发酵过程中，要防止杂菌的污染，确保发酵的纯种培养。
2、发酵过程的监测和控制技术通过在线监测和反馈控制系统，实时监测发酵过程中的各种参数，并及时调整控制策略，保证发酵过程的稳定和高效。
3、基因工程技术在发酵工程中的应用利用基因工程技术对微生物进行改造，使其具有更高的生产性能和新的功能。
（五）发酵工程的应用1、在食品工业中的应用（1）酿造酒类如啤酒、葡萄酒、白酒等的酿造，利用微生物的发酵作用将原料中的糖转化为酒精和各种风味物质。
1.3发酵工程及其应用_1
1.3 发酵工程及其应用自主梳理一、发酵工程的基本环节1.选育菌种性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
2.扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也要较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
3.配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。
培养基的配方要经过反复试验才能确定。
4.灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。
一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。
因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
5.接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。
大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH 、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。
新课程标准学习目标 1. 举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。
2. 阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。
3.举例说明发酶工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值表。
1. 概述发酵工程及其基本环节。
2.举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。
Part1目标任务：对接课标，了解目标Part2预习导学：自主梳理+预习检测，掌握基本知识点Part3探究提升：代入情景+典例精讲，深入学习知识要点 啤酒的工业化生产流程Part4网络梳理：建立知识间的联系Part5强化训练：必刷经典试题，能力提升内容导航6.发酵罐内发酵：这是发酵工程的中心环节。
在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。
还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
7.分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。
如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
二、发酵工程的应用1．发酵工程的特点：生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境污染小和容易处理等。
人教版高中生物选择性必修教学设计三第1章第3节：发酵工程及其应用
2.在医药工业上的应用
3.在农牧业上的应用
4.在其他方面的应用
学生倾听，并认真记录、思考
铺垫基本知识，了解基本原理
主动探索，分析讨论，获得知识
结合图1-9，分析和讨论教材第23页的“思考·讨论”
以啤酒为例，展示“啤酒的工业化生产流程”，学生小组在观看完啤酒的生产化流程后，小组之间互相讨论教材中第25页的问题
知识系统化，培养学生归纳、总结、提炼知识的能力。
课堂练习
当场通过练习，并提问点评。
学生认真完成课后习题
反馈学生课堂学习效果，巩固重点内容，查缺补漏。
四、板书设计
一、发酵工程的基本环节
二、发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
2.在医药工业上的应用
3.在农牧业上的应用
4.在其他方面的应用
（由于微课时间有限，省略学生讨论分析的环节）
1.3发酵工程及其应用 教学设计
一、教学目标
1.概述发酵工程及其基本环节
2.举例说明发酵工程在生产上具有重要的应用价值
二、教学重难点
1、教学重点
发酵工程的基本环节、发酵工程的应用
2、教学难点程
教师活动
学生活动
设计意图
情境导入，提出问题
从社会中来
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期
价格贵如金，如今，一瓶规格160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。
提问：在工业上，青霉素是怎样生产的？
学生倾听，并认真思考
创设问题情境，激发兴趣。
教师讲授，攻破难点
一、发酵工程的基本环节
1.选育菌种
2.扩大培养
3.培养机配制
4.灭菌
5.接种
6.发酵罐内发酵
新教材人教版生物选择性学案1-3发酵工程及其应用
第3节发酵工程及其应用课程标准1.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。
2．举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
素养达成1.根据发酵产品和利用微生物的不同讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。
(科学探究)2．认可发酵工程在生产上的重要应用价值。
(社会责任)味精是人们熟悉的鲜味剂，是L－谷氨酸钠盐，早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从1956年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。
实际上发酵法在微生物发酵阶段，主要是获得谷氨酸，制造味精是后续工艺完成的。
谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的产业。
你想知道味精是怎么生产出来的吗？请学习本节课的内容。
探究点一发酵工程的基本环节和影响因素【师问导学】1．请根据发酵工程的基本环节和发酵罐的结构，思考回答下列问题。
(1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？(2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？(3)在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？2．利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？3．啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？【智涂笔记】[名师提醒]发酵工程中发酵条件的控制1．微生物发酵生产的水平最基本的条件取决于生产菌种的性能，但有了优良的菌种之后，还需要有最佳的环境条件即发酵工艺加以配合，才能使其生产能力充分表现出来。
因此必须研究生产菌种的最佳发酵工艺条件，如营养要求、培养温度、pH条件、对氧的需求等，据此设计合理的发酵工艺，使生产菌种处于最佳的产物合成条件下，才能取得优质高产的效果。
2．由于微生物发酵是多达数十步甚至数百步的生物化学反应，其过程远比化学反应过程复杂，往往环境条件的微小变化，就会对微生物的生产能力产生明显影响。
1.3发酵工程及其应用
（4）现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不 添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业” 啤酒更健康，你怎么看待这个问题?“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量 低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作?
