2019版 北师大版 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

版北师大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选自2019版北师大版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》的第一章《发酵工程》。发酵工程作为现代生物技术的重要组成部分，不仅广泛应用于食品、医药、化工等多个领域，而且与人们的日常生活息息相关。本章内容通过五个小节，系统地介绍了发酵工程的基本概念、原理、技术及其应用，旨在帮助学生理解并掌握发酵工程的核心知识，培养其在生物科技领域的探索精神和实践能力。第一节：微生物纯培养物的获得本节内容主要介绍了微生物纯培养物的重要性及其获取方法。学生将学习如何通过无菌技术、培养基配制、接种与培养等步骤，从复杂的环境中分离出单一的微生物菌株，为后续的研究和应用奠定基础。第二节：微生物纯培养物的选择在获得微生物纯培养物后，如何根据实验或生产需求选择合适的菌株成为关键。本节内容将引导学生了解微生物的特性鉴定方法，包括形态观察、生理生化测试以及分子生物学技术等，以便学生能够根据实际需求筛选出最优的微生物菌株。第三节：传统发酵技术传统发酵技术是人类利用微生物进行食品生产的重要手段。本节内容将介绍几种常见的传统发酵食品及其制作过程，如酸奶、泡菜、酱油等，让学生亲身体验到发酵技术在日常生活中的应用，同时理解发酵过程中微生物的作用及其代谢机制。第四节：发酵工程的过程与原理本节内容将深入探讨发酵工程的基本原理和过程控制。学生将学习发酵过程中微生物的生长曲线、代谢调控机制以及发酵工艺的优化策略，理解如何通过调节发酵条件（如温度、pH值、溶氧等）来提高发酵效率和产物质量。第五节：发酵工程的应用发酵工程在食品、医药、化工等领域具有广泛的应用前景。本节内容将通过案例分析，展示发酵工程在各个领域中的具体应用成果，如抗生素的生产、食品添加剂的制备、生物燃料的开发等，让学生感受到发酵工程在现代工业中的重要作用。（二）单元内容分析本章内容以发酵工程为核心，围绕微生物纯培养物的获得、选择、传统发酵技术、发酵工程的过程与原理及其应用展开，形成了一个完整的知识体系。各小节之间既相互独立又紧密相连，共同构成了发酵工程这一复杂而精妙的生物技术领域。知识体系的系统性本章内容从微生物纯培养物的获得入手，逐步深入到发酵工程的过程与原理及其应用，形成了一个层层递进、环环相扣的知识体系。这种系统性的知识结构有助于学生全面理解发酵工程的内涵和外延，把握其核心要点。理论与实践的结合本章内容不仅注重理论知识的传授，还强调实践操作能力的培养。通过介绍传统发酵技术的制作过程以及发酵工程的实际应用案例，让学生亲身体验到发酵技术的魅力和实用性，从而激发其学习兴趣和探索精神。跨学科知识的融合发酵工程涉及生物学、化学、工程学等多个学科的知识领域。本章内容在介绍发酵工程的基本原理和过程控制时，融入了相关学科的知识点和研究方法，促进了跨学科知识的融合与交叉应用。（三）单元内容整合为了实现本章教学目标的最大化，需要对单元内容进行有效的整合与优化。具体措施如下：知识点梳理与重构对本章各小节的知识点进行梳理与重构，明确每个知识点的地位和作用，形成清晰的知识脉络和逻辑体系。根据知识点的难易程度和重要程度，合理安排教学顺序和课时分配。实践操作与理论教学的融合将实践操作与理论教学紧密结合，通过实验操作、案例分析等方式，加深学生对理论知识的理解和掌握。鼓励学生将所学知识应用于实际问题的解决中，提高其实践操作能力和创新思维能力。跨学科知识的整合与应用在介绍发酵工程的基本原理和过程控制时，注重跨学科知识的整合与应用。通过引入化学、工程学等相关学科的知识点和研究方法，丰富教学内容和手段，拓宽学生的知识视野和思维空间。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根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本章教学内容将围绕生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度展开，旨在培养学生的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。在本章教学中，生命观念的培养主要体现在以下几个方面：结构与功能观通过介绍微生物的细胞结构、代谢机制以及发酵工程的过程控制等内容，引导学生理解生物体的结构与功能之间的密切关系。例如，在讲解微生物的细胞结构时，可以引导学生思考不同细胞器在微生物代谢过程中的作用和功能；在讲解发酵工程的过程控制时，可以引导学生理解发酵条件对微生物生长和产物质量的影响。进化与适应观通过介绍微生物的多样性、适应性以及发酵工程在各个领域中的应用等内容，引导学生理解生物进化的本质和适应机制。例如，在讲解微生物的特性鉴定方法时，可以引导学生思考微生物如何适应不同的环境条件和代谢需求；在讲解发酵工程的应用时，可以引导学生理解发酵工程如何满足人类社会的不同需求和发展趋势。稳态与平衡观通过介绍发酵过程中微生物的生长曲线、代谢调控机制以及发酵工艺的优化策略等内容，引导学生理解生物体在内外环境变化中保持稳态和平衡的重要性。例如，在讲解发酵工艺的优化策略时，可以引导学生思考如何通过调节发酵条件来维持微生物的生长和代谢平衡；在讲解发酵产物的质量控制时，可以引导学生理解产物质量对生物体稳态和平衡的影响。（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。在本章教学中，科学思维的培养主要体现在以下几个方面：归纳与概括通过引导学生对微生物的纯培养物、发酵过程及其产物等进行观察和描述，培养其归纳与概括的能力。例如，在观察微生物的形态结构时，可以引导学生总结不同微生物之间的共性和差异；在分析发酵产物的质量时，可以引导学生概括影响产物质量的主要因素。演绎与推理通过引导学生运用已学知识对发酵工程中的问题进行推理和预测，培养其演绎与推理的能力。例如，在了解微生物的代谢机制后，可以引导学生预测不同发酵条件下微生物的生长和产物情况；在掌握发酵工艺的优化策略后，可以引导学生设计实验方案来验证这些策略的有效性。模型与建模通过引导学生建立微生物的生长模型、发酵过程的动态模型等，培养其模型与建模的能力。例如，在讲解微生物的生长曲线时，可以引导学生建立生长模型来预测微生物的生长趋势；在讲解发酵工程的过程控制时，可以引导学生建立动态模型来模拟发酵过程中的各种变化。批判性思维通过引导学生对发酵工程中的热点问题、争议话题等进行讨论和辨析，培养其批判性思维的能力。例如，在介绍发酵工程的应用时，可以引导学生讨论转基因微生物的安全性、生物燃料的可持续性等问题；在讲解发酵产物的质量控制时，可以引导学生辨析不同检测方法的优缺点和适用范围。创造性思维通过鼓励学生提出新的想法、设计新的实验方案等，培养其创造性思维的能力。例如，在介绍发酵工程的新技术、新方法时，可以鼓励学生提出自己的创新点和改进意见；在讲解发酵产物的应用开发时，可以鼓励学生设计新的产品配方和工艺路线。（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。在本章教学中，科学探究的培养主要体现在以下几个方面：问题发现与提出通过引导学生对发酵工程中的现象和问题进行观察和思考，培养其问题发现与提出的能力。例如，在观察微生物的生长情况时，可以引导学生思考为什么不同菌株的生长速度存在差异；在分析发酵产物的质量时，可以引导学生思考如何提高产物的纯度和收率。实验设计与实施通过指导学生设计并实施发酵工程相关的实验方案，培养其实验设计与实施的能力。例如，在设计微生物纯培养物的获得实验时，可以引导学生思考如何选择合适的培养基、接种方法和培养条件；在实施发酵过程监控实验时，可以引导学生掌握实验步骤和操作方法。结果分析与讨论通过引导学生对实验结果进行分析和讨论，培养其结果分析与讨论的能力。例如，在分析微生物生长曲线的实验结果时，可以引导学生探讨不同发酵条件对微生物生长的影响；在讨论发酵产物的质量控制实验结果时，可以引导学生总结不同检测方法的优缺点和适用范围。