资源简介

传统发酵技术的应用教学设计（完整课时教案）
一、教学背景分析
本课选自高中生物学选修模块"生物技术与工程"，对应《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中"传统发酵技术的应用"内容要求。在"生命观念""科学思维""科学探究""社会责任"四个维度上，本课通过传统发酵食品制作实践，培养学生微生物学基本概念，建立生物技术与工程实践的联系，理解科学技术与社会发展的相互关系。
二、教材内容分析
本节课以人教版高中生物学选修1《生物技术实践》第1章第3节为基础，整合地方饮食文化特色案例。核心内容包括：
1. 发酵基本概念与传统发酵技术特点
2. 腐乳制作的微生物学原理
3. 泡菜制作工艺流程与质量控制
4. 传统发酵技术的现代价值
三、学情分析
教学对象为高二理科班学生，已具备微生物基础知识（必修1第5章），但缺乏工程实践体验。通过前期问卷调查发现：
85%学生接触过家庭自制发酵食品
60%存在"传统发酵不卫生"的认知误区
对亚硝酸盐等食品安全指标认知模糊
四、教学重难点分析
重点突破：
(1) 微生物代谢类型与发酵产物关系
通过对比腐乳（需氧→兼性厌氧）、泡菜（严格厌氧）、酒酿（兼性厌氧）三类食品，建立氧气条件与微生物类群的对应关系。例如毛霉分泌蛋白酶的最适温度（15-20℃）与豆腐季节性生产的关系。
(2) 泡菜制作中菌群演替规律
构建"乳酸菌动态变化曲线"模型：初始阶段（兼性厌氧菌活跃）→主发酵期（乳酸菌成为优势菌群）→后熟期（酸度抑制杂菌）。配合亚硝酸盐含量变化曲线（第3-8天峰值现象），解释"泡菜何时食用最安全"。
难点突破策略：
采用"微实验室"分层操作法：将完整的泡菜制作分解为盐水配制（梯度浓度实验）、接种方式（自然接种vs人工接种）、密封观察（自制简易气阀）三个探究模块。例如用pH试纸监测发酵进程，建立"酸度-时间"关系图表。
五、教学准备
1. 实验材料包：灭菌泡菜坛（250ml）、新鲜甘蓝、梯度浓度盐水（3%、5%、7%）、pH试纸套装
2. 数字显微镜（连接互动白板）：展示乳酸菌革兰氏染色标本
3. 虚拟仿真软件："发酵工厂"3D模拟系统（展示工业化泡菜生产线）
4. 文化史料：敦煌文书P.3303《食疗本草》腌菜篇影印件
六、教学过程
（一）文化情境导入（12分钟）
【文化寻根】
展示三星堆遗址出土的陶制泡菜坛仿制品（约公元前1600年），播放《舌尖上的中国》泡菜制作片段。设置问题链：
1. 这些三千年前的器皿，如何见证中华饮食文明？
2. 从杜甫"盘飧市远无兼味，樽酒家贫只旧醅"的诗句，推测唐代发酵食品发展水平
3. 比较四川泡菜、东北酸菜、韩国kimchi的工艺异同
【认知冲突】
呈现两组数据：
A组：传统泡菜含乳酸菌1×10^8 CFU/g
B组：市售酸奶含乳酸菌1×10^6 CFU/g
设问："土法制作"是否意味着落后？引导学生关注传统工艺的微生物学价值。
（二）核心概念建构（20分钟）
1. 发酵基本原理探究
（1）模型建构：使用分子结构模型包，模拟葡萄糖在酶作用下的两种分解途径：
有氧条件：C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O（ATP 38mol）
无氧条件：C6H12O6 → 2C3H6O3（ATP 2mol）
（2）对比实验：将等量面团分置开放/密封容器，48小时后：
开放组产生酒味（酵母菌有氧繁殖）
密封组产生酸味（乳酸菌无氧发酵）
归纳微生物代谢类型对发酵产物的决定作用。