(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断 地产生，这说明该生产采用了_连__续__培_养__的发酵方式。在生产过程中，常需 增加通氧量，因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为 ____好__氧菌。
(4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用__萃_取__(或__蒸_馏__或_离__子_交__换_等__)_等
因为杂菌将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。
• 例如：1）在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的 抗生素会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。
2）在青霉素生产过程中混入杂菌，这些杂菌会分泌青霉素 酶，分解青霉素。
• 2、如何防止杂菌的污染？ 在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。 • 3、怎样才算灭菌彻底？ 用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很 多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀。过滤等 方法来分离提纯产物。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采 用沉淀。萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法在进一步纯化阶段，会采用 液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都 需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品
1.3+发酵工程及其应用+教学设计+2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3
沁县“长治好课堂”高中生物教学设计年级高二学科生物课型新课课时 1主备人审核人课题 1.3 发酵工程及其应用本节课从发酵工程的概念入手，组织学生深入学习发酵工程的基本环节，进而了解发酵工程的应用，认同发酵工程为人类提供了多样的生物产品，丰富了人类的饮食需求。
本节内容比较宏观，学生理解起来并不难，重点是要让学生从工程学的角度来理解发酵工程的概念，分析发酵工程的各个环节以及了解它的应用。
1.通过分析现代工业发酵的原理，认同它与传统发酵技术的区别及其用到的现代化的工程技术，建构发酵工程的概念。
(科学思维、社会责任)2.通过对有关示意图和资料的分析，掌握发酵工程的基本应用 (生命观念、科学思维)通过分析现代工业发酵的原理、它与传统发酵技术的区别及其应用到的现代化的工程技术，建构发酵工程的概念基于考察活动，概述发酵工程的基本环节通过开展“高中生模拟创业答辩会”活动，进一步提升对发酵工程基本环节的认识发酵工程的基本环节、发酵工程的应用。
发酵工程的基本环节一、情境导入教师利用教材中的“从社会中来”的素材，明确青霉素的成产成本和价格会因为发酵工程的应用而大大降低，引发学生追问发酵工程的奥秘，进而探讨“在工业生，青霉素究竟是怎样生产的呢”，由此，归纳出发酵工程的概念二、路径导引，规划实施(展示学习目标)【聚焦基础性目标】问题组一：什么是发酵工程？发酵工程的一般流程是什么？1) 发酵工程是怎么形成的？2) 你能说出发酵工程的基本环节吗？发酵工程在生产上有哪些重要价值？1)在食品工业上的应用有哪些？2) 在医药工业上的应用有哪些？3) 在农牧业上的应用有哪些？4) 在其他方面的应用有什么【聚焦拓展性目标】问题组三：发酵工程的基本环节是什么？问题组四：啤酒发酵的工业化生产流程及操作目的？教学活动：小组讨论合作探究练习答案。
解决策略：1 合作探究拓展能力设计意图:“合作探究”让学生的价值和潜能更大化地被开发。
学生的学习是主动建构知识的过程，不同的学生是用不同的方式来建构知识的，不同的学生总是看到事物的不同方面，对学习有不同的理解，学生之间的这种差异是客观存在的，而“学生之间的差异”是合作学习方式的一笔财富，是一个非常重要的课程资源。
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第3节发酵工程及其应用
一、教学目标
1、建构发酵工程的概念；
2、概述发酵工程的基本环节，举例说明发酵工程的应用；
3、通过开展“高中生模拟创业答辩会”活动，进一步提升对发酵工程基本环节的认识，发展
工程思维，认同发酵工程为人类提供了多样的生物产品；
4、关注发酵工程在食品、医药、农牧业的应用，倡导健康、安全的生活和生产。
二、教学重难点
1、教学重点