交流与合作通过组织学生进行小组讨论、实验报告撰写等活动，培养其交流与合作的能力。例如，在小组讨论中，可以引导学生分享自己的实验经验和心得；在实验报告撰写中，可以引导学生互相评价和改进彼此的报告内容。（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，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。在本章教学中，社会责任的培养主要体现在以下几个方面：关注社会议题通过引导学生关注发酵工程相关的社会议题，如食品安全、环境保护、资源利用等，培养其关注社会议题的能力。例如，在介绍发酵工程的应用时，可以引导学生思考发酵工程对食品安全的影响；在讲解发酵产物的生产过程时，可以引导学生探讨发酵工程对环境保护和资源利用的作用。参与讨论与决策通过组织学生进行小组讨论、辩论等活动，培养其参与讨论与决策的能力。例如，在小组讨论中，可以引导学生就某个社会议题发表自己的观点和看法；在辩论活动中，可以引导学生就某个争议话题进行辩论和协商。实践与创新通过鼓励学生参与发酵工程相关的实践活动和创新项目，培养其实践与创新的能力。例如，在课外实践活动中，可以引导学生参观发酵工厂、参与发酵实验等；在创新项目中，可以引导学生设计新的发酵产品、开发新的发酵工艺等。宣传与教育通过引导学生参与发酵工程相关的宣传和教育活动，培养其宣传与教育的能力。例如，在社区宣传活动中，可以引导学生向公众普及发酵工程的知识和应用；在学校教育活动中，可以引导学生向同学传授发酵工程的实验技能和操作方法。本章教学内容将围绕生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度展开，旨在培养学生的生物学学科核心素养。通过系统的教学设计和有效的实施策略，帮助学生全面掌握发酵工程的核心知识和应用技能，为其未来的学习和职业发展奠定坚实的基础。学情分析（一）已知内容分析在高中生物学的学习进程中，学生已经通过必修课程的学习，掌握了生物学的基本概念和原理，为选择性必修课程的学习奠定了坚实的基础。对于《发酵工程》这一章节而言，学生在必修课程中已经学习了关于微生物学的基础知识，包括微生物的种类、结构、生长条件以及微生物在自然界中的作用等。学生还对遗传与进化、细胞与分子等生物学核心概念有了一定的理解，这些知识为理解发酵工程中的微生物培养、遗传改造以及代谢调控等内容提供了必要的背景知识。在生物技术与工程领域，学生可能通过日常生活经验或媒体接触，对发酵技术有一定的感性认识。例如，学生可能知道酸奶、面包、酱油等食品是通过发酵过程生产的，但他们可能并不清楚这些过程背后的科学原理和技术细节。在教学设计中，需要充分利用学生的这些生活经验，引导他们从感性认识到理性认识的转变。（二）新知内容分析《发酵工程》这一章节涉及的内容较为广泛且深入，主要包括微生物纯培养物的获得、微生物纯培养物的选择、传统发酵技术、发酵工程的过程与原理以及发酵工程的应用等五个部分。这些内容不仅要求学生掌握发酵工程的基本原理和技术流程，还要求学生能够运用所学知识解决实际问题，培养科学探究能力和创新思维。微生物纯培养物的获得：学生需要了解微生物分离和培养的基本方法，包括无菌技术、培养基的配制与灭菌、微生物的接种与培养等。这些内容是发酵工程的基础，也是生物学实验中常用的技术手段。微生物纯培养物的选择：学生需要学会根据发酵工程的需求，选择合适的微生物菌株。这要求学生了解不同微生物的特性及其在发酵过程中的作用，具备初步的生物信息学分析能力和实验设计能力。传统发酵技术：学生需要了解传统发酵技术在食品、饮料、医药等领域的应用，以及这些技术背后的科学原理。通过这部分内容的学习，学生可以感受到生物技术在日常生活和工业生产中的重要性。发酵工程的过程与原理：这是章节的重点和难点。学生需要掌握发酵工程的基本流程，包括菌种选育、培养基优化、发酵条件控制、产物分离与纯化等。他们还需要了解发酵过程中微生物的代谢调控机制，以及如何通过基因工程等手段对微生物进行改造，以提高发酵效率和产物质量。发酵工程的应用：学生需要了解发酵工程在医药、食品、化工等领域的应用实例，以及这些应用对社会发展和人类健康的贡献。通过这部分内容的学习，学生可以增强对生物技术产业的了解和兴趣，激发他们从事生物技术研发和应用的热情。（三）学生学习能力分析高中生已经具备了一定的逻辑思维能力和抽象思维能力，能够理解和运用生物学的基本概念和原理。对于发酵工程这一较为专业和复杂的内容而言，学生的学习能力仍面临一定的挑战。具体来说，学生的学习能力可以归纳为以下几个方面：观察与实验能力：学生已经具备了一定的观察和实验能力，能够按照实验步骤进行操作，并记录实验数据和结果。在发酵工程实验中，学生需要更加细致地观察微生物的生长状态和代谢产物的变化，这对他们的观察能力和实验技能提出了更高的要求。分析与解决问题的能力：学生已经能够运用所学知识分析和解决一些简单的生物学问题。在发酵工程领域，学生需要面对更加复杂和多变的问题，如菌种选育、培养基优化、发酵条件控制等。这要求学生具备较强的分析问题和解决问题的能力，能够灵活运用所学知识解决实际问题。信息获取与处理能力：在信息化时代，学生已经习惯了从网络上获取和处理信息。在发酵工程领域，学生需要获取和处理大量的专业信息和数据，如微生物基因序列、代谢途径、发酵工艺参数等。这要求学生具备较强的信息获取和处理能力，能够高效地获取所需信息并进行有效的分析和利用。创新与探究能力：发酵工程是一个不断发展的领域，需要不断地进行技术创新和探究。学生需要具备较强的创新和探究能力，能够提出新的问题和解决方案，推动发酵工程技术的不断进步。（四）学习障碍突破策略针对学生在学习《发酵工程》这一章节时可能遇到的学习障碍，我们可以采取以下突破策略：强化基础知识教学：对于微生物学、遗传学、细胞生物学等基础知识掌握不牢固的学生，我们需要加强相关知识点的教学和复习，确保他们能够建立起完整的知识体系。通过案例分析和讨论等方式，帮助学生将所学知识与发酵工程的内容相结合，提高他们的理解和应用能力。加强实验与实践教学：发酵工程是一门实践性很强的学科，需要学生通过实验操作来掌握相关技术和流程。我们需要加强实验与实践教学，提供更多的实验机会和实践平台，让学生在实践中学习和掌握发酵工程的技术和方法。通过小组合作和探究性学习等方式，培养学生的团队协作能力和创新能力。利用多媒体教学资源：发酵工程的内容较为抽象和复杂，需要借助多媒体教学资源来帮助学生更好地理解和掌握。我们可以利用动画、视频、模拟实验等多媒体手段来展示发酵工程的过程和原理，使抽象的内容变得直观易懂。通过在线学习平台和资源库等方式，为学生提供更多的学习资源和支持。开展课外拓展活动：为了激发学生的学习兴趣和积极性，我们可以开展一些课外拓展活动，如组织参观发酵工厂、邀请行业专家进行讲座、开展发酵工程创新大赛等。这些活动可以帮助学生更好地了解发酵工程的应用和发展前景，激发他们从事生物技术研发和应用的热情。实施个性化教学策略：针对学生的学习能力和兴趣差异，我们需要实施个性化教学策略，为不同水平的学生提供不同的学习支持和挑战。对于学习能力较强的学生，我们可以提供更多的探究性学习机会和创新性项目；对于学习能力较弱的学生，我们可以提供更多的辅导和支持，帮助他们克服学习障碍并取得进步。通过强化基础知识教学、加强实验与实践教学、利用多媒体教学资源、开展课外拓展活动以及实施个性化教学策略等措施，我们可以有效地突破学生在学习《发酵工程》这一章节时可能遇到的学习障碍，提高他们的学习效果和兴趣。四、大主题或大概念设计本单元的大主题设计为“探索发酵工程的奥秘：微生物纯培养、选择与应用”。围绕这一主题，通过五个子课题的学习活动，帮助学生深入理解发酵工程的基本原理、过程及其在食品、医药、工业等领域的应用，同时培养学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学学科核心素养。五、大单元目标叙写高中生物学学科核心素养：（一）生命观念学生能够理解微生物是生命体的一种重要形式，具有独特的结构和功能，是发酵工程的基础。学生能够认识到发酵过程中微生物代谢活动的本质，理解其如何通过酶催化作用将原料转化为目标产物。