2019版 沪科教版 高中生物学 选择性必修3 生物技术与工程《第一章 发酵工程利用微生物进行规模化生产》大单元整体教学设计2020课标

版沪科教版高中生物学选择性必修3生物技术与工程《第一章发酵工程利用微生物进行规模化生产》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版沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》的第一章《发酵工程利用微生物进行规模化生产》。这一章节详细阐述了发酵工程的基本原理、技术流程及其在人类生活中的应用，内容涵盖了从微生物的获取、培养、分离纯化到发酵生产等多个环节。具体教学内容分为以下几个部分：无菌技术和制备培养基是培养微生物的基础：防止杂菌污染的技术：介绍了灭菌和消毒的概念、方法及其在微生物研究、医疗操作和食品生产等领域的应用。配制适合微生物生长繁殖的营养基质：讲解了培养基的配制原则、步骤及其在微生物培养中的重要性。获取纯净的微生物培养物：从微生物群体中分离出目标微生物：介绍了稀释涂布平板法和平板划线法等微生物分离纯化技术。培养特定微生物群体：阐述了微生物纯培养的方法和步骤，以及如何观察和记录微生物的生长情况。测定微生物的数量：间接计数法：重点介绍了稀释涂布平板计数法及其在微生物数量测定中的应用。直接计数法：简述了显微镜直接计数法的基本原理和操作步骤。发酵工程为人类提供多样的生物产品：运用传统发酵技术生产食品：以果酒和果醋的酿制为例，介绍了传统发酵技术的应用。利用发酵技术工业化生产产品：探讨了发酵工程在食品工业、医药工业、环境保护等领域的工业化应用。通过本单元的学习，学生将深入了解发酵工程的基本原理和技术流程，掌握微生物的获取、培养、分离纯化和数量测定等方法，认识发酵工程在人类生活中的应用价值，进而培养学生的生物科学素养和实验操作能力。（二）单元内容分析本单元内容以发酵工程为核心，围绕微生物的获取、培养、分离纯化和数量测定等关键环节展开，旨在通过理论讲授和实验操作相结合的方式，使学生全面掌握发酵工程的基本原理和技术流程。单元内容具有以下几个特点：系统性和完整性：本单元内容涵盖了发酵工程的各个环节，从微生物的获取到发酵产品的生产，形成了一个完整的知识体系。实践性和操作性：本单元内容注重实践操作，通过大量的实验活动，使学生亲身体验发酵工程的技术流程，培养学生的实验操作能力和问题解决能力。应用性和拓展性：本单元内容不仅介绍了发酵工程的基本原理和技术流程，还探讨了其在食品工业、医药工业、环境保护等领域的应用，具有广泛的应用性和拓展性。科学性和前沿性：本单元内容紧跟科学前沿，介绍了发酵工程领域的最新研究成果和技术进展，使学生了解发酵工程的最新动态和发展趋势。（三）单元内容整合为了使学生能够系统地掌握发酵工程的基本原理和技术流程，本单元内容在整合上注重知识的连贯性和逻辑性。具体整合思路如下：以微生物为核心：本单元内容以微生物为核心，围绕微生物的获取、培养、分离纯化和数量测定等关键环节展开，形成一个完整的知识体系。以实验为主线：本单元内容注重实践操作，通过大量的实验活动，使学生亲身体验发酵工程的技术流程。在整合过程中，将理论知识与实验操作相结合，使学生在实践中加深对理论知识的理解。以应用为导向：本单元内容不仅介绍了发酵工程的基本原理和技术流程，还探讨了其在食品工业、医药工业、环境保护等领域的应用。在整合过程中，注重将理论知识与实际应用相结合，使学生了解发酵工程的应用价值和发展前景。以科学前沿为引领：本单元内容紧跟科学前沿，介绍了发酵工程领域的最新研究成果和技术进展。在整合过程中，注重将科学前沿知识融入教学内容中，使学生了解发酵工程的最新动态和发展趋势。通过以上整合思路，本单元内容形成了一个系统、完整、实践性强、应用广泛且紧跟科学前沿的知识体系，为学生全面掌握发酵工程的基本原理和技术流程提供了有力保障。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（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，是经过实证后的想法或观点，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。在本单元的教学中，生命观念主要体现在以下几个方面：生态系统观念：通过介绍生态系统中的生物与环境之间的相互关系，使学生认识到生态系统是一个复杂而有序的整体，其中的生物与环境之间存在着密切的互动关系。这种观念有助于学生理解生物在生态系统中的地位和作用，以及生物与环境之间的相互依赖关系。微生物观念：通过介绍微生物的基本特性和在生态系统中的作用，使学生认识到微生物虽然微小，但在生态系统中却扮演着重要的角色。这种观念有助于学生理解微生物的多样性和复杂性，以及它们在自然界中的重要地位。稳态观念：通过介绍生态系统通过自我调节形成稳态的原理，使学生认识到生态系统具有一定的自我调节能力，能够保持其结构和功能的相对稳定。这种观念有助于学生理解生态系统的稳定性和韧性，以及人类活动对生态系统稳定性的影响。（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。在本单元的教学中，科学思维主要体现在以下几个方面：批判性思维：鼓励学生通过实验观察和数据分析，对微生物的生长特性和发酵过程提出质疑和假设，并通过进一步的实验验证来验证或推翻这些假设。这种思维方式有助于培养学生的批判性思维和独立思考能力。逻辑推理能力：引导学生运用逻辑推理的方法，分析微生物的生长条件和发酵过程的影响因素，推导出合理的结论。这种思维方式有助于培养学生的逻辑推理能力和问题解决能力。创造性思维：鼓励学生尝试新的实验方法和技术手段，探索微生物的未知领域和发酵工程的新应用。这种思维方式有助于培养学生的创造性思维和创新能力。（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。在本单元的教学中，科学探究主要体现在以下几个方面：实验设计能力：引导学生根据实验目的和原理，设计合理的实验方案和操作步骤。这种能力有助于培养学生的实验设计能力和创新思维。实验操作能力：通过实验活动，使学生掌握微生物的获取、培养、分离纯化和数量测定等基本操作技能。这种能力有助于培养学生的实验操作能力和实践能力。数据分析与处理能力：引导学生对实验数据进行收集、整理和分析，得出合理的结论。这种能力有助于培养学生的数据分析和处理能力以及科学探究能力。交流与合作能力：鼓励学生通过实验小组的形式进行合作与交流，共同解决实验过程中遇到的问题。这种能力有助于培养学生的团队合作精神和沟通能力。（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。在本单元的教学中，社会责任主要体现在以下几个方面：环保意识：通过介绍发酵工程在环境保护中的应用，使学生认识到生物技术在解决环境问题中的重要作用，从而培养学生的环保意识和可持续发展观念。健康意识：通过介绍发酵工程在食品工业中的应用，使学生认识到微生物在食品发酵过程中的重要作用，从而培养学生的健康意识和食品安全意识。社会责任感：鼓励学生将所学知识应用于实际生活中，为解决生产生活问题贡献自己的力量。这种责任感有助于培养学生的社会责任感和公民意识。本单元的教学设计紧密围绕《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中的生物学学科核心素养展开，通过理论讲授和实验操作相结合的方式，使学生全面掌握发酵工程的基本原理和技术流程，培养学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等核心素养。学情分析在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，针对沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》第一章《发酵工程利用微生物进行规模化生产》的教学内容，进行学情分析。