2019版 浙科版 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》大单元整体教学设计2020课标

版浙科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》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《普通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》是生物技术与工程领域的重要组成部分。本章内容不仅涉及发酵工程的基本原理和应用，还深入探讨了微生物的培养、分离纯化、发酵过程控制及发酵产物的利用等多个方面。通过本章的学习，学生将掌握发酵工程的基本概念、微生物培养技术、微生物的分离与纯化方法，以及发酵工程在医药、食品、工农业生产等领域的重要应用价值。具体来说，本章分为四个主要部分：微生物的培养需要适宜条件：介绍了微生物的基本概念、培养基的配制、灭菌与无菌操作技术，以及微生物生长所需的环境条件。这部分内容是学习发酵工程的基础，为后续章节提供了必要的理论知识。纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得：详细阐述了微生物的分离与纯化方法，包括平板划线法、稀释涂布平板法等传统微生物学技术。通过这部分内容的学习，学生将掌握如何从复杂环境中分离出目标微生物，并获得纯净的微生物培养物。发酵工程为人类提供多样的生物产品：介绍了发酵工程的基本原理、发酵过程控制、发酵产物的分离与纯化以及发酵工程在各个领域的应用。这部分内容不仅涵盖了发酵工程的理论知识，还通过实例展示了发酵工程在实际生产中的应用价值。本章小结：对本章内容进行了总结回顾，强调了发酵工程在生物技术与工程领域的重要地位和作用。（二）单元内容分析本单元《发酵工程》是高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》的重要组成部分，具有承上启下的作用。在学习本章之前，学生已经掌握了生物学的基础知识和基本技能，对细胞结构、遗传规律、生态系统等有了深入的了解。本章内容不仅是对之前所学知识的综合运用，也为后续章节的学习提供了必要的理论知识和实践技能。具体来说，本单元的内容分析如下：微生物的培养需要适宜条件：微生物的基本概念：介绍微生物的分类、形态、生理特性等基本知识，为后续章节的学习打下基础。培养基的配制：讲解培养基的成分、配制方法以及不同类型培养基的用途，使学生掌握培养基的配制技能。灭菌与无菌操作技术：介绍灭菌的基本原理、方法和无菌操作技术，确保微生物培养过程的无菌环境。微生物生长的环境条件：阐述微生物生长所需的温度、pH值、氧气浓度等环境条件，为微生物的培养提供理论依据。纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得：微生物的分离方法：介绍平板划线法、稀释涂布平板法等传统微生物学技术，使学生掌握微生物的分离技能。微生物的纯化方法：讲解如何通过连续划线、单菌落挑取等方法获得纯净的微生物培养物，为后续的实验研究提供纯净的菌种。微生物的计数方法：介绍稀释涂布平板法和显微镜计数法等微生物计数方法，使学生掌握微生物数量的测定技能。发酵工程为人类提供多样的生物产品：发酵工程的基本原理：阐述发酵工程的基本原理、发酵过程控制以及发酵产物的分离与纯化技术，使学生掌握发酵工程的基本理论。发酵工程的应用：通过实例展示发酵工程在医药、食品、工农业生产等领域的应用价值，使学生了解发酵工程的实际应用情况。发酵工程的发展趋势：介绍发酵工程的最新研究进展和发展趋势，拓宽学生的学术视野和科研思路。本章小结：总结回顾：对本章内容进行总结回顾，强调发酵工程在生物技术与工程领域的重要地位和作用。