学生能够运用生物进化的观点，理解不同微生物种类在发酵工程中的选择和利用。（二）科学思维学生能够基于微生物学和发酵工程的基本原理，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，分析并解决发酵工程中的实际问题。学生能够运用模型与建模的方法，构建发酵过程的概念模型，理解其内在机制和影响因素。学生能够运用批判性思维和创造性思维，评估不同发酵工艺的优势和局限性，提出改进方案。（三）科学探究学生能够针对发酵工程中的具体问题，设计并实施探究实验，收集并分析数据，得出科学结论。学生能够在探究过程中，运用科学术语和图表准确表达实验结果，与他人进行交流和讨论。学生能够在团队合作中，发挥各自的优势，共同解决发酵工程中的复杂问题。（四）社会责任学生能够认识到发酵工程在食品、医药、工业等领域的重要应用，理解其对经济和社会发展的贡献。学生能够关注发酵工程中的环境问题和伦理问题，提出可持续发展的解决方案。学生能够运用所学的发酵工程知识，参与社会服务和科普宣传，提高公众的科学素养。六、大单元教学重点微生物纯培养物的获得：掌握微生物纯培养的基本原理和方法，包括灭菌、接种、培养等步骤。了解无菌技术在微生物学实验中的应用，确保实验结果的准确性和可靠性。微生物纯培养物的选择：根据发酵工程的需求，选择合适的微生物种类和菌株。理解微生物遗传变异在发酵工程中的应用，通过诱变育种、基因工程等手段获得高性能的发酵菌株。传统发酵技术：学习传统发酵技术的基本原理和工艺流程，如酒精发酵、乳酸发酵等。了解传统发酵技术在食品、医药等领域的应用，体会其独特优势和文化价值。发酵工程的过程与原理：掌握发酵工程的基本流程和关键控制点，包括菌种扩大培养、发酵控制、产物分离纯化等。理解发酵过程中微生物代谢活动的规律和机制，以及如何通过优化发酵条件提高产物得率和质量。发酵工程的应用：了解发酵工程在食品、医药、化工等领域的应用实例，体会其对经济和社会发展的贡献。分析发酵工程应用中的环境问题和伦理问题，提出可持续发展的解决方案。七、大单元教学难点微生物纯培养技术的掌握：微生物纯培养技术涉及多个步骤和细节，需要学生具备较强的实验技能和无菌操作意识。学生需要理解并掌握不同微生物种类的生长特性和培养条件，以便在实验中选择合适的培养基和培养条件。微生物遗传变异的理解和应用：微生物遗传变异是一个复杂的过程，涉及基因重组、基因突变等多种机制。学生需要理解并掌握这些机制的基本原理和应用方法，以便在发酵工程中选择合适的菌株并通过遗传改良提高其性能。发酵工程过程的优化和控制：发酵工程过程涉及多个变量和参数，如温度、pH值、溶氧浓度等，这些变量和参数之间相互影响、相互制约。学生需要理解并掌握这些变量和参数对发酵过程的影响规律，以便通过实验优化和控制发酵条件，提高产物得率和质量。发酵工程应用中的环境问题和伦理问题：发酵工程应用过程中可能产生废水、废气等污染物，对环境造成负面影响。发酵工程应用还可能涉及伦理问题，如转基因生物的安全性、生物武器的潜在风险等。学生需要理解并掌握这些问题的本质和解决方法，以便在发酵工程应用中实现可持续发展和社会责任。具体教学难点解析与应对策略：微生物纯培养技术的掌握：应对策略：通过演示实验和分组实验相结合的方式，让学生亲自动手操作，掌握微生物纯培养的基本技能。结合案例分析，让学生理解无菌技术在微生物学实验中的重要性，并学会在实际操作中应用无菌技术。微生物遗传变异的理解和应用：应对策略：通过课堂讲解和小组讨论相结合的方式，让学生理解微生物遗传变异的基本原理和应用方法。结合具体案例，让学生分析不同菌株的遗传特性和性能差异，并探讨如何通过遗传改良提高菌株性能。还可以引导学生关注最新的科研成果和技术进展，拓宽其视野和思路。发酵工程过程的优化和控制：应对策略：通过模拟实验和数据分析相结合的方式，让学生理解并掌握发酵过程中关键变量和参数的影响规律。结合案例分析，让学生学习如何根据实验数据和理论知识优化和控制发酵条件。还可以引导学生关注发酵工程领域的最新技术和应用案例，提高其解决实际问题的能力。发酵工程应用中的环境问题和伦理问题：应对策略：通过课堂讨论和案例分析相结合的方式，让学生理解并掌握发酵工程应用中的环境问题和伦理问题。引导学生关注可持续发展和社会责任的重要性，并探讨如何在发酵工程应用中实现这些目标。还可以邀请相关领域的专家进行讲座或交流活动，让学生了解最新的研究成果和行业动态。通过以上教学策略和应对措施的实施，可以帮助学生克服学习过程中的难点和挑战，全面掌握发酵工程的基本原理和应用技术，同时培养其生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学学科核心素养。八、大单元整体教学思路在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，针对2019版北师大版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中的《第1章发酵工程》教学内容，我制定了以下大单元整体教学思路。本教学思路旨在通过一系列的教学活动，引导学生深入理解发酵工程的基本原理、过程及其在社会生产中的应用，全面提升学生的生物学学科核心素养。一、教学目标设定（一）生命观念结构与功能观：学生能够理解微生物细胞的基本结构与其在发酵工程中的功能关系，如细菌细胞壁的结构如何影响其对外界环境的适应性，以及这种适应性在发酵过程中的作用。物质与能量观：学生能够阐明发酵过程中物质的转化和能量的流动，如糖类通过微生物的代谢转化为酒精或其他产物的过程，以及这一过程中能量的变化。进化与适应观：学生能够认识到微生物在发酵工程中的应用是人类长期驯化和利用微生物的结果，理解微生物在特定环境（如发酵罐）中的适应和进化机制。稳态与平衡观：学生能够理解发酵过程中微生物种群、环境因子（如温度、pH值、氧气浓度等）之间的动态平衡，以及这种平衡对发酵效率的影响。（二）科学思维归纳与概括：学生能够基于发酵工程中的具体实例，归纳出发酵过程的一般规律和特点，如不同微生物在发酵过程中所需的营养条件和代谢产物。演绎与推理：学生能够运用发酵工程的基本原理，推理出特定发酵条件下可能产生的结果，如改变发酵温度对微生物生长速率和产物产量的影响。模型与建模：学生能够利用数学模型或物理模型模拟发酵过程，预测不同条件下的发酵效果，如通过数学模型计算发酵罐中的氧气传递速率对微生物生长的影响。批判性思维：学生能够批判性地评估发酵工程中的新技术和新方法，分析其优缺点和适用条件，如对传统发酵技术和现代发酵技术进行比较分析。创造性思维：学生能够结合发酵工程的基本原理和实际问题，提出创新性的解决方案，如设计新的发酵工艺以提高产物产量或降低生产成本。（三）科学探究提出问题：学生能够根据发酵工程中的实际现象或问题，提出具有探究价值的问题，如为什么某些微生物在特定条件下能够高效产生目标产物？设计实验：学生能够设计并实施科学探究实验，以验证或探究发酵工程中的某个假设或问题，如设计实验探究不同碳源对微生物生长和产物产量的影响。收集和分析数据：学生能够准确地收集实验数据，并运用适当的统计方法对数据进行分析和解释，如利用图表展示发酵过程中微生物数量的变化趋势，并对其进行定量分析。得出结论和交流：学生能够基于实验数据和分析结果得出结论，并能够清晰、准确地与他人交流和分享自己的探究过程和结果。（四）社会责任环境保护意识：学生能够认识到发酵工程在生产过程中对环境的影响，如废水、废气的排放对环境的污染，并提出相应的环保措施和建议。食品安全意识：学生能够理解发酵工程在食品生产中的应用及其对食品安全的影响，如发酵食品中的微生物污染和毒素产生问题，并提出相应的解决方案。科学实践与社会议题：学生能够关注与发酵工程相关的社会议题，如生物燃料的生产与环境保护、抗生素的滥用与耐药性等问题，并能够运用生物学知识进行分析和讨论。科学伦理与法规意识：学生能够了解发酵工程中的科学伦理和法规要求，如转基因微生物的安全性评估、生物武器的禁用等，并能够遵守相关的法律法规和伦理规范。二、大单元教学重点微生物纯培养物的获得：掌握微生物分离、纯化和鉴定的基本方法和技术，理解微生物纯培养物在发酵工程中的重要性。微生物纯培养物的选择：根据发酵工程的需求选择合适的微生物菌株，了解微生物菌株的遗传特性和代谢特性对发酵过程的影响。