本章内容旨在让学生了解微生物在发酵工程中的应用，掌握无菌技术、培养基制备、微生物分离纯化以及微生物数量测定的基本方法，进而理解发酵工程在食品、医药、环保等领域的重要性。以下是对学生学情的详细分析。（一）已知内容分析微生物基础知识学生在必修课程中已经学习了微生物的基本概念、分类以及微生物在自然界中的作用，对微生物有了初步的认识。学生了解微生物在物质循环和能量流动中的重要作用，以及微生物与人类生活的密切关系。实验技能基础学生具备基本的实验操作技能，如使用显微镜观察、测量、记录数据等。在之前的生物实验中，学生已经接触过无菌操作的基本概念，如洗手、消毒、使用无菌器材等。生物学基本观念学生已经形成了生命观念，能够理解生物体结构与功能相适应的原理，以及生物体与外界环境相互作用的机制。学生具备科学思维，能够运用归纳与概括、演绎与推理等方法分析生物现象和问题。（二）新知内容分析无菌技术和培养基制备学生需要深入了解无菌技术的重要性，掌握高压蒸汽灭菌、干热灭菌、紫外线灭菌等常用灭菌方法。学生需要学习如何根据微生物的营养需求配制适合其生长繁殖的培养基，包括固体培养基和液体培养基的制备。微生物分离纯化技术学生需要学习平板划线法、稀释涂布平板法等微生物分离纯化技术，理解这些技术在微生物学研究中的应用。学生需要掌握微生物纯培养的基本方法，包括接种、培养、观察记录等步骤。微生物数量测定方法学生需要了解微生物数量测定的间接计数法（如稀释涂布平板法）和直接计数法（如显微镜直接计数法），理解这两种方法的原理和应用场景。学生需要学会如何运用这些方法准确测定微生物的数量，并分析测定结果。发酵工程及其应用学生需要了解发酵工程的基本原理和流程，包括菌种选育、发酵过程和产品提炼等阶段。学生需要了解发酵工程在食品、医药、环保等领域的应用实例，理解发酵工程对人类生活和社会发展的重要意义。（三）学生学习能力分析观察能力学生具备较强的观察能力，能够仔细观察微生物的生长繁殖过程，记录实验现象和数据。学生能够通过显微镜观察微生物的形态结构，理解微生物的分类和鉴定方法。实验操作能力学生具备较强的实验操作能力，能够独立完成微生物培养、分离纯化、数量测定等实验步骤。学生能够熟练使用实验室常用器材和设备，如显微镜、高压蒸汽灭菌锅、恒温培养箱等。思维能力学生具备较强的思维能力，能够运用所学知识分析和解决生物学问题。学生能够运用科学思维方法，如归纳与概括、演绎与推理等，分析微生物实验现象和数据，得出科学结论。团队合作能力学生具备较强的团队合作能力，能够在小组实验中分工合作，共同完成实验任务。学生能够与同学和老师进行有效沟通，分享实验经验和成果。（四）学习障碍突破策略加强理论知识学习针对学生对无菌技术和培养基制备等理论知识掌握不牢固的问题，教师可以通过讲解、演示、讨论等多种方式加强理论知识的学习。教师可以提供详细的学习资料和案例，帮助学生深入理解无菌技术和培养基制备的原理和方法。提高实验操作技能针对学生在实验操作技能方面存在的问题，教师可以通过示范、指导、练习等多种方式提高学生的实验操作技能。教师可以设置不同难度的实验任务，让学生在实践中逐步提高实验操作技能。培养科学思维方法针对学生在科学思维方法方面存在的问题，教师可以通过引导、启发、讨论等多种方式培养学生的科学思维方法。教师可以设置具有探究性的问题或任务，让学生运用科学思维方法进行分析和解决。加强团队合作与沟通针对学生在团队合作与沟通方面存在的问题，教师可以通过组织小组实验、讨论、汇报等多种方式加强团队合作与沟通能力的培养。教师可以设置明确的团队目标和任务分工，让学生在合作中学会沟通、协调和分享。利用信息技术辅助教学教师可以利用信息技术手段辅助教学，如制作多媒体课件、视频教程、在线测试等，提高学生的学习兴趣和效率。教师可以利用网络平台与学生进行互动交流，及时解答学生的疑问和反馈。开展课外实践活动教师可以组织学生参加课外实践活动，如参观发酵工厂、环保项目等，让学生亲身体验发酵工程在实际生活中的应用。通过课外实践活动，学生可以加深对发酵工程的理解和认识，提高学习兴趣和积极性。实施分层教学针对学生在学习能力方面存在的差异，教师可以实施分层教学策略，针对不同层次的学生设置不同的教学目标和任务。通过分层教学，教师可以满足不同学生的学习需求，提高教学效果和质量。针对沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》第一章《发酵工程利用微生物进行规模化生产》的教学内容，教师需要全面了解学生的学情，包括已知内容、新知内容、学习能力以及学习障碍等方面。通过加强理论知识学习、提高实验操作技能、培养科学思维方法、加强团队合作与沟通、利用信息技术辅助教学、开展课外实践活动以及实施分层教学等策略，教师可以帮助学生克服学习障碍，提高学习效果和质量。四、大主题或大概念设计本单元的大主题设计为“探索发酵奥秘：掌握无菌技术，培养微生物，并应用于发酵工程”。围绕这一主题，学生将通过一系列实践活动，深入了解发酵工程的基本原理、技术操作及其在工业生产和日常生活中的应用。本单元旨在培养学生综合运用生物学知识解决实际问题的能力，同时强化学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等核心素养。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的生长繁殖规律，认识到微生物在发酵工程中的重要作用，形成对生命多样性和适应性的深刻认识。（二）科学思维：学生能够运用归纳与概括、演绎与推理等科学思维方法，分析发酵过程中微生物的生长特性，预测并解释发酵结果。（三）科学探究：学生能够设计并实施发酵实验，观察并记录微生物的生长和发酵过程，通过数据分析得出结论，提高科学探究能力。（四）社会责任：学生能够认识到发酵工程在食品、医药、环保等领域的重要应用，树立利用生物技术造福人类的观念，积极参与社会实践，关注生物技术产品的安全性和伦理问题。具体目标叙写：理解无菌技术的重要性：学生能够理解无菌技术在微生物培养和发酵工程中的关键作用，掌握无菌操作的基本技能。掌握培养基的配制方法：学生能够根据微生物的生长需求，选择合适的营养物质，配制适合微生物生长繁殖的营养基质。学会从微生物群体中分离目标微生物：学生能够运用平板划线法等微生物学常规技术，从复杂的微生物群体中分离出目标微生物。培养特定微生物群体：学生能够设置适宜的培养条件，培养特定微生物群体，观察并记录其生长特性。掌握微生物数量的测定方法：学生能够运用稀释涂布平板法等间接计数法，以及显微镜直接计数法等直接计数法，准确测定微生物的数量。运用传统发酵技术生产食品：学生能够了解传统发酵技术的基本原理，运用酵母菌等微生物酿制果酒、果醋等发酵食品。了解发酵工程的工业化生产流程：学生能够了解发酵工程的工业化生产流程，包括菌种选育、发酵过程和产品提炼等阶段。关注生物技术产品的安全性和伦理问题：学生能够认识到生物技术产品的安全性和伦理问题，树立正确的生物伦理观念。六、大单元教学重点无菌技术的掌握与应用：无菌技术是微生物培养和发酵工程的基础，学生必须掌握无菌操作的基本技能，包括实验器材的灭菌、无菌环境的营造以及无菌操作规范等。培养基的配制与调整：培养基的配制是影响微生物生长繁殖的关键因素之一，学生需要根据微生物的生长需求，选择合适的营养物质，并调整培养基的pH值、渗透压等参数，以创造最适宜微生物生长的环境。微生物的分离与培养：微生物的分离与培养是发酵工程的重要环节，学生需要运用平板划线法等微生物学常规技术，从复杂的微生物群体中分离出目标微生物，并设置适宜的培养条件进行培养。微生物数量的测定与分析：微生物数量的测定是评价发酵效果的重要指标之一，学生需要掌握稀释涂布平板法等间接计数法以及显微镜直接计数法等直接计数法，准确测定微生物的数量，并通过数据分析得出结论。发酵工程的应用与拓展：发酵工程在食品、医药、环保等领域有着广泛的应用前景，学生需要了解发酵工程的基本原理和技术流程，并能够运用所学知识解决实际问题或进行拓展研究。七、大单元教学难点无菌技术的严格操作：无菌技术需要极高的操作精度和严谨的实验态度，学生在实际操作中往往容易出现失误导致实验失败。如何确保无菌操作的严格性和规范性成为本单元的教学难点之一。