2. 传统发酵技术特征分析
案例研讨：北京王致和腐乳作坊（创建于1669年）的"老汤"传承：
菌种来源：环境微生物自然接种
工艺精髓：温度控制（立冬后开始制作）
品质密码：毛霉蛋白酶最适pH（6.0-6.5）
（三）工程实践操作（40分钟）
【项目任务】组建"古法新作"研发小组，完成泡菜制作工艺优化方案
1. 预处理工艺探究
（1）盐水浓度梯度实验：
设置3%、5%、7%三个处理组，测定初始pH值（7.0）、接种后24小时pH值变化。发现5%组既能抑制腐败菌（如大肠杆菌最适生长盐浓度≤3%），又不会抑制乳酸菌生长。
（2）接种方式比较：
A组：自然接种（仅用蔬菜表面菌群）
B组：添加5%陈泡菜水
48小时后显微观察：B组乳酸菌密度是A组的3倍，验证人工接种优势。
2. 主发酵期监测
（1）建立"发酵日记"：
每日记录坛内液面高度、气泡产生量、pH值变化。例如：
第3天：液面上升2cm，pH降至4.5，出现密集小气泡（乳酸菌对数生长期）
（2）亚硝酸盐速测：
使用格里斯试剂比色法，绘制"时间-亚硝酸盐含量"曲线。重点观察第5天的含量峰值（约12mg/kg），解释硝酸盐还原菌的活动规律。
3. 产品质量评估
制定感官评价标准：
色泽（20分）：翠绿透亮无褐变
脆度（30分）：刀切断面整齐
风味（50分）：酸咸适口无苦味
各组交叉品评，结合pH值（理想范围3.4-3.8）形成综合评价报告。
（四）技术拓展延伸（18分钟）
1. 工业化转型案例
分析涪陵榨菜集团的生产线：
菌种改良：直投式发酵剂（含植物乳杆菌Lactobacillus plantarum CGMCC 1248）
过程控制：三级发酵系统（预处理→主发酵→后熟）
安全标准：HACCP体系监控亚硝酸盐残留
2. 发酵技术新应用
（1）环保领域：餐厨垃圾乳酸发酵制备生物降解塑料（PHBV）
（2）医疗领域：肠道菌群移植（FMT）中的发酵调控技术
（五）课堂总结提升（10分钟）
1. 概念图建构
以"微生物代谢"为中心，辐射：
能量转化（ATP生成途径）
物质变化（蛋白质→小分子肽）
信息传递（菌群密度感应）
2. 文化反思
研读《齐民要术·作菹篇》记载："收菜时，即择取好者，菹、蒲本皆可用"。讨论传统技艺传承中的创新困境与解决策略。
七、板书设计
传统发酵技术的生物学原理与应用实践
一、微生物代谢类型
1. 腐乳制作：毛霉（需氧型）
蛋白酶作用：大豆蛋白→小分子肽
温度控制：15-20℃抑制杂菌
二、泡菜制作工艺
1. 菌群演替规律：
初期：肠膜明串珠菌活跃
中期：短乳杆菌成为优势种
后期：植物乳杆菌主导
三、食品安全控制
1. 亚硝酸盐动态变化：
第3-5天：积累期（硝酸盐还原菌活跃）
第8天后：降解期（pH<4.0抑制有害菌）
四、传统技术革新
1. 现代改良方向：
直投式发酵剂应用
生物传感器实时监控
八、分层作业设计
基础层：
1. 绘制泡菜制作流程图（标注关键控制点）
2. 计算5%盐水的配制比例（300ml溶液）
提升层：
1. 设计实验：探究不同香辛料对乳酸菌生长的影响
2. 撰写报告：《从泡菜看丝绸之路饮食文化交流》
创新层：
1. 构建数学模型：建立盐水浓度与发酵速度的关系式
2. 撰写提案：《传统发酵工坊现代化改造方案》
九、教学反思
1. 成功经验：
文化史料与STEM教育的有机融合
真实情境下工程实践能力的培养
2. 改进方向：
增加发酵失败案例的逆向分析
开发手机APP版"发酵监测系统"

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