传统发酵技术：了解传统发酵技术的原理和特点，如泡菜制作、酱油酿造等过程中的微生物作用和代谢产物。发酵工程的过程与原理：深入理解发酵工程的基本过程（如种子培养、发酵、后处理等）和原理（如微生物代谢、物质转化等），掌握发酵工程中的关键控制参数（如温度、pH值、氧气浓度等）。发酵工程的应用：了解发酵工程在食品、医药、化工等领域的应用实例，认识发酵工程对社会经济发展的贡献。三、大单元教学难点微生物纯培养物的获得与鉴定：由于微生物种类繁多且形态各异，因此微生物的分离、纯化和鉴定过程较为复杂且耗时较长，需要学生具备耐心和细致的操作技能。发酵工程中的过程控制与优化：发酵工程是一个涉及多个因素的复杂系统，如何准确控制发酵过程中的关键参数并优化发酵条件以提高产物产量和降低成本是一个具有挑战性的难题。发酵工程中的安全问题：发酵工程中使用的微生物和化学物质可能对人体和环境造成危害，因此需要学生具备强烈的安全意识和操作技能以确保实验过程的安全。四、大单元整体教学思路（一）教学引入通过展示发酵工程在食品、医药、化工等领域的应用实例，激发学生的学习兴趣和探究欲望。引导学生思考发酵工程的基本原理和过程，为后续的学习奠定基础。（二）新课讲授微生物纯培养物的获得通过讲解和演示微生物分离、纯化和鉴定的基本方法和技术（如平板划线法、稀释涂布平板法等），引导学生掌握微生物纯培养物的获得方法。组织学生进行微生物分离和纯化的实验操作，让学生在实践中加深对微生物纯培养物重要性的理解。微生物纯培养物的选择讲解微生物菌株的选择原则和方法，引导学生了解微生物菌株的遗传特性和代谢特性对发酵过程的影响。引导学生分析不同微生物菌株在发酵过程中的优缺点和适用条件，培养学生的分析能力和判断能力。传统发酵技术通过讲解传统发酵技术的原理和特点（如泡菜制作、酱油酿造等），引导学生了解传统发酵技术在食品生产中的应用。组织学生进行传统发酵技术的实验操作（如泡菜制作实验），让学生在实践中加深对传统发酵技术原理的理解。发酵工程的过程与原理深入讲解发酵工程的基本过程（如种子培养、发酵、后处理等）和原理（如微生物代谢、物质转化等），引导学生掌握发酵工程中的关键控制参数。通过案例分析的方式引导学生理解发酵工程中的过程控制与优化策略，培养学生的分析问题和解决问题的能力。发酵工程的应用讲解发酵工程在食品、医药、化工等领域的应用实例，引导学生认识发酵工程对社会经济发展的贡献。组织学生进行发酵工程应用案例的讨论和分析，培养学生的批判性思维和创造性思维。（三）巩固练习通过设计一系列与发酵工程相关的练习题（如选择题、填空题、简答题等），巩固学生对发酵工程基本原理和过程的理解。组织学生进行小组讨论和交流活动，促进学生的合作学习和思维碰撞。（四）实验探究微生物纯培养物的获得实验实验目的：掌握微生物分离、纯化和鉴定的基本方法和技术。实验材料：无菌培养基、无菌接种环、无菌试管、待分离样品等。实验步骤：按照微生物分离、纯化和鉴定的基本方法和技术进行操作。实验结果与分析：观察并记录实验结果，分析并讨论实验过程中出现的问题及解决策略。传统发酵技术实验（如泡菜制作实验）实验目的：了解传统发酵技术的原理和特点。实验材料：新鲜蔬菜（如白菜）、食盐、水、发酵罐等。实验步骤：按照泡菜制作的基本步骤进行操作。实验结果与分析：观察并记录泡菜制作过程中的变化（如颜色、气味等），分析并讨论泡菜制作过程中的微生物作用和代谢产物。发酵工程模拟实验实验目的：理解发酵工程的基本过程和原理。实验材料：发酵罐模型、模拟微生物、模拟底物等。实验步骤：按照发酵工程的基本过程进行模拟实验。实验结果与分析：观察并记录模拟实验过程中的变化（如微生物生长速率、产物产量等），分析并讨论发酵过程中的关键控制参数及优化策略。（五）总结与反思引导学生对本单元的学习内容进行总结和反思，概括发酵工程的基本原理和过程，分析自己在学习过程中遇到的问题及解决策略。鼓励学生对发酵工程未来的发展进行展望和预测，培养学生的创新意识和实践能力。（六）学业评价采用多种评价方式（如课堂表现评价、实验操作评价、作业评价、考试评价等）全面评估学生的学习成果。注重评价学生的学习过程和学习态度，关注学生的个体差异和发展需求，帮助学生认识自我、建立自信、改进学习方式、促进生物学学科核心素养的形成。通过以上教学思路的实施，旨在引导学生深入理解发酵工程的基本原理和过程，掌握发酵工程中的关键技术和方法，全面提升学生的生物学学科核心素养。通过实验教学和探究活动的设计与实施，培养学生的实践操作能力和科学探究能力，为未来的学习和工作奠定坚实的基础。九、学业评价在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，针对2019版北师大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》的教学内容，本章节的学业评价旨在全面评估学生在生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度上的核心素养发展水平。以下是对教学目标、学习目标和评价目标的详细设定。一、教学目标设定（一）生命观念理解微生物的基本结构与功能：学生能够理解微生物（如细菌、酵母菌等）的基本结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核（或拟核）等，并认识到这些结构与微生物功能之间的关系，如细胞壁对微生物形态和生存环境的适应性。掌握发酵工程的基本原理：学生能够理解发酵工程的基本原理，包括微生物的代谢途径、发酵过程中物质的转化和能量的变化，以及这些因素如何影响发酵产物的产量和质量。形成稳态与平衡的生命观念：通过发酵工程的学习，学生能够认识到在发酵过程中，微生物的生长、代谢和产物的形成是一个动态平衡的过程，理解并维持这种平衡对于发酵工程的重要性。（二）科学思维运用归纳与概括的方法：学生能够根据微生物纯培养物的获得、选择以及发酵工程的过程与原理，归纳出发酵工程的一般步骤和关键控制点。运用模型与建模的方法：通过构建微生物代谢途径的模型，学生能够深入理解微生物在发酵过程中的物质转化和能量变化，提高科学思维能力。批判性思维与创造性思维：在面对发酵工程中的实际问题时，学生能够运用批判性思维分析问题，提出解决方案，并展现出创造性思维，探索新的发酵工艺和技术。（三）科学探究提出问题与假设：学生能够根据发酵工程的学习内容，提出具有探究性的问题，如“如何优化发酵条件以提高产物产量？”等，并能够基于已有知识提出合理的假设。设计并实施探究实验：学生能够设计并实施探究实验，如通过改变发酵温度、pH值、通气量等条件，探究这些因素对发酵产物产量的影响，并能够准确记录实验数据。分析实验数据与得出结论：学生能够运用统计学方法对实验数据进行分析，得出科学结论，并能够用恰当的方式表达和交流实验结果。（四）社会责任关注生物技术的发展与应用：学生能够关注生物技术的发展动态，了解发酵工程在食品、医药、化工等领域的应用，认识到生物技术对社会发展的重要性。参与社会议题的讨论：学生能够参与有关生物技术和发酵工程的社会议题讨论，如转基因食品的安全性、生物技术的伦理问题等，并能够基于生物学原理提出自己的见解。宣传生物技术与健康生活：学生能够向他人宣传生物技术和发酵工程的知识，如介绍发酵食品的营养价值和健康益处，倡导健康的生活方式。二、学习目标设定（一）生命观念学生能够描述微生物的基本结构，并解释这些结构与微生物功能之间的关系。学生能够理解发酵工程的基本原理，包括微生物的代谢途径、发酵过程中物质的转化和能量的变化。学生能够分析发酵过程中微生物的生长曲线，理解并维持发酵过程中的稳态与平衡。（二）科学思维学生能够根据发酵工程的学习内容，归纳出发酵工程的一般步骤和关键控制点。学生能够构建微生物代谢途径的模型，并运用模型解释发酵过程中的物质转化和能量变化。学生能够运用批判性思维分析问题，提出解决方案，并展现出创造性思维，探索新的发酵工艺和技术。（三）科学探究学生能够提出具有探究性的问题，并基于已有知识提出合理的假设。学生能够设计并实施探究实验，准确记录实验数据，并运用统计学方法对数据进行分析。学生能够用恰当的方式表达和交流实验结果，得出科学结论。（四）社会责任学生能够关注生物技术的发展动态，了解发酵工程在各个领域的应用。