培养基配制的复杂性：培养基的配制需要考虑多种因素如微生物的种类、生长需求、培养条件等，学生需要根据实际情况进行调整和优化。由于微生物生长需求的多样性和复杂性，学生往往难以准确配制出最适宜的培养基。微生物分离与培养的复杂性：微生物群体中存在大量的不同种类和生长特性的微生物，如何从复杂的微生物群体中分离出目标微生物并进行有效培养成为本单元的教学难点之一。学生需要运用多种微生物学常规技术并结合实际情况进行灵活操作。微生物数量测定的准确性：微生物数量的测定需要高精度的实验设备和严谨的实验操作规范，学生在实际操作中往往容易出现误差导致测定结果不准确。如何提高微生物数量测定的准确性成为本单元的教学难点之一。发酵工程原理的理解与应用：发酵工程涉及多个学科领域的知识和技术流程，学生需要综合运用所学知识进行理解和应用。由于发酵工程原理的复杂性和多样性，学生往往难以全面理解和掌握其基本原理和技术流程。如何帮助学生深入理解发酵工程原理并应用于实际生产和生活中成为本单元的教学难点之一。针对以上教学难点的解决措施：加强无菌技术的训练与指导：通过反复练习和模拟实验等方式加强学生的无菌技术训练，同时提供详细的操作指导和规范说明帮助学生掌握无菌技术的关键步骤和注意事项。优化培养基的配制方案：根据学生的实际情况和实验需求提供多种培养基的配制方案，并引导学生进行实验尝试和优化调整。通过实验数据和结果分析帮助学生理解培养基配制的重要性和复杂性。运用多种微生物学常规技术：结合学生的实际情况和实验需求引导学生运用多种微生物学常规技术进行微生物的分离与培养。通过实验演示和案例分析等方式帮助学生掌握各种技术的操作要点和注意事项。提高微生物数量测定的准确性：提供高精度的实验设备和严谨的实验操作规范帮助学生提高微生物数量测定的准确性。通过实验数据和结果分析帮助学生理解测定结果的重要性和影响因素。综合运用所学知识进行理解和应用：通过跨学科整合和案例分析等方式帮助学生综合运用所学知识进行理解和应用。通过实践活动和项目式学习等方式引导学生将所学知识应用于实际生产和生活中解决实际问题。八、大单元整体教学思路在高中生物学教学中，大单元整体教学思路的设定对于引导学生深入理解生物学核心概念，培养生物学学科核心素养具有重要意义。本单元以《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》为指导，结合2019版沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中的《第一章发酵工程利用微生物进行规模化生产》的教学内容，旨在通过一系列教学活动，帮助学生构建完整的生物学知识体系，同时提升他们的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等核心素养。以下是大单元整体教学思路的详细阐述。一、教学目标设定（一）生命观念建立微生物与生态系统关系的生命观念学生能够理解微生物在地球物质循环和能量流动中的重要作用，认识到微生物是生态系统不可或缺的一部分。通过学习微生物的多样性及其在不同环境中的分布，学生能够形成对微生物生态系统的整体认识，理解微生物与动植物、环境之间的相互作用。形成发酵工程原理的生命观念学生能够阐明发酵工程中微生物的特定功能，理解微生物如何通过代谢活动产生对人类有用的产品。通过实验活动，学生能够直观感受到微生物在发酵过程中的作用，进而形成对发酵工程原理的深刻认识。树立食品安全与微生物控制的生命观念学生能够理解微生物在食品生产中的双刃剑作用，既能够利用微生物发酵生产食品，又需要防止微生物污染导致食品安全问题。通过学习食品生产中的灭菌和消毒技术，学生能够形成对食品安全控制重要性的认识，树立保障食品安全的生命观念。（二）科学思维培养基于证据的科学思维学生能够通过实验观察和数据分析，运用归纳与概括、演绎与推理等科学方法，探讨微生物的生长繁殖规律。在实验过程中，学生需要记录实验数据，分析实验结果，形成基于证据的科学结论。发展批判性科学思维学生能够对实验方案进行批判性思考，提出改进意见，优化实验设计。在学习过程中，学生需要不断质疑、反思和验证所学知识，形成批判性科学思维。提升模型与建模能力学生能够通过构建微生物生长模型、发酵过程模型等，深入理解微生物学原理。通过模型与建模活动，学生能够将抽象的生物学概念具体化，提升他们的科学思维能力。（三）科学探究掌握科学探究的基本方法学生能够掌握观察、提问、实验设计、方案实施以及结果交流与讨论等科学探究的基本方法。在实验活动中，学生需要独立完成实验设计、实施和结果分析，培养他们的科学探究能力。提升合作探究能力学生能够在小组合作中分工协作，共同完成实验任务，提升他们的团队合作能力和沟通能力。通过小组讨论和交流，学生能够相互启发、共同进步，形成合作探究的良好氛围。增强问题解决能力学生能够将所学知识应用于实际问题解决中，如利用微生物发酵技术生产特定产品、设计食品安全控制方案等。通过问题解决活动，学生能够增强他们的创新能力和实践能力，提升他们的生物学素养。（四）社会责任树立环保意识和社会责任感学生能够理解微生物在环境保护中的重要作用，如利用微生物降解污染物、修复生态环境等。通过学习发酵工程在环保领域的应用案例，学生能够树立环保意识和社会责任感，积极参与环保行动。形成健康生活方式和食品安全意识学生能够理解食品安全与健康生活的密切关系，掌握食品安全控制的基本方法。通过学习食品生产中的灭菌和消毒技术，学生能够形成健康生活方式和食品安全意识，保障自身和家人的健康。参与社会议题讨论和决策学生能够关注生物学相关的社会议题，如转基因食品的安全性、生物技术的伦理问题等。通过参与社会议题讨论和决策活动，学生能够增强他们的社会责任感和公民意识，为社会发展贡献自己的力量。二、教学内容安排第一节无菌技术和制备培养基是培养微生物的基础一、防止杂菌污染的技术教学目标：学生能够阐明无菌技术是获得纯净微生物培养物的前提，掌握高压蒸汽灭菌法、紫外线灭菌法等常用的灭菌方法。教学活动：实验活动：演示高压蒸汽灭菌法的操作步骤，让学生观察灭菌效果。小组讨论：分析不同灭菌方法的优缺点及其适用范围。案例分析：讨论医疗操作、食品生产等领域中的灭菌和消毒案例。二、配制适合微生物生长繁殖的营养基质教学目标：学生能够阐明培养基是微生物生长繁殖的基础，掌握配制培养基的基本方法和操作步骤。教学活动：实验活动：指导学生配制马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基，观察微生物在培养基上的生长情况。小组讨论：分析不同微生物对营养物质的需求差异及其培养条件。案例分析：探讨培养基在微生物学研究和应用中的重要作用。第二节获取纯净的微生物培养物一、从微生物群体中分离出目标微生物教学目标：学生能够概述平板划线法和稀释涂布平板法是实验室进行微生物接种、分离和纯化的常用方法，掌握这些方法的操作步骤和注意事项。教学活动：实验活动：指导学生运用平板划线法和稀释涂布平板法分离纯化目标微生物。小组讨论：分析不同分离纯化方法的优缺点及其适用范围。案例分析：探讨微生物分离纯化技术在医学、农业等领域的应用案例。二、培养特定微生物群体教学目标：学生能够运用分离纯化技术获得纯净的微生物培养物，并掌握微生物培养的基本条件和操作步骤。教学活动：实验活动：指导学生将分离纯化的微生物接种到培养基上，观察其生长繁殖情况。小组讨论：分析不同微生物的生长繁殖规律及其影响因素。案例分析：探讨微生物培养技术在生物制药、食品发酵等领域的应用案例。第三节测定微生物的数量一、间接计数法教学目标：学生能够概述稀释涂布平板法是测定微生物数量的常用方法，掌握其操作步骤和注意事项。教学活动：实验活动：指导学生运用稀释涂布平板法测定土壤样品中的微生物数量。小组讨论：分析不同稀释倍数对微生物计数结果的影响。案例分析：探讨微生物计数技术在环境监测、食品安全等领域的应用案例。二、直接计数法教学目标：学生能够概述显微镜直接计数法是测定微生物数量的另一种常用方法，掌握其操作步骤和注意事项。教学活动：实验活动：指导学生运用显微镜直接计数法测定纯培养液中的微生物数量。小组讨论：比较直接计数法和间接计数法的优缺点及其适用范围。案例分析：探讨显微镜计数技术在微生物学研究中的应用案例。