展望未来：展望发酵工程的未来发展趋势和应用前景，激发学生的学习兴趣和科研热情。（三）单元内容整合本单元《发酵工程》的内容整合旨在将微生物学、生物化学、工程学等多个学科的知识有机融合起来，形成一个完整的知识体系。通过本单元的学习，学生将掌握发酵工程的基本原理和应用技能，为未来的学习和工作打下坚实的基础。具体来说，单元内容的整合体现在以下几个方面：理论知识与实践技能的结合：将微生物学、生物化学等理论知识与发酵工程实践技能有机结合起来，使学生在掌握理论知识的同时，也能获得实践技能的提升。传统技术与现代科技的融合：在介绍微生物分离与纯化等传统技术的同时，也融入现代科技手段在发酵工程中的应用，如基因工程技术、合成生物学技术等，使学生了解发酵工程的最新研究进展和发展趋势。跨学科知识的整合：将生物学、化学、工程学等多个学科的知识有机整合起来，形成一个跨学科的知识体系。通过跨学科知识的学习，培养学生的综合素质和创新能力。理论学习与实验操作的结合：通过理论学习和实验操作相结合的方式，使学生更好地理解和掌握发酵工程的基本原理和应用技能。在实验操作中，学生可以亲身体验发酵过程，加深对理论知识的理解和记忆。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《发酵工程》这一单元中，生命观念主要体现在以下几个方面：结构与功能观：通过学习微生物的形态、结构和生理特性，理解微生物的结构与其功能之间的密切关系。例如，不同种类的微生物具有不同的细胞结构和代谢途径，这些结构和途径决定了它们的生长繁殖方式和代谢产物的种类。通过学习发酵工程的基本原理和发酵过程控制，理解发酵过程中微生物的结构与功能如何协同作用以产生所需的发酵产物。进化与适应观：通过了解微生物的进化历程和适应机制，理解微生物如何通过自然选择和遗传变异来适应不同的环境条件。例如，微生物在长期的进化过程中逐渐形成了对各种环境条件的适应机制，如耐高温、耐酸碱等特性。通过学习发酵工程中的菌种选育和改造技术，理解人类如何利用微生物的进化与适应机制来选育出具有优良性状的发酵菌种。稳态与平衡观：通过学习微生物生长的环境条件和发酵过程控制，理解微生物如何在不同的环境条件下保持其生理状态的稳态和平衡。例如，微生物在生长过程中需要维持适宜的温度、pH值和氧气浓度等环境条件以保持其生理状态的稳态。通过学习发酵过程中微生物的代谢途径和产物生成机制，理解发酵过程中微生物如何通过调节其代谢途径来维持其生理状态的稳态和平衡。物质与能量观：通过学习微生物的代谢途径和产物生成机制，理解微生物在生长和发酵过程中如何获取和利用物质和能量。例如，微生物通过分解有机物质来获取能量和营养物质以支持其生长和繁殖；在发酵过程中，微生物通过代谢途径将底物转化为所需的发酵产物并释放能量。通过学习发酵工程中的原料处理和产物分离技术，理解如何优化原料处理和产物分离过程以提高物质和能量的利用效率。（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《发酵工程》这一单元中，科学思维主要体现在以下几个方面：归纳与概括：通过学习不同类型的微生物和发酵过程的特点和规律，归纳概括出微生物和发酵过程的一般性特征和共性规律。例如，通过比较不同种类的微生物在生长和代谢方面的差异和相似之处，归纳概括出微生物生长和代谢的一般性特征和共性规律。通过分析发酵过程中不同因素对发酵产物的影响和作用机制，归纳概括出发酵过程控制的一般性策略和原则。演绎与推理：通过运用已学的生物学知识和发酵工程原理对未知问题进行演绎推理和预测分析。例如，根据微生物的生长和代谢特性预测其在不同环境条件下的生长情况和代谢产物种类；根据发酵过程的控制策略和原则预测不同操作条件对发酵产物的影响和效果。