学生能够参与有关生物技术和发酵工程的社会议题讨论，并能够基于生物学原理提出自己的见解。学生能够向他人宣传生物技术和发酵工程的知识，倡导健康的生活方式。三、评价目标设定（一）生命观念评价指标：学生能够准确描述微生物的基本结构，并解释这些结构与微生物功能之间的关系；能够理解发酵工程的基本原理，包括微生物的代谢途径、发酵过程中物质的转化和能量的变化；能够分析发酵过程中微生物的生长曲线，理解并维持发酵过程中的稳态与平衡。评价方式：通过观察学生在课堂上的表现，如回答问题、讨论交流等，评价学生对微生物基本结构和发酵工程基本原理的理解程度；通过课后作业和测验，评价学生对发酵过程中微生物生长曲线的分析能力。（二）科学思维评价指标：学生能够根据发酵工程的学习内容，归纳出发酵工程的一般步骤和关键控制点；能够构建微生物代谢途径的模型，并运用模型解释发酵过程中的物质转化和能量变化；能够运用批判性思维分析问题，提出解决方案，并展现出创造性思维。评价方式：通过观察学生在课堂上的表现，如小组讨论、课堂展示等，评价学生的归纳与概括能力、模型构建能力和批判性思维能力；通过探究性实验报告和课程论文，评价学生的创造性思维和实践能力。（三）科学探究评价指标：学生能够提出具有探究性的问题，并基于已有知识提出合理的假设；能够设计并实施探究实验，准确记录实验数据，并运用统计学方法对数据进行分析；能够用恰当的方式表达和交流实验结果，得出科学结论。评价方式：通过观察学生在探究实验过程中的表现，如实验设计、实验操作、数据记录等，评价学生的科学探究能力；通过探究性实验报告和课程论文，评价学生的实验结果分析和表达能力。（四）社会责任评价指标：学生能够关注生物技术的发展动态，了解发酵工程在各个领域的应用；能够参与有关生物技术和发酵工程的社会议题讨论，并能够基于生物学原理提出自己的见解；能够向他人宣传生物技术和发酵工程的知识，倡导健康的生活方式。评价方式：通过观察学生在课堂上的表现，如小组讨论、课堂展示等，评价学生对生物技术发展动态的关注程度和对社会议题的参与能力；通过课后作业和实践活动，评价学生宣传生物技术和发酵工程知识的能力和实践效果。四、学业评价的实施（一）课堂观察与记录在课堂上，教师应密切关注学生的表现，包括回答问题、讨论交流、实验操作等方面。通过课堂观察，教师可以及时了解学生对知识点的掌握情况，发现学生在学习中存在的问题，并及时给予指导和帮助。教师还应记录学生在课堂上的表现，作为学业评价的重要依据。（二）课后作业与测验课后作业和测验是评价学生学习效果的重要手段。教师应根据教学内容和学生的实际情况，设计合理的课后作业和测验题目。作业和测验题目应涵盖生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度，以全面评估学生的核心素养发展水平。通过批改作业和测验试卷，教师可以了解学生对知识点的掌握情况和存在的问题，并及时给予反馈和指导。（三）探究性实验报告与课程论文探究性实验报告和课程论文是评价学生科学探究能力和创新思维的重要方式。教师应鼓励学生积极参与探究性实验和课程论文的撰写工作。在实验报告和论文的撰写过程中，学生需要综合运用所学知识，提出问题、设计实验、收集数据、分析结果并得出结论。通过审阅学生的实验报告和论文，教师可以评价学生的科学探究能力、创新思维和实践能力。（四）社会实践活动与项目式学习社会实践活动和项目式学习是评价学生社会责任和实践能力的重要方式。教师应组织学生参与社会实践活动和项目式学习，如参观发酵工厂、参与发酵产品的研发和生产等。通过社会实践活动和项目式学习，学生可以深入了解发酵工程在实际生产中的应用情况，增强对生物技术的认识和理解。学生还可以将所学知识应用于实践中，解决实际问题，提高实践能力和社会责任感。（五）多元化评价方式的应用在学业评价过程中，教师应采用多元化评价方式，包括定量评价和定性评价、形成性评价和总结性评价等。通过多元化评价方式的应用，教师可以更全面地了解学生的学习情况和核心素养发展水平，为改进教学和提高教学质量提供有力支持。五、总结与展望通过对《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的深入学习和理解，结合2019版北师大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》的教学内容，本章节的学业评价旨在全面评估学生在生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度上的核心素养发展水平。通过课堂观察与记录、课后作业与测验、探究性实验报告与课程论文、社会实践活动与项目式学习以及多元化评价方式的应用等多种手段的综合运用，教师可以更全面地了解学生的学习情况和核心素养发展水平，为改进教学和提高教学质量提供有力支持。随着生物技术的不断发展和教学改革的深入推进，我们将继续优化和完善学业评价体系，不断提高评价的科学性和有效性。我们还将加强对学生核心素养的培养力度，努力培养具有创新精神和实践能力的高素质人才，为推动我国生物技术的发展和社会的进步贡献力量。十、大单元实施思路及教学结构图一、大单元实施思路在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，针对2019版北师大版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中《第1章发酵工程》的教学内容，本大单元的实施思路旨在通过一系列精心设计的教学活动，引导学生深入理解发酵工程的基本原理、过程与应用，同时培养学生的生物学学科核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。整体规划，分步实施：对整个章节的内容进行整体规划，明确每一节的教学目标和重点难点。然后，根据教学内容的逻辑顺序和学生的认知特点，分步实施教学活动，确保每个环节都紧密衔接，层层递进。理论与实践相结合：发酵工程是一门实践性很强的学科，因此在教学过程中要注重理论与实践的结合。通过实验操作、案例分析、小组讨论等多种形式，让学生在实践中掌握理论知识，提升实践操作能力。强化核心素养培养：将生物学学科核心素养的培养贯穿于整个教学过程之中。通过引导学生观察、思考、探究、实践，培养他们的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。注重跨学科整合：发酵工程涉及生物学、化学、工程学等多个学科的知识，因此在教学过程中要注重跨学科整合，引导学生运用多学科的知识和方法解决实际问题。评价反馈，持续改进：通过多元化的评价方式，及时了解学生的学习情况和教学效果，根据反馈信息进行持续改进，确保教学目标的达成。二、教学目标设定（一）生命观念理解微生物的基本结构和功能：学生能够描述微生物（如细菌、酵母菌等）的基本结构和功能，理解微生物在发酵工程中的重要作用。认识发酵工程的基本原理：学生能够理解发酵工程的基本原理，包括微生物的纯培养、代谢调控、产物分离纯化等过程。形成生命系统的稳态与平衡观：通过发酵工程的学习，学生能够认识到生命系统的稳态与平衡在发酵过程中的重要性，理解微生物与环境之间的相互作用。（二）科学思维运用归纳与概括的方法：学生能够运用归纳与概括的方法，从具体的发酵工程实例中提炼出一般性的规律和原理。运用模型与建模的方法：学生能够运用模型与建模的方法，构建发酵工程的模型，通过模拟实验来预测和解释发酵过程中的现象。运用批判性思维审视问题：学生能够运用批判性思维审视发酵工程中的问题和争议，形成自己的见解和判断。（三）科学探究提出并探究问题：学生能够针对发酵工程中的实际问题提出假设，并设计实验方案进行探究。收集并分析数据：学生能够熟练地使用实验仪器和工具收集数据，并运用统计方法对数据进行分析和处理。交流与合作：学生能够在小组内进行合作与交流，共同完成实验任务，分享实验成果和经验。（四）社会责任关注生物技术与社会的关系：学生能够关注发酵工程等生物技术在社会发展中的应用和影响，理解生物技术的双刃剑效应。参与社会议题的讨论：学生能够积极参与社会议题的讨论，如转基因食品的安全性、生物技术的伦理问题等，发表自己的见解和看法。宣传生物技术知识：学生能够运用所学的生物技术知识，向公众宣传生物技术的益处和潜在风险，提高公众的生物科学素养。