第四节发酵工程为人类提供多样的生物产品一、运用传统发酵技术生产食品教学目标：学生能够举例说出发酵工程利用微生物的特定功能工业化生产人类所需产品的基本原理，掌握果酒、果醋等发酵食品的生产方法。教学活动：实验活动：指导学生运用酵母菌和醋酸菌的特定功能酿制果酒和果醋。小组讨论：分析不同发酵食品的生产原理及其影响因素。案例分析：探讨传统发酵技术在食品工业中的应用案例及其经济效益。二、利用发酵技术工业化生产产品教学目标：学生能够概述发酵工程的流程及其在现代工农业生产、医药以及环境保护等方面的应用，理解发酵工程在促进经济发展和社会进步中的重要作用。教学活动：专题讲座：邀请发酵工程领域的专家为学生讲解发酵工程的最新进展和应用案例。小组讨论：探讨发酵工程在不同领域的应用前景及其面临的挑战。实践活动：组织学生参观发酵工厂或实验室，了解发酵工程的生产过程和质量控制方法。三、教学方法与策略实验探究法通过实验活动，让学生亲自动手操作、观察记录和分析实验结果，培养他们的科学探究能力和实践能力。实验活动应紧密结合教学内容和学生的实际情况，设计具有针对性和层次性的实验方案。小组讨论法通过小组讨论，让学生相互交流、分享经验和解决问题，培养他们的团队合作精神和沟通能力。小组讨论应围绕教学内容和实验活动展开，引导学生深入思考、积极发言和相互评价。案例分析法通过案例分析，让学生将所学知识应用于实际问题解决中，培养他们的问题解决能力和创新思维。案例分析应紧密结合教学内容和社会热点话题，选择具有代表性和启发性的案例进行分析和讨论。专题讲座法通过专题讲座，让学生了解发酵工程领域的最新进展和应用案例，拓宽他们的视野和知识面。专题讲座应邀请发酵工程领域的专家或学者为学生讲解相关知识和技术动态。实践活动法通过实践活动，让学生走出课堂、走进社会和实验室，了解发酵工程的生产过程和质量控制方法。实践活动应与学生的兴趣和专业发展方向相结合，设计具有实践性和创新性的活动方案。四、学业评价过程性评价通过观察学生在实验活动、小组讨论和案例分析中的表现，评价他们的科学探究能力、团队合作精神和问题解决能力。过程性评价应注重学生的参与度和积极性，鼓励他们勇于尝试、敢于创新和实践。结果性评价通过实验报告、小组作业和期末考试等形式，评价学生对生物学核心概念和原理的掌握程度以及他们的生物学素养水平。结果性评价应注重学生的知识掌握情况和能力发展水平，帮助他们发现自身存在的问题和不足并加以改进。表现性评价通过学生的口头报告、实验操作演示和作品展示等形式，评价他们的表达能力和创新思维水平。表现性评价应注重学生的综合素质和创新能力发展，鼓励他们展示自己的特长和才华。五、教学反思与改进教学反思在教学过程中，教师应不断反思自己的教学方法和策略是否有效、是否符合学生的实际情况和需求。教师应通过问卷调查、个别访谈和课堂观察等方式收集学生的反馈意见，了解他们的学习情况和需求。教学改进根据学生的反馈意见和教学效果评估结果，教师应及时调整教学方法和策略、优化教学内容和活动设计。教师应关注学生的个体差异和兴趣爱好，设计具有针对性和个性化的教学方案以满足不同学生的学习需求。通过以上教学思路的实施，学生将能够全面掌握《第一章发酵工程利用微生物进行规模化生产》的教学内容，同时提升他们的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等核心素养。这将为他们未来的学习和生活奠定坚实的基础，也为他们成为具有创新精神和实践能力的生物学人才提供有力的支持。九、学业评价一、学业评价概述学业评价是教学过程中的重要环节，它不仅是检验学生学习成果的手段，更是促进学生全面发展、提升生物学学科核心素养的关键途径。本学业评价设计旨在根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合2019版沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》第一章《发酵工程利用微生物进行规模化生产》的教学内容，全面、系统地评价学生在生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度上的达成情况。二、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结构与功能之间的关系，认识到微生物的特定结构（如细胞壁、细胞膜、细胞质等）对其生长、繁殖和代谢活动的影响。进化与适应观：学生能够理解微生物在自然环境中的进化历程和适应机制，认识到微生物种群通过遗传变异和自然选择不断适应环境，从而在发酵工程中发挥重要作用。稳态与平衡观：学生能够理解微生物在生长过程中的内环境稳态机制，以及微生物与外部环境之间的物质交换和能量流动关系。物质与能量观：学生能够理解微生物在代谢过程中物质和能量的转化过程，认识到微生物如何利用营养物质进行生长和繁殖，并产生对人类有用的代谢产物。（二）科学思维归纳与概括：学生能够通过对微生物培养过程中的实验数据进行归纳和概括，提炼出微生物生长繁殖的一般规律。演绎与推理：学生能够运用所学的生物学原理，对微生物培养过程中的现象进行演绎和推理，预测实验结果并解释实验现象。模型与建模：学生能够建立微生物培养过程的数学模型或概念模型，通过模型来模拟和分析微生物的生长繁殖过程。批判性思维：学生能够批判性地分析实验数据和研究结果，评价实验设计的合理性和科学性，提出改进意见。创造性思维：学生能够运用所学的生物学知识，提出新的实验设计或改进方案，探索微生物培养的新方法或新技术。（三）科学探究发现问题：学生能够通过观察微生物培养过程中的现象，发现并提出有探究价值的问题。实验设计：学生能够根据所提出的问题，设计合理的实验方案，包括实验目的、实验材料、实验步骤和预期结果等。数据收集：学生能够按照实验方案进行实验操作，准确、及时地收集实验数据，并做好实验记录。结果分析：学生能够运用统计学方法对实验数据进行处理和分析，得出科学的结论，并解释实验现象。交流与讨论：学生能够与他人分享自己的实验成果和心得体会，参与讨论和交流，提出自己的观点和见解。（四）社会责任健康文明生活方式：学生能够认识到微生物在食品发酵、医药生产等领域的重要作用，了解发酵工程对人类健康和生活质量的影响，倡导健康文明的生活方式。环境保护意识：学生能够理解微生物在环境保护中的重要作用，如利用微生物处理污水、废气等废弃物，树立环境保护意识和社会责任感。伦理道德观念：学生能够了解生物技术在伦理道德方面的问题和挑战，如转基因食品的安全性、生物武器的危害等，树立正确的伦理道德观念。社会服务能力：学生能够运用所学的生物学知识，参与社区服务和社会实践活动，如开展科普宣传、环境监测等活动，提高社会服务能力和社会责任感。三、学习目标设定（一）生命观念学生能够描述微生物细胞的基本结构和功能，理解微生物细胞结构与功能之间的关系。学生能够解释微生物在自然环境中的进化历程和适应机制，了解微生物种群的变化规律。学生能够分析微生物生长过程中的内环境稳态机制，理解微生物与外部环境之间的相互作用。学生能够阐述微生物在代谢过程中物质和能量的转化过程，了解微生物如何利用营养物质进行生长和繁殖。（二）科学思维学生能够通过归纳和概括实验数据，提炼出微生物生长繁殖的一般规律。学生能够运用生物学原理对微生物培养过程中的现象进行演绎和推理，预测实验结果并解释实验现象。学生能够建立微生物培养过程的数学模型或概念模型，通过模型来模拟和分析微生物的生长繁殖过程。学生能够批判性地分析实验数据和研究结果，评价实验设计的合理性和科学性。学生能够运用所学的生物学知识提出新的实验设计或改进方案，探索微生物培养的新方法或新技术。（三）科学探究学生能够通过观察微生物培养过程中的现象，发现并提出有探究价值的问题。学生能够根据所提出的问题设计合理的实验方案，明确实验目的、实验材料、实验步骤和预期结果等。学生能够按照实验方案进行实验操作，准确、及时地收集实验数据并做好实验记录。学生能够运用统计学方法对实验数据进行处理和分析，得出科学的结论并解释实验现象。学生能够与他人分享自己的实验成果和心得体会，参与讨论和交流并提出自己的观点和见解。