通过分析实验数据和结果运用演绎推理方法验证假设和预测结果的正确性和可靠性。模型与建模：通过建立微生物生长模型和发酵过程模型来模拟和预测微生物的生长情况和发酵过程的变化趋势。例如，利用数学模型来描述微生物在不同环境条件下的生长速率和代谢产物生成速率；利用计算机模拟软件来模拟和预测发酵过程中各参数的变化趋势和影响效果。通过分析模型和模拟结果来优化发酵过程和提高发酵产物的产量和质量。批判性思维：通过分析不同研究方法和实验结果之间的差异和矛盾运用批判性思维方法进行评估和判断。例如，在评估不同菌种选育方法的优劣时需要考虑各种方法的适用范围和限制条件；在比较不同发酵工艺的效果时需要考虑各种工艺的成本效益和环境影响等因素。通过运用批判性思维方法对已有的研究结果和理论进行质疑和挑战以推动科学研究的进步和发展。创造性思维：通过运用创造性思维方法提出新的研究思路和解决方案以应对复杂多变的实际问题。例如，在解决发酵过程中出现的污染问题时可以尝试采用新的灭菌和消毒方法来提高发酵过程的无菌水平；在优化发酵工艺时可以尝试采用新的操作条件和原料配比来提高发酵产物的产量和质量。通过参与科研项目和创新实践活动来培养和发展学生的创造性思维能力和实践操作能力。（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并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《发酵工程》这一单元中，科学探究主要体现在以下几个方面：问题发现与提出：通过观察和分析现实世界中的生物学现象和问题提出具有探究意义的问题和假设。例如，在观察发酵过程中出现的污染问题时可以提出如何有效防止和控制污染的问题；在分析不同菌种对发酵产物的影响时可以提出哪种菌种最适合用于特定发酵过程的问题。通过查阅文献资料和进行实验验证来进一步明确问题和假设的准确性和可行性。实验设计与实施：根据问题和假设设计合理的实验方案和方法步骤以确保实验结果的准确性和可靠性。例如，在设计菌种选育实验时需要选择合适的筛选方法和培养基配方；在设计发酵工艺优化实验时需要确定合适的操作条件和原料配比等参数。在实验过程中严格按照实验方案和方法步骤进行操作以确保实验结果的准确性和可重复性。同时需要注意实验安全和环保要求以避免对环境和人体造成危害。数据收集与分析：在实验过程中及时收集实验数据并进行整理和分析以得出合理的结论和推论。例如，在收集发酵过程中各参数的变化数据时需要注意数据的准确性和完整性；在分析数据时可以采用统计学方法和图表形式来展示数据的变化趋势和规律特点。通过对比不同实验组之间的数据差异来评估实验效果和影响因素以进一步验证假设和推论的正确性和可靠性。结果交流与讨论：在完成实验后需要及时整理实验报告并撰写论文或研究报告以向同行和公众展示实验成果和发现。例如，在撰写实验报告时需要详细描述实验目的、方法、结果和结论等内容；在撰写论文或研究报告时需要采用规范的学术语言和格式来展示研究成果和贡献。通过参加学术会议和研讨会等活动与其他学者和专家进行交流和讨论以分享研究成果和经验教训并推动科学研究的进步和发展。（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并作出理性解释和判断以解决生产生活问题的担当和能力。在《发酵工程》这一单元中，社会责任主要体现在以下几个方面：环境保护与可持续发展：通过学习发酵工程中的环保技术和可持续发展理念来增强环境保护意识和可持续发展能力。例如，在了解发酵过程中产生的废弃物和污染物的处理方法时可以探讨如何采用环保技术来减少废弃物和污染物的排放；在分析发酵工艺的经济效益和环境影响时可以探讨如何实现经济效益和环境效益的双赢目标。通过参与环保活动和可持续发展项目来实践环境保护理念和可持续发展策略并为社会做出贡献。