三、教学结构图发酵工程|||微生物纯培养物的获得发酵工程的应用||微生物的分离与纯化食品工业||培养基的配制与灭菌酿造工业||接种与培养医药工业||纯培养物的鉴定环保工业|微生物纯培养物的选择|传统发酵技术|发酵工程的过程与原理|发酵条件的优化与控制|发酵产物的分离与纯化四、具体教学实施步骤第一节微生物纯培养物的获得导入新课：通过展示发酵食品（如酸奶、面包等）的图片或实物，引导学生思考这些食品是如何通过发酵过程制得的，从而引入发酵工程的概念。讲授新知：微生物的分离与纯化：介绍微生物分离与纯化的基本原理和方法，包括稀释涂布平板法、平板划线法等。培养基的配制与灭菌：讲解培养基的组成和配制方法，以及灭菌的原理和操作步骤。接种与培养：演示接种技术，介绍微生物培养的条件和方法。纯培养物的鉴定：介绍纯培养物鉴定的方法，如形态观察、生理生化测试等。实验操作：组织学生分组进行微生物分离与纯化的实验操作，包括培养基的配制、灭菌、接种和培养等步骤。讨论与交流：引导学生对实验结果进行讨论和交流，分析实验中出现的问题和可能的原因。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调微生物纯培养物获得的重要性和基本操作步骤。第二节微生物纯培养物的选择复习旧知：回顾上一节课学习的微生物分离与纯化的基本方法和步骤。讲授新知：微生物的选择原则：介绍微生物选择的原则和方法，包括根据发酵产物的需要选择适宜的微生物种类、根据发酵条件选择适宜的微生物菌株等。微生物的筛选技术：讲解微生物筛选的基本原理和方法，如利用选择培养基进行筛选、利用特定的代谢产物进行筛选等。案例分析：通过分析具体的发酵工程案例（如青霉素的生产），引导学生理解微生物选择在发酵工程中的重要性。讨论与交流：组织学生讨论微生物筛选技术的优缺点和适用范围。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调微生物纯培养物选择的重要性和基本方法。第三节传统发酵技术导入新课：通过介绍传统发酵食品（如泡菜、酱油等）的制作过程，引导学生思考传统发酵技术的原理和特点。讲授新知：传统发酵技术的原理：介绍传统发酵技术的基本原理和过程，包括微生物的代谢调控、产物的生成和积累等。传统发酵技术的特点：分析传统发酵技术的优点和局限性，如操作简单、成本低廉但产量较低、产品质量不稳定等。实验操作：组织学生分组进行传统发酵技术的实验操作，如泡菜的制作、酱油的发酵等。讨论与交流：引导学生对实验结果进行讨论和交流，分析传统发酵技术在实际应用中的问题和改进方向。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调传统发酵技术在食品工业中的重要性和应用前景。第四节发酵工程的过程与原理复习旧知：回顾前几节课学习的微生物纯培养物的获得和选择、传统发酵技术的原理和特点。讲授新知：发酵工程的过程：介绍发酵工程的基本过程和步骤，包括微生物的扩大培养、发酵条件的优化与控制、发酵产物的分离与纯化等。发酵工程的原理：讲解发酵工程的原理和方法，如代谢工程、基因工程在发酵工程中的应用等。案例分析：通过分析具体的发酵工程案例（如谷氨酸的生产），引导学生理解发酵工程的过程和原理。讨论与交流：组织学生讨论发酵工程在实际应用中的问题和挑战，以及未来的发展方向。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调发酵工程在医药、环保等工业领域的重要性和应用前景。第五节发酵工程的应用导入新课：通过介绍发酵工程在各个领域的应用实例，引导学生思考发酵工程在现代工业中的重要性。讲授新知：发酵工程在食品工业中的应用：介绍发酵工程在食品工业中的应用实例和原理，如酸奶、面包等发酵食品的生产。发酵工程在酿造工业中的应用：讲解发酵工程在酿造工业中的应用实例和原理，如啤酒、葡萄酒等酿造产品的生产。发酵工程在医药工业中的应用：介绍发酵工程在医药工业中的应用实例和原理，如抗生素、维生素等药品的生产。发酵工程在环保工业中的应用：讲解发酵工程在环保工业中的应用实例和原理，如生物降解、生物修复等技术的应用。实验操作：组织学生分组进行发酵工程应用的实验操作，如利用酵母菌发酵制作面包等。讨论与交流：引导学生对实验结果进行讨论和交流，分析发酵工程在不同领域中的应用效果和挑战。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调发酵工程在现代工业中的广泛应用和重要性。引导学生思考发酵工程在未来的发展趋势和应用前景。课后作业：布置学生查阅相关资料，了解发酵工程在其他领域（如农业、能源等）的应用实例和原理，并撰写一篇小论文或报告进行分享和交流。通过以上五个环节的教学实施步骤，学生将全面掌握发酵工程的基本原理、过程与应用，同时培养生物学学科核心素养，为未来的学习和工作打下坚实的基础。十一、大情境、大任务创设一、大情境设计在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，针对2019版北师大版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中《第1章发酵工程》的教学内容，我们设计了一个大情境——“探索发酵工程的奥秘，助力现代生活与可持续发展”。这个大情境旨在通过一系列实践活动和探究任务，引导学生深入理解发酵工程的基本原理、过程与应用，同时培养学生的生物学学科核心素养。二、大任务创设（一）教学任务设定教学任务围绕发酵工程的核心内容展开，旨在通过实践活动和探究学习，达成以下教学目标：1.生命观念目标一：学生能够理解微生物的基本结构和功能，认识到微生物在发酵工程中的重要作用，形成生命系统的稳态与平衡观。目标二：学生能够理解发酵工程的基本原理，包括微生物的纯培养、代谢调控、产物分离纯化等过程，以及这些过程在生命系统中的相互作用和平衡。2.科学思维目标一：学生能够运用归纳与概括的方法，从具体的发酵工程实例中提炼出一般性的规律和原理。目标二：学生能够运用模型与建模的方法，构建发酵工程的模型，通过模拟实验来预测和解释发酵过程中的现象。目标三：学生能够运用批判性思维审视发酵工程中的问题和争议，形成自己的见解和判断。3.科学探究目标一：学生能够针对发酵工程中的实际问题提出假设，并设计实验方案进行探究。目标二：学生能够熟练地使用实验仪器和工具收集数据，并运用统计方法对数据进行分析和处理。目标三：学生能够在小组内进行合作与交流，共同完成实验任务，分享实验成果和经验。4.社会责任目标一：学生能够关注发酵工程等生物技术在社会发展中的应用和影响，理解生物技术的双刃剑效应。目标二：学生能够积极参与社会议题的讨论，如转基因食品的安全性、生物技术的伦理问题等，发表自己的见解和看法。目标三：学生能够运用所学的生物技术知识，向公众宣传生物技术的益处和潜在风险，提高公众的生物科学素养。（二）大任务设计在大情境“探索发酵工程的奥秘，助力现代生活与可持续发展”下，我们设计了以下五个大任务，每个大任务对应一节教学内容，旨在通过实践活动和探究学习，达成上述教学目标。1.任务一：微生物世界的探索——微生物纯培养物的获得情境描述：学生将进入一个模拟的微生物实验室，通过显微镜观察不同种类的微生物，了解它们的形态、结构和功能。学生将学习微生物分离与纯化的基本原理和方法，包括稀释涂布平板法、平板划线法等。活动设计：实验活动：学生分组进行微生物分离与纯化的实验操作，包括培养基的配制、灭菌、接种和培养等步骤。讨论与交流：学生观察实验结果，讨论微生物分离与纯化的关键步骤和注意事项，分析实验中出现的问题和可能的原因。归纳总结：学生总结微生物纯培养物获得的重要性和基本操作步骤，形成对微生物世界的初步认识。教学目标达成：生命观念：学生理解微生物的基本结构和功能，认识到微生物在发酵工程中的重要作用。科学思维：学生通过实验操作，运用归纳与概括的方法，提炼出微生物分离与纯化的基本步骤和原理。科学探究：学生学会使用实验仪器和工具进行微生物分离与纯化的操作，培养科学探究的能力。社会责任：学生了解微生物在自然界和人类社会中的作用，认识到保护微生物资源的重要性。2.