（四）社会责任学生能够了解发酵工程在食品、医药等领域的应用及其对人类健康和生活质量的影响，倡导健康文明的生活方式。学生能够认识到微生物在环境保护中的重要作用，树立环境保护意识和社会责任感。学生能够了解生物技术在伦理道德方面的问题和挑战，树立正确的伦理道德观念。学生能够运用所学的生物学知识参与社区服务和社会实践活动，提高社会服务能力和社会责任感。四、评价目标设定（一）生命观念评价评价内容：学生对微生物细胞结构和功能的理解程度；学生对微生物进化历程和适应机制的认识程度；学生对微生物生长过程中内环境稳态机制的理解程度；学生对微生物代谢过程中物质和能量转化过程的理解程度。评价方式：通过课堂提问、课后作业、小组讨论等方式进行评价。教师可以设计一些问题或案例，让学生运用所学的生物学知识进行分析和解答，从而评价学生对生命观念的理解和掌握程度。评价标准：学生能够准确描述微生物细胞的基本结构和功能；学生能够合理解释微生物的进化历程和适应机制；学生能够正确分析微生物生长过程中的内环境稳态机制；学生能够清晰阐述微生物代谢过程中物质和能量的转化过程。（二）科学思维评价评价内容：学生的归纳与概括能力；学生的演绎与推理能力；学生的模型与建模能力；学生的批判性思维能力；学生的创造性思维能力。评价方式：通过实验设计、数据分析、模型构建等活动进行评价。教师可以设计一些实验任务或研究课题，让学生独立或小组合作完成实验设计、数据收集和分析、模型构建等工作，从而评价学生的科学思维能力。评价标准：学生能够准确归纳和概括实验数据；学生能够合理演绎和推理实验现象；学生能够构建科学、合理的数学模型或概念模型；学生能够批判性地分析实验数据和研究结果；学生能够提出创新的实验设计或改进方案。（三）科学探究评价评价内容：学生的问题发现能力；学生的实验设计能力；学生的数据收集能力；学生的结果分析能力；学生的交流与讨论能力。评价方式：通过观察实验过程、审阅实验报告、参与讨论交流等方式进行评价。教师可以观察学生在实验过程中的操作规范、数据记录、结果分析等情况，审阅学生的实验报告和作业，参与学生的讨论和交流活动，从而评价学生的科学探究能力。评价标准：学生能够敏锐地发现问题并提出有探究价值的问题；学生能够设计科学、合理的实验方案并明确实验目的、材料、步骤和预期结果等；学生能够准确、及时地收集实验数据并做好实验记录；学生能够运用统计学方法对实验数据进行处理和分析并得出科学的结论；学生能够与他人分享自己的实验成果和心得体会并积极参与讨论和交流。（四）社会责任评价评价内容：学生的健康文明生活方式；学生的环境保护意识；学生的伦理道德观念；学生的社会服务能力。评价方式：通过问卷调查、社会实践、科普宣传等方式进行评价。教师可以设计一些问卷调查题目或社会实践活动任务，了解学生对健康文明生活方式、环境保护意识、伦理道德观念和社会服务能力的认识和态度；同时也可以通过观察学生在科普宣传、环境监测等社会实践活动中的表现来评价其社会责任意识。评价标准：学生能够积极倡导健康文明的生活方式并付诸实践；学生能够树立环境保护意识并积极参与环保活动；学生能够树立正确的伦理道德观念并遵守社会道德规范；学生能够运用所学的生物学知识参与社区服务和社会实践活动并提高其社会服务能力。五、具体实施建议（一）注重过程性评价过程性评价是学业评价的重要组成部分，它能够全面、客观地反映学生的学习过程和进步情况。在教学过程中，教师应注重观察学生的学习状态、参与程度、合作精神等方面的表现，及时给予反馈和指导。教师还可以通过课堂提问、小组讨论、实验操作等方式了解学生的学习情况和掌握程度，为后续的学业评价提供依据。（二）强化实践性评价生物学是一门实验性很强的学科，实验教学是生物学教学的重要组成部分。在实验教学中，教师应注重实践性评价的运用，通过观察学生的实验操作、数据记录、结果分析等方面的表现来评价其科学探究能力和科学思维能力。教师还可以设计一些探究性实验或研究性课题，让学生独立或小组合作完成实验设计、数据收集和分析等工作，从而培养其创新意识和实践能力。（三）实施多元化评价多元化评价是学业评价的重要趋势之一，它能够更全面、更客观地反映学生的学习情况和掌握程度。在教学过程中，教师应注重多元化评价的运用，通过课堂提问、课后作业、小组讨论、实验操作、社会实践等多种方式来评价学生的学习情况和掌握程度。教师还可以结合学生的自我评价和同伴评价来形成综合性的评价结果，从而更好地促进学生的全面发展和生物学学科核心素养的提升。（四）加强反馈与指导反馈与指导是学业评价的重要环节之一，它能够帮助学生及时了解自己的学习情况和掌握程度，并针对性地改进学习方法和提高学习效果。在教学过程中，教师应注重反馈与指导的运用，及时对学生的学习情况和掌握程度进行反馈和指导。对于表现优秀的学生，教师应给予肯定和鼓励；对于表现欠佳的学生，教师应指出其存在的问题和不足，并提供具体的改进建议和指导措施。通过加强反馈与指导的运用，教师能够更好地促进学生的学习进步和生物学学科核心素养的提升。六、总结与展望学业评价是教学过程中不可或缺的重要环节之一，它能够全面、客观地反映学生的学习情况和掌握程度，并为后续的教学提供重要的参考依据。在本学业评价设计中，我们根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求和2019版沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》第一章《发酵工程利用微生物进行规模化生产》的教学内容，全面、系统地评价了学生在生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度上的达成情况。通过注重过程性评价、强化实践性评价、实施多元化评价和加强反馈与指导等措施的运用，我们能够更好地促进学生的学习进步和生物学学科核心素养的提升。展望随着教育改革的不断深入和课程标准的不断完善，我们将继续探索和创新学业评价的方法和手段，以更好地适应时代发展的需要和人才培养的要求。我们也将注重培养学生的创新意识和实践能力，鼓励他们在学习过程中勇于探索、敢于创新，为未来的学习和生活奠定坚实的基础。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版沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中的《第一章发酵工程利用微生物进行规模化生产》这一章节，本大单元的实施思路旨在通过一系列系统化的教学活动，使学生全面理解和掌握发酵工程的基本原理、技术流程及应用，同时培养学生的生物学学科核心素养。具体实施思路如下：情境导入与激发兴趣：通过展示发酵工程在现代社会中的广泛应用实例（如酸奶、啤酒、抗生素的生产等），激发学生对发酵工程的学习兴趣，引导学生认识到发酵工程的重要性和实用性。理论讲解与概念构建：系统讲解发酵工程的基本概念、原理和技术流程，帮助学生构建完整的知识体系。重点讲解无菌技术、培养基配制、微生物分离纯化、微生物计数以及发酵工程的应用等领域的知识。实验操作与技能培养：设计一系列实验操作活动，如配制培养基、无菌技术操作、微生物分离纯化、微生物计数等，让学生在动手实践中掌握发酵工程的基本技能。通过实验操作，培养学生的科学探究能力和实验操作技能。案例分析与应用拓展：选取典型的发酵工程应用案例（如维生素C的工业化生产、生物柴油的生产等），引导学生分析案例中的技术要点和成功因素，拓展学生的知识面和应用能力。通过案例分析，培养学生的科学思维能力和问题解决能力。总结反思与能力提升：在教学活动结束后，组织学生进行总结反思，回顾所学知识和技能，思考如何将所学知识应用于实际生活中。通过总结反思，提升学生的自我认知能力和学习能力。学业评价与反馈调整：设计多元化的学业评价方式，包括课堂表现、实验操作、案例分析报告、期末考试等，全面评价学生的学习成果。根据评价结果，及时调整教学策略和方法，确保教学效果的最大化。二、教学目标设定根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本大单元的教学目标设定涵盖高中生物学学科核心素养的四个方面：生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。