健康生活方式与疾病预防：通过学习发酵工程在医药领域的应用来了解发酵工程在疾病预防和治疗方面的重要作用和意义。例如，在了解发酵工程生产的抗生素和疫苗等生物制品时可以探讨如何正确使用这些生物制品来预防和治疗疾病；在分析发酵工程对食品安全的影响时可以探讨如何确保食品的安全性和营养价值。通过倡导健康生活方式和疾病预防意识来提高公众的健康水平和生活质量并为社会的健康发展做出贡献。科学普及与公众教育：通过参与科学普及活动和公众教育活动来传播科学知识和技术成果并提高公众的科学素养和认知能力。例如，在参加科普讲座和展览等活动时可以向来访者介绍发酵工程的基本原理和应用价值；在撰写科普文章和制作科普视频等材料时可以采用通俗易懂的语言和形式来展示科学知识和技术成果的魅力。通过与媒体和公众进行沟通和交流来扩大科学知识和技术成果的传播范围和影响力度并为社会的进步和发展做出贡献。伦理道德与社会责任：通过学习生物技术和工程领域的伦理道德规范和社会责任要求来树立正确的价值观和道德观并培养社会责任感和使命感。例如，在了解基因工程和合成生物学等前沿技术时需要考虑这些技术的伦理道德问题和社会影响；在参与科研项目和创新实践活动时需要遵守学术诚信和道德规范以确保研究成果的真实性和可靠性。通过参与社会公益事业和志愿服务活动来履行社会责任并为社会做出贡献。同时需要关注社会热点问题和民生问题并积极提出解决方案和建议以推动社会的进步和发展。学情分析（一）已知内容分析在高中生物学的学习过程中，学生在必修课程中已经对微生物的基本概念、生物体的结构与功能、遗传与变异等基础知识有了一定的了解。特别是在必修模块《遗传与进化》中，学生学习了基因、DNA、遗传信息的传递等核心概念，这些内容为理解发酵工程中微生物的遗传特性、基因工程的应用等奠定了基础。在必修模块《分子与细胞》中，学生对细胞的结构、功能以及代谢过程有了初步的认识，这对于理解微生物培养过程中的物质与能量转换至关重要。在先前的学习中，学生也接触了一些基本的实验操作技能，如显微镜的使用、无菌操作的基本规范等，这些技能为发酵工程实验的学习提供了必要的技能储备。学生在日常生活和媒体宣传中，对发酵食品（如酸奶、酱油、醋等）和发酵药物（如青霉素）有了一定的了解，这些生活经验和常识有助于他们对发酵工程应用价值的认识。（二）新知内容分析本单元《发酵工程》的教学内容，主要围绕微生物的培养、分离纯化以及发酵工程的应用展开，涉及以下新知内容：微生物的培养需要适宜条件：学生需要理解培养基的组成及其作用，掌握无菌技术的基本原理和操作方法，了解微生物生长繁殖所需的适宜环境条件（如温度、pH值、氧气需求等）。纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得：学生需要学习并掌握平板划线法、稀释涂布平板法等微生物分离和纯化的技术，理解这些方法的基本原理和操作步骤，以及如何通过显微镜计数等方法测定微生物的数量。发酵工程为人类提供多样的生物产品：学生需要了解发酵工程在医药、食品、工农业生产等多个领域的应用，理解发酵工程的基本原理和工业化生产流程，认识到发酵工程在现代生物技术和工业生产中的重要性。本章小结：学生需要总结发酵工程的基本概念和关键技术，理解发酵工程在现代生物技术中的地位和作用，能够将所学知识应用于解决实际问题，如设计简单的发酵实验方案，评价发酵工程产品的安全性与伦理问题等。这些新知内容不仅要求学生掌握一定的生物学基础知识，还需要他们具备实验操作技能、问题解决能力和科学探究精神。（三）学生学习能力分析认知能力：高中生已经具备了一定的抽象思维能力和逻辑推理能力，能够理解和分析复杂的生物学概念和实验原理。发酵工程涉及的知识点多且抽象，需要学生具备较强的逻辑思维和归纳总结能力。实验操作能力：通过必修课程的学习，学生已经掌握了一些基本的实验操作技能，如显微镜的使用、无菌操作等。