任务二：微生物的选择与培育——微生物纯培养物的选择情境描述：学生将了解不同微生物在发酵工程中的应用价值，学习微生物选择的原则和方法。学生将模拟企业研发部门，根据发酵产物的需要选择适宜的微生物种类和菌株。活动设计：案例分析：学生分析具体的发酵工程案例（如青霉素的生产），理解微生物选择在发酵工程中的重要性。实验操作：学生分组进行微生物筛选技术的实验操作，如利用选择培养基进行筛选、利用特定的代谢产物进行筛选等。讨论与交流：学生讨论微生物筛选技术的优缺点和适用范围，分享实验成果和经验。教学目标达成：生命观念：学生深入理解发酵工程的基本原理，认识到微生物选择在发酵工程中的关键作用。科学思维：学生通过案例分析，运用模型与建模的方法，构建微生物筛选的模型，预测和解释筛选过程中的现象。科学探究：学生学会使用实验仪器和工具进行微生物筛选的操作，培养科学探究的能力。社会责任：学生了解微生物筛选技术在工业生产中的应用，认识到生物技术在现代生活中的重要性。3.任务三：传统发酵的魅力——传统发酵技术的探索情境描述：学生将走进传统发酵的世界，了解传统发酵食品（如泡菜、酱油等）的制作过程。学生将学习传统发酵技术的原理和特点，比较传统发酵与现代发酵技术的异同。活动设计：实验操作：学生分组进行传统发酵技术的实验操作，如泡菜的制作、酱油的发酵等。讨论与交流：学生观察实验结果，讨论传统发酵技术的优点和局限性，分析传统发酵技术在现代社会中的应用前景。归纳总结：学生总结传统发酵技术的原理和特点，形成对传统发酵技术的全面认识。教学目标达成：生命观念：学生理解传统发酵技术的原理和特点，认识到传统发酵在现代生活中的重要价值。科学思维：学生通过实验操作，运用批判性思维审视传统发酵技术中的问题和争议，形成自己的见解和判断。科学探究：学生学会使用实验仪器和工具进行传统发酵技术的操作，培养科学探究的能力。社会责任：学生了解传统发酵技术在现代社会中的应用前景，认识到保护和传承传统发酵技术的重要性。4.任务四：发酵工程的奥秘——发酵工程的过程与原理探究情境描述：学生将深入了解发酵工程的基本过程和原理，学习微生物的扩大培养、发酵条件的优化与控制、发酵产物的分离与纯化等步骤。学生将模拟企业研发团队，进行发酵工程的设计与优化。活动设计：案例分析：学生分析具体的发酵工程案例（如谷氨酸的生产），理解发酵工程的基本过程和原理。实验操作：学生分组进行发酵工程的设计与优化实验，如调整发酵条件、改进分离纯化方法等。讨论与交流：学生讨论发酵工程在实际应用中的问题和挑战，分享实验成果和经验。归纳总结：学生总结发酵工程的基本过程和原理，形成对发酵工程的全面认识。教学目标达成：生命观念：学生深入理解发酵工程的基本原理和过程，认识到发酵工程在生命系统中的相互作用和平衡。科学思维：学生通过案例分析，运用归纳与概括的方法，提炼出发酵工程的一般性规律和原理。科学探究：学生学会使用实验仪器和工具进行发酵工程的设计与优化实验，培养科学探究的能力。社会责任：学生了解发酵工程在医药、环保等工业领域的应用，认识到生物技术在可持续发展中的重要性。5.任务五：发酵工程的应用与未来——助力现代生活与可持续发展情境描述：学生将了解发酵工程在各个领域的应用实例，如食品工业、酿造工业、医药工业、环保工业等。学生将模拟企业市场推广部门，制定发酵工程产品的市场推广策略。活动设计：实验操作：学生分组进行发酵工程应用的实验操作，如利用酵母菌发酵制作面包等。案例分析：学生分析发酵工程在不同领域的应用实例，理解发酵工程在现代生活中的重要价值。讨论与交流：学生讨论发酵工程产品的市场推广策略，分享对发酵工程未来发展趋势的看法。归纳总结：学生总结发酵工程的应用实例和未来发展趋势，形成对发酵工程在现代生活和可持续发展中作用的全面认识。教学目标达成：生命观念：学生深入理解发酵工程在现代生活中的应用价值，认识到发酵工程在促进人类健康、改善环境等方面的重要作用。科学思维：学生通过案例分析，运用模型与建模的方法，构建发酵工程应用的模型，预测和解释发酵工程在不同领域中的应用效果。科学探究：学生学会使用实验仪器和工具进行发酵工程应用的实验操作，培养科学探究的能力。社会责任：学生了解发酵工程产品的市场推广策略，认识到生物技术在现代生活中的重要性和应用前景，积极参与社会议题的讨论，提高公众的生物科学素养。三、大任务实施策略为了确保大任务的顺利实施，我们将采取以下策略：情境模拟与角色扮演：通过模拟真实的实验室、企业和市场推广部门等情境，让学生身临其境地参与实践活动和探究任务，增强学习的趣味性和实效性。小组合作学习：将学生分成若干小组，每组负责一个大任务中的一个或多个子任务，通过小组合作与交流，共同完成实验任务，分享实验成果和经验。案例分析与讨论：选取具有代表性的发酵工程案例，引导学生进行深入分析和讨论，理解发酵工程的基本原理、过程与应用，培养学生的科学思维和批判性思维。实验操作与探究：提供必要的实验条件和指导，让学生亲自动手进行实验操作，观察实验现象，收集和分析数据，培养科学探究的能力。归纳总结与反思：在每个大任务完成后，组织学生进行归纳总结和反思，提炼出一般性的规律和原理，形成对发酵工程的全面认识和理解。通过以上大情境和大任务的设计与实施，学生将全面掌握发酵工程的基本原理、过程与应用，同时培养生物学学科核心素养，为未来的学习和工作打下坚实的基础。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：发酵工程课时设计：第1课时：微生物纯培养物的获得第2课时：微生物纯培养物的选择第3课时：传统发酵技术第4课时：发酵工程的过程与原理第5课时：发酵工程的应用（二）学习目标教学目标设定：本单元的教学目标旨在通过一系列精心设计的教学活动，引导学生深入理解发酵工程的基本原理、过程与应用，同时全面培养学生的生物学学科核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。具体学习目标：（一）生命观念理解微生物的基本结构和功能：学生能够描述微生物（如细菌、酵母菌等）的基本结构和功能，理解微生物在发酵工程中的重要作用。认识发酵工程的基本原理：学生能够理解发酵工程的基本原理，包括微生物的纯培养、代谢调控、产物分离纯化等过程。形成生命系统的稳态与平衡观：通过发酵工程的学习，学生能够认识到生命系统的稳态与平衡在发酵过程中的重要性，理解微生物与环境之间的相互作用。（二）科学思维运用归纳与概括的方法：学生能够运用归纳与概括的方法，从具体的发酵工程实例中提炼出一般性的规律和原理。运用模型与建模的方法：学生能够运用模型与建模的方法，构建发酵工程的模型，通过模拟实验来预测和解释发酵过程中的现象。运用批判性思维审视问题：学生能够运用批判性思维审视发酵工程中的问题和争议，形成自己的见解和判断。（三）科学探究提出并探究问题：学生能够针对发酵工程中的实际问题提出假设，并设计实验方案进行探究。收集并分析数据：学生能够熟练地使用实验仪器和工具收集数据，并运用统计方法对数据进行分析和处理。交流与合作：学生能够在小组内进行合作与交流，共同完成实验任务，分享实验成果和经验。（四）社会责任关注生物技术与社会的关系：学生能够关注发酵工程等生物技术在社会发展中的应用和影响，理解生物技术的双刃剑效应。参与社会议题的讨论：学生能够积极参与社会议题的讨论，如转基因食品的安全性、生物技术的伦理问题等，发表自己的见解和看法。宣传生物技术知识：学生能够运用所学的生物技术知识，向公众宣传生物技术的益处和潜在风险，提高公众的生物科学素养。（三）评价任务生命观念评价：任务1：观察并描述不同微生物（如细菌、酵母菌）的基本结构，解释其在发酵工程中的作用。任务2：阐述发酵工程的基本原理，包括微生物的纯培养、代谢调控、产物分离纯化等过程，并举例说明。任务3：分析发酵过程中微生物与环境之间的相互作用，讨论生命系统的稳态与平衡在发酵过程中的重要性。科学思维评价：任务1：从给定的发酵工程实例中，归纳并概括出发酵过程的一般性规律和原理。任务2：构建发酵工程的模型，通过模拟实验预测和解释发酵过程中的现象，并撰写实验报告。任务3：针对发酵工程中的某个争议问题（如转基因食品的安全性），运用批判性思维进行分析，并形成自己的见解和判断。科学探究评价：任务1：针对发酵工程中的实际问题（如提高发酵产物的产量），提出假设并设计实验方案进行探究。