（1）发酵工程的基本环节、发酵工程的应用。
2、教学难点
（1）发酵工程的基本环节。
三、教学思路
本节课从发酵工程的概念入手，组织学生深入学习发酵工程的基本环节，进而了解发酵工程的应用，认同发酵工程为人类提供了多样的生物产品，丰富了人类的饮食需求。
四、教学步骤
1、新课导入
教师利用教材中的“从社会中来”的素材，明确青霉素的成产成本和价格会因为发酵工程的应用而大大降低，引发学生追问发酵工程的奥秘，进而探讨“在工业生，青霉素究竟是怎样生产的呢”，由此，归纳出发酵工程的概念
2、新课讲授
一、发酵工程的基本环节
教师让学生提前选取自己感兴趣的发酵产品，画出利用发酵工程生产该产品的流程图，并在课堂上进行展示和说明。
教师结合教材中介绍发酵工程基本环节的内容，结合图1-9，分析和讨论教材第23页的“思考·讨论”。
1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？
（若生产的是微生物直接合成的产物，则可以从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。
若生产的是微生物不
能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程菌，从而达到生产相应产品的目的，同时还应注意温度、pH、溶解氧等对菌种的影响）2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
（发酵条件直接会影响微生物的生长和发酵产品的质量，发酵条件包括温度、pH、溶解氧、通气量等。
温度条件的调控可通过向冷却夹层通入冷水来调控；pH条件的调控可在培养基中加入缓冲液，在发酵过程中加酸或碱；溶解氧的调控需根据微生物的代谢类型，若微生物是需氧型的，可通过空气入口通入空气，并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧。
若微生物是厌氧型的，需封闭空气入口，建立厌氧环境等）
3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
（传统发酵技术的发酵产物不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，基本没有经过产物分离和提纯等步骤。
发酵工程的发酵产物根据产物的种类采取不同的分离、提纯方法，若发酵产物是微生物细胞本身，则采用过滤、沉淀等方法将菌体分离、提纯；若发酵产物是代谢物，则根据代谢物性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法分离、提纯）
4. 在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？
（不能，发酵生产时，排出的气体可能含有有毒气体，废弃培养液可能含有有毒物质，这些都可能会污染环境，对人体健康造成危害，此外，废弃培养液中的微生物也可能会污染水体、感染人体。
因此，排出的气体和废弃培养液等需经检测、处理后才能排到外界环境中）通过探讨教材中的问题，教师带领学生分析和完善自己画的流程图，并在这个过程中认识到工程的复杂性，掌握系统分析的方法。
二、发酵工程的应用
发酵工程以其生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广大应用，形成了规模庞大的发酵工业。
教师利用课件展示发酵工程在食品工业上的各个应用，并以啤酒为例，展示“啤酒的工业化生产流程”，学生小组在观看完啤酒的生产化流程后，小组之间互相讨论教材中第25
页的问题：
1.与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？
（菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质）
2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。
有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
（应该辩证地看待这一产品。
一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。
另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题）
在了解啤酒的工业化流程后，教师指导学生自我阅读教材的26-27页，并归纳出发酵工程在其他工业上的应用情况，并以小组为单位，讲述本组的归纳，教师给予肯定和评价，并在课件中展示出发酵工程在各个工业中的应用，让学生认同发酵工程为人类生活提供了多样的生物产品，改善了人类的生活。
五、板书设计
一、发酵工程的基本环节
二、发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
2.在医药工业上的应用
3.在农牧业上的应用
4.在其他方面的应用。