发酵工程实验的操作步骤复杂，对无菌条件的要求高，需要学生具备细致、严谨的实验态度和操作技能。问题解决能力：发酵工程的学习过程中，学生需要面对各种实际问题，如微生物生长缓慢、污染严重等。这需要学生具备较强的问题解决能力，能够运用所学知识分析问题、提出假设并设计实验进行验证。信息处理能力：在信息爆炸的时代，学生需要具备较强的信息处理能力，能够从海量的信息中筛选出有价值的内容，并对其进行整合、分析和应用。这对于理解发酵工程的最新研究进展和应用前景至关重要。合作学习能力：发酵工程实验往往需要团队合作完成，学生需要具备较强的合作学习能力，能够与同伴有效沟通、分工协作，共同完成实验任务。（四）学习障碍突破策略针对学生在学习发酵工程过程中可能遇到的学习障碍，我们可以采取以下突破策略：加强概念教学，构建知识体系：通过生动有趣的实例和直观的图表，帮助学生理解发酵工程的基本概念和技术原理。利用思维导图等工具，引导学生构建发酵工程的知识体系，将所学知识系统化、条理化。组织学生进行小组讨论和分享，促进知识的交流和内化。强化实验技能训练，提高实验操作能力：在实验前，详细讲解实验步骤和注意事项，确保学生掌握正确的操作方法。提供充足的实验材料和设备，让学生有机会进行多次练习，提高实验操作的熟练度和准确性。引导学生分析实验失败的原因，总结经验教训，不断改进实验技能。培养问题解决能力，激发科学探究精神：创设问题情境，引导学生发现问题、提出问题，并尝试运用所学知识解决问题。组织学生进行探究性实验，鼓励他们设计实验方案、收集数据、分析结果，培养科学探究的能力。引导学生关注发酵工程的最新研究进展和应用前景，激发他们对科学研究的兴趣和热情。提高信息处理能力，拓宽知识视野：引导学生利用互联网、图书馆等资源，收集与发酵工程相关的信息和资料。教授学生信息筛选、整合和分析的方法，提高他们的信息处理能力。组织学生进行文献综述或研究报告的撰写，培养他们的科研素养和表达能力。加强合作学习，培养团队协作能力：将学生分成小组进行实验和探究活动，明确小组成员的分工和职责。引导学生进行有效的沟通和协作，共同解决实验中遇到的问题。对小组合作情况进行评价和总结，表彰优秀团队和个人，激发学生的合作意识和团队精神。实施分层教学，关注个体差异：根据学生的学习能力和兴趣差异，实施分层教学，为不同层次的学生提供适宜的学习内容和难度。关注学困生的学习情况，提供必要的辅导和支持，帮助他们克服学习障碍，提高学习成绩。鼓励学有余力的学生参加课外科研活动或竞赛，拓宽他们的知识视野和科研经历。通过以上策略的实施，我们可以帮助学生克服学习发酵工程过程中的障碍，提高他们的学习效果和科研素养，为未来的学习和工作打下坚实的基础。四、大主题或大概念设计本单元的大主题设计为“微生物的发酵工程：探索与应用”。围绕这一主题，我们将深入探讨微生物的培养条件、分离纯化技术，以及发酵工程在医药、食品等工业领域中的广泛应用。通过本单元的学习，学生将能够理解微生物在发酵工程中的核心作用，掌握微生物培养的基本条件和方法，学会分离和纯化目标微生物的技术，并认识到发酵工程对人类社会的重要贡献。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物界的重要组成部分，它们具有独特的结构和功能，能够在特定条件下进行代谢活动。学生能够认识到微生物在发酵过程中的重要作用，理解发酵工程是通过利用微生物的特定功能来生产有用产品的过程。学生能够运用结构与功能相适应的观念，解释微生物在发酵工程中的工作原理，如微生物的代谢途径如何转化为所需的生物产品。（二）科学思维学生能够基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，理解微生物培养的基本条件和分离纯化的技术原理。