具体教学目标如下：（一）生命观念形成对微生物生命活动的基本认识：学生能够理解微生物的基本特征、生长繁殖方式以及微生物在生态系统中的作用。学生能够认识到微生物在发酵工程中的重要性和应用价值。理解发酵工程的生命活动本质：学生能够理解发酵工程的基本原理和技术流程，认识到发酵工程是利用微生物的特定功能进行物质转化的过程。学生能够形成对发酵工程在生命科学领域中的重要地位和作用的认识。（二）科学思维培养逻辑思维和推理能力：学生能够通过分析发酵工程中的技术要点和成功案例，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，总结出发酵工程的基本原理和应用规律。学生能够运用科学思维方法解决发酵工程中的实际问题。形成批判性思维和创造性思维：学生能够质疑和反思发酵工程中的传统观念和技术方法，提出新的见解和解决方案。学生能够运用创造性思维，设计新的发酵工程实验方案或应用方案。（三）科学探究掌握科学探究的基本方法：学生能够掌握科学探究的基本步骤和方法，包括提出问题、作出假设、设计实验、收集数据、分析数据和得出结论等。学生能够在发酵工程领域中进行简单的科学探究活动。提升实验操作技能：学生能够通过实验操作活动，掌握发酵工程中的基本技能和方法，如培养基配制、无菌技术操作、微生物分离纯化等。学生能够独立完成发酵工程中的实验操作任务。（四）社会责任形成关注社会问题的意识：学生能够认识到发酵工程在现代社会中的重要性和应用价值，关注发酵工程在食品、医药、环保等领域的应用和发展。学生能够了解发酵工程在解决社会问题（如粮食短缺、环境污染等）中的潜力和作用。培养参与社会实践的能力：学生能够将所学知识应用于实际生活中，参与发酵工程相关的社会实践活动（如科技制作、社区服务等）。学生能够积极参与发酵工程领域的科技创新和实践活动，为社会发展做出贡献。三、教学结构图++|发酵工程利用微生物规模化生产|++|||++++|||生命观念||科学思维|||++++|||微生物生命活动||逻辑思维||||发酵工程原理||批判性思维|||++|创造性思维|||++||++++|||科学探究||社会责任|||++++|||科学探究方法||关注社会问题||||实验操作技能||参与社会实践|||++++||||++++|||情境导入||理论讲解|||++++|||激发兴趣||概念构建|||++++||||++++|||实验操作||案例分析|||++++|||培养技能||应用拓展||||探究活动||问题解决|||++++||||++++|||总结反思||学业评价|||++++|||提升能力||反馈调整|||++++|++四、具体教学实施步骤（一）情境导入（1课时）展示实例：通过多媒体展示发酵工程在现代社会中的广泛应用实例，如酸奶、啤酒、抗生素的生产等，引导学生认识到发酵工程的重要性和实用性。激发兴趣：提问学生：“你们在生活中接触过哪些发酵产品？你们对发酵工程有哪些了解？”引导学生积极发言，分享自己的经验和看法。引入主题：教师总结学生的发言，引出本节课的主题：“发酵工程利用微生物进行规模化生产”。介绍发酵工程的基本概念和原理，为后续学习奠定基础。（二）理论讲解（3课时）微生物生命活动（1课时）讲解微生物的基本特征、生长繁殖方式以及微生物在生态系统中的作用。通过图示和实例，帮助学生理解微生物的生命活动规律。发酵工程原理（1课时）讲解发酵工程的基本原理和技术流程，包括菌种选育、发酵过程和产品提炼等阶段。分析发酵工程中的关键技术和影响因素，如菌种的选择和培养、发酵条件的控制等。概念构建（1课时）通过小组讨论和案例分析，引导学生归纳出发酵工程的基本原理和应用规律。鼓励学生提出自己的见解和疑问，进行交流和讨论。（三）实验操作（6课时）培养基配制（2课时）讲解培养基的配制原理和方法，介绍不同类型培养基的特点和用途。学生分组进行实验操作，配制不同种类的培养基，并进行无菌处理。教师巡回指导，解答学生的疑问，确保实验操作的顺利进行。微生物分离纯化（2课时）讲解微生物分离纯化的原理和方法，介绍平板划线法和稀释涂布平板法等接种技术。学生分组进行实验操作，从环境中分离纯化目标微生物，并进行菌落计数。教师巡回指导，记录学生的实验数据，进行初步分析。微生物计数（2课时）讲解微生物计数的原理和方法，介绍稀释涂布平板法和显微镜直接计数法等常用方法。学生分组进行实验操作，对分离纯化的微生物进行计数和分析。教师组织学生进行数据汇总和分析，总结实验结果。（四）案例分析（2课时）维生素C的工业化生产（1课时）选取维生素C的工业化生产作为典型案例，分析发酵工程在工业生产中的应用和发展。引导学生思考发酵工程在解决粮食短缺、环境污染等社会问题中的潜力和作用。生物柴油的生产（1课时）选取生物柴油的生产作为拓展案例，分析发酵工程在新能源领域的应用和发展。鼓励学生提出自己的见解和创意，设计新的发酵工程应用方案。（五）总结反思（1课时）回顾所学：引导学生回顾本节课所学内容，总结发酵工程的基本原理、技术流程及应用领域。分享经验：组织学生进行小组讨论，分享自己在实验操作中的经验和体会。提出疑问：鼓励学生提出自己在学习过程中遇到的疑问和困惑，进行交流和解答。展望未来：引导学生展望发酵工程在未来的发展趋势和应用前景，激发学生的创新意识和探索精神。（六）学业评价（贯穿整个教学过程）课堂表现：通过观察学生在课堂上的表现（如参与度、发言质量等），评价学生的学习态度和积极性。实验操作：根据学生的实验操作过程和结果（如培养基的配制质量、微生物的分离纯化效果等），评价学生的实验操作技能和科学探究能力。案例分析报告：根据学生提交的案例分析报告（如内容完整性、分析深度等），评价学生的科学思维能力和问题解决能力。期末考试：设计期末考试试卷，全面检测学生对发酵工程基本原理、技术流程及应用领域的掌握情况。根据考试成绩，评价学生的学习成果和教学效果。通过以上教学实施步骤，本大单元旨在全面培养学生的生物学学科核心素养，提高学生的科学探究能力和实验操作技能，为学生的未来发展奠定坚实的基础。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版沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中的《第一章发酵工程利用微生物进行规模化生产》的教学内容，我们设计了一个贯穿整个大单元教学的大情境——“微生物世界的探索与发酵工程的创新实践”。情境背景：微生物，这些肉眼难见的生命体，在地球的每一个角落默默发挥着重要作用。从远古时代的自然发酵到现代的发酵工程技术，微生物的应用极大地丰富了人类的生活。在这个大情境中，学生将微生物扮演学家的角色，通过一系列的实验探究和实践活动，深入了解微生物的特性，掌握发酵工程的基本原理和技术流程，并尝试利用微生物的特定功能进行规模化生产，为人类的健康、环境保护和经济发展做出贡献。情境目标：激发学生对微生物学和发酵工程的兴趣，培养探索未知世界的科学精神。通过实践活动，使学生全面掌握发酵工程的基本原理和技术流程。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。二、大任务创设在大情境“微生物世界的探索与发酵工程的创新实践”下，我们设计了四个大任务，每个大任务对应教学内容中的一个主要部分，旨在通过任务驱动的方式，引导学生主动探究、合作学习，全面提升生物学学科核心素养。（一）大任务一：构建无菌环境，为微生物培养奠定基础任务目标：掌握无菌技术的原理和方法，能够配制并灭菌培养基。理解无菌技术在微生物研究和应用中的重要性。培养科学思维和科学探究能力，通过实践操作验证无菌技术的有效性。任务内容：理论学习：学生通过阅读教材、观看视频和讨论交流，学习无菌技术的定义、原理和方法。了解培养基的组成、种类和配制方法，以及灭菌技术的选择和操作流程。实践操作：在教师的指导下，学生分组进行培养基的配制和灭菌操作。使用高压蒸汽灭菌锅对培养基、玻璃器皿等进行灭菌处理。学习并掌握无菌操作技术，如火焰灼烧灭菌、紫外线灭菌等。成果展示与交流：各小组展示自己配制的培养基和灭菌操作过程，分享学习心得和遇到的问题。