任务2：熟练使用实验仪器和工具收集数据，并运用统计方法对数据进行分析和处理，撰写实验报告。任务3：在小组内进行合作与交流，共同完成实验任务，分享实验成果和经验，并进行小组互评。社会责任评价：任务1：关注发酵工程等生物技术在社会发展中的应用和影响，撰写一篇关于生物技术双刃剑效应的小论文。任务2：参与社会议题的讨论（如生物技术的伦理问题），发表自己的见解和看法，并进行班级展示。任务3：运用所学的生物技术知识，向公众（如家人、朋友）宣传生物技术的益处和潜在风险，并撰写宣传记录。（四）学习过程第1课时：微生物纯培养物的获得导入新课：通过展示发酵食品（如酸奶、面包等）的图片或实物，引导学生思考这些食品是如何通过发酵过程制得的，从而引入发酵工程的概念。讲授新知：微生物的分离与纯化：介绍微生物分离与纯化的基本原理和方法，包括稀释涂布平板法、平板划线法等，并演示操作过程。培养基的配制与灭菌：讲解培养基的组成和配制方法，以及灭菌的原理和操作步骤，并指导学生进行培养基的配制和灭菌实验。接种与培养：演示接种技术，介绍微生物培养的条件和方法，并指导学生进行接种和培养实验。纯培养物的鉴定：介绍纯培养物鉴定的方法，如形态观察、生理生化测试等，并指导学生进行纯培养物的鉴定实验。实验操作：组织学生分组进行微生物分离与纯化的实验操作，包括培养基的配制、灭菌、接种和培养等步骤。讨论与交流：引导学生对实验结果进行讨论和交流，分析实验中出现的问题和可能的原因。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调微生物纯培养物获得的重要性和基本操作步骤。第2课时：微生物纯培养物的选择复习旧知：回顾上一节课学习的微生物分离与纯化的基本方法和步骤。讲授新知：微生物的选择原则：介绍微生物选择的原则和方法，包括根据发酵产物的需要选择适宜的微生物种类、根据发酵条件选择适宜的微生物菌株等。微生物的筛选技术：讲解微生物筛选的基本原理和方法，如利用选择培养基进行筛选、利用特定的代谢产物进行筛选等，并通过案例分析（如青霉素的生产）来加深理解。案例分析：分析具体的发酵工程案例（如青霉素的生产），引导学生理解微生物选择在发酵工程中的重要性。讨论与交流：组织学生讨论微生物筛选技术的优缺点和适用范围。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调微生物纯培养物选择的重要性和基本方法。第3课时：传统发酵技术导入新课：通过介绍传统发酵食品（如泡菜、酱油等）的制作过程，引导学生思考传统发酵技术的原理和特点。讲授新知：传统发酵技术的原理：介绍传统发酵技术的基本原理和过程，包括微生物的代谢调控、产物的生成和积累等。传统发酵技术的特点：分析传统发酵技术的优点和局限性，如操作简单、成本低廉但产量较低、产品质量不稳定等。实验操作：组织学生分组进行传统发酵技术的实验操作，如泡菜的制作、酱油的发酵等。讨论与交流：引导学生对实验结果进行讨论和交流，分析传统发酵技术在实际应用中的问题和改进方向。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调传统发酵技术在食品工业中的重要性和应用前景。第4课时：发酵工程的过程与原理复习旧知：回顾前几节课学习的微生物纯培养物的获得和选择、传统发酵技术的原理和特点。讲授新知：发酵工程的过程：介绍发酵工程的基本过程和步骤，包括微生物的扩大培养、发酵条件的优化与控制、发酵产物的分离与纯化等。发酵工程的原理：讲解发酵工程的原理和方法，如代谢工程、基因工程在发酵工程中的应用等，并通过案例分析（如谷氨酸的生产）来加深理解。案例分析：分析具体的发酵工程案例（如谷氨酸的生产），引导学生理解发酵工程的过程和原理。讨论与交流：组织学生讨论发酵工程在实际应用中的问题和挑战，以及未来的发展方向。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调发酵工程在医药、环保等工业领域的重要性和应用前景。第5课时：发酵工程的应用导入新课：通过介绍发酵工程在各个领域的应用实例，引导学生思考发酵工程在现代工业中的重要性。讲授新知：发酵工程在食品工业中的应用：介绍发酵工程在食品工业中的应用实例和原理，如酸奶、面包等发酵食品的生产。发酵工程在酿造工业中的应用：讲解发酵工程在酿造工业中的应用实例和原理，如啤酒、葡萄酒等酿造产品的生产。发酵工程在医药工业中的应用：介绍发酵工程在医药工业中的应用实例和原理，如抗生素、维生素等药品的生产。发酵工程在环保工业中的应用：讲解发酵工程在环保工业中的应用实例和原理，如生物降解、生物修复等技术的应用。实验操作：组织学生分组进行发酵工程应用的实验操作，如利用酵母菌发酵制作面包等。讨论与交流：引导学生对实验结果进行讨论和交流，分析发酵工程在不同领域中的应用效果和挑战。归纳总结：总结本节课的学习内容，强调发酵工程在现代工业中的广泛应用和重要性。引导学生思考发酵工程在未来的发展趋势和应用前景，并布置课后作业：查阅相关资料，了解发酵工程在其他领域（如农业、能源等）的应用实例和原理，并撰写一篇小论文或报告进行分享和交流。（五）作业与检测作业设计：作业1：观察并记录不同微生物（如细菌、酵母菌）在培养基上的生长情况，绘制生长曲线，并解释其生长规律。作业2：设计一个实验方案，探究不同发酵条件（如温度、pH值、通气量等）对微生物生长和发酵产物产量的影响。作业3：撰写一篇小论文，分析发酵工程在食品工业中的应用现状和发展趋势，并提出自己的见解和建议。作业4：参与社会议题的讨论（如转基因食品的安全性），撰写一篇短文，表达自己的观点和看法。作业5：向家人或朋友宣传生物技术的益处和潜在风险，并撰写宣传记录，包括宣传对象、宣传内容、宣传效果等。检测设计：检测1：课堂小测验，检查学生对微生物基本结构和功能的理解，以及对发酵工程基本原理的掌握情况。检测2：实验操作考核，评估学生在微生物分离与纯化、接种与培养、纯培养物鉴定等实验操作中的表现。检测3：小组项目展示，评价学生在小组合作与交流、实验设计与实施、数据分析与处理等方面的能力。检测4：小论文或报告评审，评估学生对发酵工程在食品工业中的应用现状和发展趋势的理解，以及论文或报告的撰写质量。检测5：社会议题讨论表现评价，评估学生在参与社会议题讨论中的观点表达、逻辑思维和团队合作能力等。（六）学后反思学生反思：引导学生对本单元的学习内容进行反思，总结自己在生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面的收获和进步。鼓励学生撰写学习心得或反思日记，记录自己在学习过程中的体验和感悟，以及遇到的困难和挑战。组织学生进行小组交流，分享彼此的学习经验和反思成果，相互借鉴和学习。教师反思：教师应对本单元的教学过程进行全面反思，总结教学目标的实现情况、教学方法的运用效果、学生学习情况的反馈等。分析在教学过程中存在的问题和不足，提出改进措施和建议，为今后的教学提供参考和借鉴。教师应关注学生的个体差异和学习需求，调整教学策略和方法，以满足不同学生的学习需求和发展水平。教师还应加强与同行的交流和合作，共同探讨教学方法和策略，提高教学效果和质量。通过以上单元学历案的设计和实施，旨在全面培养学生的生物学学科核心素养，提高学生的综合素质和能力水平，为学生的未来发展奠定坚实的基础。十三、学科实践与跨学科学习设计一、引言《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》强调生物学课程的实践性和跨学科性，要求通过学科实践和跨学科学习，培养学生的生物学学科核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。针对2019版北师大版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中《第1章发酵工程》的教学内容，本设计旨在通过一系列实践活动和跨学科学习，帮助学生深入理解发酵工程的基本原理、过程与应用，同时培养其生物学学科核心素养。二、教学目标设定（一）生命观念理解微生物的基本结构和功能：学生能够描述微生物（如细菌、酵母菌等）的基本结构和功能，理解微生物在发酵工程中的重要作用。认识发酵工程的基本原理：