学生能够运用模型与建模的方法，如通过制作微生物培养模型，来加深对微生物生长环境和代谢过程的理解。学生能够针对发酵工程中的实际问题，运用科学思维方法展开探讨，如分析发酵过程中可能出现的污染问题及其解决方案。（三）科学探究学生能够提出与发酵工程相关的生物学问题，如“如何优化微生物的培养条件以提高发酵效率？”并设计实验方案进行探究。学生能够熟练使用常见的实验器具，如显微镜、培养皿等，进行微生物的培养、观察和计数等操作。学生能够如实记录实验数据，运用多种方法分析实验结果，如通过统计软件处理微生物计数数据，得出合理的结论，并撰写实验报告与他人交流。（四）社会责任学生能够关注发酵工程在医药、食品等工业领域中的应用，认识到其在提高人类生活质量、促进经济发展等方面的重要作用。学生能够基于生物学的基本观点，辨别与发酵工程相关的伪科学信息，如识别虚假宣传的无科学依据的发酵产品。学生能够主动运用发酵工程的知识和技能，参与社会实践活动，如参与校园内的环保宣传、发酵食品的制作等，为社会做出贡献。六、大单元教学重点微生物的培养需要适宜条件：阐明微生物培养的基本条件，包括水、无机盐、碳源、氮源、生长因子等营养物质的提供，以及适宜的温度、pH值和氧气条件。介绍不同类型培养基的配方和制备方法，如液体培养基和固体培养基的制备过程。强调无菌技术在微生物培养中的重要性，包括灭菌和消毒的方法及其原理。纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得：阐述平板划线法和稀释涂布平板法等实验室中常用的微生物分离和纯化方法。介绍显微镜计数法的基本原理和操作步骤，以及如何利用血细胞计数板对微生物进行计数。通过实践活动，如分离土壤中能分解尿素的微生物，让学生掌握微生物分离和纯化的实际操作技能。发酵工程为人类提供多样的生物产品：举例说明发酵工程在医药、食品等工业领域中的广泛应用，如青霉素的生产、面包和酸奶的制作等。介绍发酵工程的基本原理和过程，包括菌种的选育、培养基的配制、发酵条件的控制以及产物的分离和纯化等步骤。引导学生关注发酵工程中的伦理问题，如转基因产品的安全性等，培养学生的社会责任感和伦理意识。七、大单元教学难点微生物培养条件的优化：如何根据学生的实验数据和观察结果，分析并优化微生物的培养条件，如调整培养基的配方、控制发酵过程的温度和pH值等，以提高发酵效率。这要求学生具备较强的数据分析和实验设计能力。微生物分离和纯化技术的掌握：学生在进行微生物分离和纯化实验时，可能会遇到污染、菌落形态不清晰等问题。这要求学生熟练掌握无菌操作技术，准确判断微生物的生长状态，并能够运用科学思维方法分析和解决实验过程中出现的问题。发酵工程原理的理解和应用：发酵工程是一个涉及多学科知识的复杂过程，要求学生具备扎实的生物学、化学和工程学基础。学生还需要将所学知识运用到实际问题的解决中，如设计发酵工艺、优化发酵条件等，这对学生的综合能力和创新能力提出了较高的要求。伦理和社会责任的培养：在发酵工程的学习过程中，学生需要关注其带来的伦理和社会问题，如转基因产品的安全性、生物武器的危害等。这要求学生具备较强的批判性思维能力，能够基于生物学的基本观点对这些问题进行理性分析和判断，并积极参与社会讨论和实践活动，为社会做出贡献。针对以上教学难点，教师可以采取以下措施加以解决：加强实验教学：通过增加实验课时、提供充足的实验材料和设备等方式，让学生有更多的机会进行实践操作，加深对微生物培养、分离纯化以及发酵工程原理的理解。开展探究式学习：引导学生提出问题、设计实验方案、收集和分析数据、得出结论等全过程，培养学生的科学探究能力和创新能力。加强跨学科整合：将生物学、化学、工程学等多学科知识进行整合，帮助学生建立全面的知识体系，提高解决复杂问题的能力。