师生共同讨论无菌技术在微生物研究中的应用案例，加深对无菌技术重要性的理解。生命观念：通过实践活动，学生认识到微生物对生长环境的严格要求，理解无菌技术在微生物培养中的重要性，形成对微生物生命活动基本特征的认识。科学思维：在配制和灭菌过程中，学生需要运用归纳与概括、演绎与推理等方法，分析无菌技术的原理和操作要点，培养科学思维能力。科学探究：学生通过实践操作，掌握科学探究的基本步骤和方法，如提出问题、作出假设、设计实验、收集数据和分析结果等。社会责任：学生认识到无菌技术在医药、食品等领域的广泛应用，以及其在保障人类健康方面的重要作用，形成关注社会问题的意识。（二）大任务二：分离纯化微生物，获取纯净培养物任务目标：掌握微生物分离纯化的原理和方法，能够运用平板划线法和稀释涂布平板法进行微生物接种和分离。理解微生物纯培养在发酵工程中的重要性。培养科学探究和团队合作能力，通过实验操作验证分离纯化技术的有效性。任务内容：理论学习：学生学习微生物分离纯化的原理和方法，了解平板划线法和稀释涂布平板法的操作步骤和注意事项。讨论微生物纯培养在发酵工程中的应用和意义。实践操作：在教师的指导下，学生分组进行微生物的分离纯化实验。使用平板划线法和稀释涂布平板法将微生物接种到培养基上，进行分离纯化。观察并记录微生物的生长情况，识别并纯化目标微生物。成果展示与交流：各小组展示自己分离纯化的微生物菌落，分享实验过程和遇到的问题。师生共同讨论微生物分离纯化技术的改进和优化方法。生命观念：通过实践活动，学生认识到微生物种类的多样性和特异性，理解微生物纯培养在发酵工程中的基础地位，形成对微生物生命活动多样性和特异性的认识。科学思维：在分离纯化过程中，学生需要运用逻辑思维和推理能力，分析微生物的生长特性和分离纯化技术的原理，培养科学思维能力。科学探究：学生通过实验操作，掌握科学探究的基本方法，如提出问题、设计实验、收集数据和分析结果等，提高实验操作技能。社会责任：学生认识到微生物在发酵工程中的重要应用，以及其在医药、食品等领域的广泛前景，形成参与社会实践、推动科技创新的意识。（三）大任务三：测定微生物数量，评估发酵过程效果任务目标：掌握微生物数量的测定方法，能够运用稀释涂布平板法和显微镜直接计数法进行微生物计数。理解微生物数量在发酵过程中的变化及其影响因素。培养科学思维和数据分析能力，通过实验操作评估发酵过程的效果。任务内容：理论学习：学生学习微生物数量的测定方法，了解稀释涂布平板法和显微镜直接计数法的原理和操作步骤。讨论微生物数量在发酵过程中的变化及其影响因素。实践操作：在教师的指导下，学生分组进行微生物数量的测定实验。使用稀释涂布平板法和显微镜直接计数法对微生物进行计数。观察并记录微生物数量的变化，分析发酵过程的效果。成果展示与交流：各小组展示自己测定的微生物数量数据，分享实验过程和遇到的问题。师生共同讨论微生物数量变化的原因及其影响因素，评估发酵过程的效果。生命观念：通过实践活动，学生认识到微生物数量的动态变化及其在发酵过程中的重要性，形成对微生物生命活动动态性和复杂性的认识。科学思维：在测定过程中，学生需要运用归纳与概括、演绎与推理等方法，分析微生物数量的变化规律和影响因素，培养科学思维能力。科学探究：学生通过实验操作，掌握科学探究的基本方法，如设计实验、收集数据和分析结果等，提高实验操作技能和数据分析能力。社会责任：学生认识到微生物数量在发酵工程中的监测和控制对于产品质量和安全的重要性，形成关注产品质量和安全的意识。（四）大任务四：利用发酵工程生产生物产品，服务人类生活任务目标：掌握发酵工程的基本原理和技术流程，能够利用微生物的特定功能进行生物产品的规模化生产。理解发酵工程在医药、食品、环保等领域的应用和前景。培养创新思维和问题解决能力，通过实践操作验证发酵工程技术的有效性。任务内容：理论学习：学生学习发酵工程的基本原理和技术流程，了解菌种选育、发酵过程和产品提炼等阶段的操作要点。讨论发酵工程在医药、食品、环保等领域的应用案例和前景。实践操作：在教师的指导下，学生分组进行发酵工程生产生物产品的实验。选择合适的菌种和发酵条件，进行发酵过程操作和产品提炼。观察并记录发酵过程的变化和产品质量的提升。成果展示与交流：各小组展示自己生产的生物产品，分享实验过程和遇到的问题。师生共同讨论发酵工程技术的改进和优化方法，评估生物产品的质量和市场前景。生命观念：通过实践活动，学生认识到发酵工程在利用微生物特定功能生产生物产品方面的重要性，形成对微生物生命活动应用价值的认识。科学思维：在发酵过程中，学生需要运用创新思维和问题解决能力，分析发酵条件的优化和产品质量的提升方法，培养科学思维能力。科学探究：学生通过实验操作，掌握科学探究的基本方法，如提出问题、设计实验、收集数据和分析结果等，提高实验操作技能和创新能力。社会责任：学生认识到发酵工程在医药、食品、环保等领域的重要应用，以及其在推动经济发展和社会进步方面的贡献，形成关注社会问题、参与社会实践的意识。三、大情境与大任务的整合与实施在大情境“微生物世界的探索与发酵工程的创新实践”下，四个大任务相互关联、层层递进，共同构成了《第一章发酵工程利用微生物进行规模化生产》的完整教学内容。通过大情境与大任务的整合与实施，学生将全面掌握发酵工程的基本原理和技术流程，培养生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学学科核心素养。实施步骤：情境导入：教师通过展示微生物在自然界和人类社会中的应用案例，激发学生的学习兴趣和探索欲望。介绍大情境“微生物世界的探索与发酵工程的创新实践”的背景和目标，引导学生进入学习状态。任务分解与实施：教师将大任务分解为若干个小任务，每个小任务对应教学内容中的一个具体知识点或技能点。学生分组进行小任务的探究和实践操作，教师在旁指导和支持。各小组展示小任务的成果，分享学习心得和遇到的问题，师生共同讨论和解决。成果汇总与展示：在每个大任务完成后，各小组汇总自己的成果，准备进行班级展示。班级展示环节，各小组通过PPT、视频、实物等多种形式展示自己的学习成果和实践经验。师生共同评价各小组的展示成果，提出改进意见和建议。总结反思与拓展延伸：教师对整个大单元的教学内容进行总结反思，评价学生的学习效果和教学目标的实现情况。引导学生回顾自己的学习过程和成长经历，分享学习心得和体会。提出拓展延伸的问题和任务，鼓励学生继续深入探究和实践操作，拓宽知识面和视野。评估与反馈：通过课堂观察、小组讨论、成果展示和作业反馈等多种方式，全面了解学生的学习情况和进展。根据学生的学习表现和反馈意见，及时调整教学策略和方法，确保教学效果的最大化。通过学业评价的方式，全面评估学生的学习成果和核心素养的发展水平，为后续教学提供有力支持。通过大情境与大任务的整合与实施，学生将在探究和实践过程中不断提升自己的生物学学科核心素养，为未来的学习和生活奠定坚实基础。教师也将通过教学反思和评估反馈不断改进自己的教学策略和方法，提高教学质量和效果。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：发酵工程利用微生物进行规模化生产课时设计：第1课时：情境导入与激发兴趣第2课时：理论讲解（生命观念：微生物生命活动）第3课时：理论讲解（生命观念：发酵工程原理）第4课时：概念构建（科学思维）第5-6课时：实验操作（科学探究：培养基配制）第7-8课时：实验操作（科学探究：微生物分离纯化）第9-10课时：实验操作（科学探究：微生物计数）第11课时：案例分析（社会责任：维生素C的工业化生产）第12课时：案例分析（社会责任：生物柴油的生产）第13课时：总结反思与学业评价（二）学习目标教学目标与学习目标设定：（一）生命观念理解微生物的基本特征、生长繁殖方式及其在生态系统中的作用：学生能够阐述微生物在自然界中的广泛分布和重要作用，理解微生物如何通过不同的生长繁殖方式维持其种群数量。认识发酵工程的基本原理和技术流程：学生能够描述发酵工程是如何利用微生物的特定功能进行物质转化的过程，理解发酵工程在生命科学领域中的重要地位和作用。形成对发酵工程产品的生命观念：学生能够举例说明发酵工程在医药、食品、环保等领域的应用，认识到发酵工程对人类社会的贡献。（二）科学思维培养逻辑思维和推理能力：学生能够通过分析发酵工程中的技术要点和成功案例，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，总结出发酵工程的基本原理和应用规律。形成批判性思维和创造性思维：学生能够质疑和反思发酵工程中的传统观念和技术方法，提出新的见解和解决方案。例如，对于某种发酵产品的生产工艺，学生能够提出改进意见或新的生产思路。（三）科学探究掌握科学探究的基本方法：学生能够掌握科学探究的基本步骤和方法，包括提出问题、作出假设、设计实验、收集数据、分析数据和得出结论等。提升实验操作技能：学生能够通过实验操作活动，掌握发酵工程中的基本技能和方法，如培养基配制、无菌技术操作、微生物分离纯化、微生物计数等。独立完成实验操作任务：学生能够独立完成发酵工程中的实验操作任务，包括实验设计、实验实施、数据记录和分析等环节。（四）社会责任形成关注社会问题的意识：学生能够认识到发酵工程在现代社会中的重要性和应用价值，关注发酵工程在食品、医药、环保等领域的应用和发展。培养参与社会实践的能力：学生能够将所学知识应用于实际生活中，参与发酵工程相关的社会实践活动（如科技制作、社区服务等）。例如，学生可以参与学校或社区的环保活动，利用发酵工程技术处理有机垃圾等。树立科技创新意识：学生能够积极参与发酵工程领域的科技创新和实践活动，为社会发展做出贡献。例如，学生可以参与发酵工程相关的科研项目或竞赛活动，提高自己的创新能力和实践能力。（三）评价任务课堂表现评价：通过观察学生在课堂上的表现（如参与度、发言质量、实验操作等），评价学生的学习态度和积极性。实验操作评价：根据学生的实验操作过程和结果（如培养基的配制质量、微生物的分离纯化效果、微生物计数的准确性等），评价学生的实验操作技能和科学探究能力。案例分析报告评价：根据学生提交的案例分析报告（如内容完整性、分析深度、创新点等），评价学生的科学思维能力和问题解决能力。期末考试评价：设计期末考试试卷，全面检测学生对发酵工程基本原理、技术流程及应用领域的掌握情况。考试内容涵盖生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面。（四）学习过程第1课时：情境导入与激发兴趣情境导入：通过展示发酵工程在现代社会中的广泛应用实例（如酸奶、啤酒、抗生素的生产等），激发学生的学习兴趣。激发兴趣：提问学生：“你们在生活中接触过哪些发酵产品？你们对发酵工程有哪些了解？”引导学生积极发言，分享自己的经验和看法。引入主题：教师总结学生的发言，引出本节课的主题：“发酵工程利用微生物进行规模化生产”。介绍发酵工程的基本概念和原理，为后续学习奠定基础。第2课时：理论讲解（生命观念：微生物生命活动）讲解微生物的基本特征：阐述微生物的定义、分类、形态结构和生理特性等。讲解微生物的生长繁殖方式：介绍微生物的二分裂、出芽生殖、孢子生殖等生长繁殖方式。讨论微生物在生态系统中的作用：引导学生思考微生物在物质循环、能量流动和信息传递等方面的作用。第3课时：理论讲解（生命观念：发酵工程原理）讲解发酵工程的基本原理：阐述发酵工程是如何利用微生物的特定功能进行物质转化的过程。介绍发酵工程的技术流程：包括菌种选育、发酵过程和产品提炼等阶段。分析发酵工程中的关键技术和影响因素：如菌种的选择和培养、发酵条件的控制等。第4课时：概念构建（科学思维）小组讨论：组织学生围绕发酵工程的基本原理和技术流程进行小组讨论，提出自己的见解和疑问。案例分析：选取典型的发酵工程应用案例（如维生素C的工业化生产），引导学生分析案例中的技术要点和成功因素。归纳总结：引导学生归纳出发酵工程的基本原理和应用规律，形成系统的知识体系。第5-6课时：实验操作（科学探究：培养基配制）讲解培养基配制的原理和方法：介绍不同类型培养基的特点和用途。分组实验操作：学生分组进行培养基配制实验，包括原料称量、溶解、调节pH、分装、包扎和灭菌等步骤。数据记录与分析：学生记录实验数据，分析培养基配制过程中的问题和改进方法。第7-8课时：实验操作（科学探究：微生物分离纯化）讲解微生物分离纯化的原理和方法：介绍平板划线法和稀释涂布平板法等接种技术。分组实验操作：学生分组进行微生物分离纯化实验，包括环境样本采集、微生物接种、培养皿制备、培养条件设置和菌落观察等步骤。数据记录与分析：学生记录实验数据，分析微生物分离纯化过程中的问题和改进方法。第9-10课时：实验操作（科学探究：微生物计数）讲解微生物计数的原理和方法：介绍稀释涂布平板法和显微镜直接计数法等常用方法。分组实验操作：学生分组进行微生物计数实验，包括样本稀释、涂布平板、培养、菌落计数和数据分析等步骤。数据记录与分析：学生记录实验数据，分析微生物计数过程中的问题和改进方法。第11课时：案例分析（社会责任：维生素C的工业化生产）选取案例：选取维生素C的工业化生产作为典型案例。分析案例：引导学生分析维生素C生产过程中的技术要点和成功因素，包括菌种选育、发酵条件控制、产品提炼等。讨论社会问题：组织学生讨论维生素C生产对食品工业、医药工业和社会经济发展的影响，以及发酵工程在解决粮食短缺、环境污染等社会问题中的潜力和作用。第12课时：案例分析（社会责任：生物柴油的生产）选取案例：选取生物柴油的生产作为拓展案例。分析案例：引导学生分析生物柴油生产过程中的技术要点和成功因素，包括原料选择、微生物发酵、油脂提取和生物柴油制备等。讨论社会问题：组织学生讨论生物柴油生产对新能源开发、环境保护和社会经济发展的影响，以及发酵工程在推动可持续发展中的重要作用。第13课时：总结反思与学业评价回顾所学：引导学生回顾本单元所学内容，总结发酵工程的基本原理、技术流程及应用领域。分享经验：组织学生进行小组讨论，分享自己在实验操作中的经验和体会。提出疑问：鼓励学生提出自己在学习过程中遇到的疑问和困惑，进行交流和解答。展望未来：引导学生展望发酵工程在未来的发展趋势和应用前景，激发学生的创新意识和探索精神。学业评价：根据课堂表现、实验操作、案例分析报告和期末考试等评价任务，对学生的学习成果进行全面评价。（五）作业与检测作业设计实验操作作业：要求学生课后独立完成培养基配制、微生物分离纯化和微生物计数等实验操作，并撰写实验报告。案例分析作业：要求学生选取一个发酵工程应用案例（如酸奶生产、抗生素生产等），进行深入分析并撰写案例分析报告。探究性学习作业：要求学生结合所学知识，设计一个简单的发酵工程实验方案或应用方案，并阐述其科学原理和实践意义。检测设计课堂小测验：在每节课结束后进行课堂小测验，检测学生对本节课所学知识的掌握情况。实验操作考核：在实验操作过程中对学生进行操作技能和实验态度的考核。案例分析报告评价：对学生提交的案例分析报告进行评价，检测学生的科学思维能力和问题解决能力。期末考试：设计期末考试试卷，全面检测学生对发酵工程基本原理、技术流程及应用领域的掌握情况。（六）学后反思学生反思：要求学生在完成本单元学习后撰写学后反思报告，总结自己的学习收获和不足之处，并提出改进意见。教师反思：教师在完成本单元教学后进行教学反思，总结教学经验教训和改进措施。通过反思不断优化教学设计和方法，提高教学效果和质量。以上是《发酵工程利用微生物进行规模化生产》单元学历案的完整内容。该学历案严格依据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》和本单元的大单元实施思路及教学结构图（思维导图）进行撰写，旨在全面培养学生的生物学学科核心素养，提高学生的科学探究能力和实验操作技能。十三、学科实践与跨学科学习设计一、引言在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，高中生物学教学不仅要传授知识，更要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。本节学科实践与跨学科学习设计以2019版沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中《第一章发酵工程利用微生物进行规模化生产》的教学内容为基础，旨在通过实践活动和跨学科学习，全面提升学生的生物