注重伦理和社会责任教育：通过案例分析、讨论交流等方式，引导学生关注发酵工程中的伦理和社会问题，培养学生的社会责任感和伦理意识。鼓励学生参与社会实践活动，将所学知识运用到实际问题的解决中。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版浙科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》的教学内容，本大单元整体教学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、技术流程及其在社会生产中的广泛应用，同时发展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。一、教学目标设定（一）生命观念形成结构与功能相适应的生命观念：学生能够理解微生物细胞的结构与其在发酵工程中的功能之间的关系，如微生物细胞壁的结构如何保护其免受外界环境的影响，细胞膜的选择透过性如何控制物质的进出，以及细胞内的酶如何催化特定的化学反应等。树立物质与能量转换的生命观念：通过探究发酵过程中物质的转化和能量的流动，学生能够理解微生物如何通过代谢活动将原料转化为有用的产品，并在此过程中实现能量的转换和传递。例如，在酒精发酵过程中，微生物将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳，同时释放能量。培养进化与适应的生命观念：学生能够认识到微生物在长期的自然选择和人工驯化过程中，逐渐形成了适应不同发酵条件的特性。例如，某些微生物能够在高温、高压或酸性环境下稳定生长，这些特性对于发酵工程的工业化生产具有重要意义。（二）科学思维培养基于事实和证据的科学思维：学生能够通过实验观察和数据分析，形成对发酵工程基本原理和技术流程的科学认识。例如，在观察微生物生长曲线的过程中，学生能够根据实验数据推断出微生物的生长规律，进而优化发酵条件。运用归纳与概括的科学思维：学生能够从多个具体的发酵工程实例中，归纳出发酵工程的一般规律和特点。例如，通过比较不同微生物在不同培养基上的生长情况，学生能够概括出微生物生长所需的基本营养物质和环境条件。运用批判性思维审视发酵工程的应用：学生能够运用所学的生物学知识，对发酵工程在社会生产中的应用进行批判性思考。例如，在讨论转基因微生物在发酵工程中的应用时，学生能够分析其利弊，并提出合理的建议和措施。（三）科学探究提高观察能力和提出问题的能力：学生能够通过观察微生物的生长过程和发酵产物的形成，提出有针对性的科学问题。例如，在观察发酵过程中pH值的变化时，学生能够提出“为什么pH值的变化会影响微生物的生长和产物的形成？”等问题。掌握实验设计和实施的能力：学生能够根据科学问题，设计并实施相应的实验方案。例如，在探究不同培养基对微生物生长的影响时，学生能够设计对照实验，选择合适的培养基和培养条件，并准确记录实验数据。提高数据分析和结果交流的能力：学生能够运用统计学方法对实验数据进行处理和分析，并以恰当的方式呈现实验结果。学生能够与同伴交流实验过程和结果，共同探讨实验中出现的问题和解决方案。（四）社会责任增强环境保护意识：学生能够认识到发酵工程在生产过程中可能产生的环境污染问题，并提出相应的解决方案。例如，在讨论发酵废液的处理时，学生能够提出通过生物降解、回收利用等方式减少环境污染的建议。关注食品安全问题：学生能够了解发酵工程在食品生产中的应用及其可能带来的食品安全问题，并提出相应的监管措施。例如，在讨论发酵乳制品的生产过程时，学生能够提出通过严格的质量控制和检测手段确保食品安全的建议。参与社会议题讨论：学生能够基于所学的生物学知识，参与社会热点议题的讨论并提出合理的观点和建议。例如，在讨论转基因食品的安全性问题时，学生能够结合所学的遗传学知识和发酵工程原理发表自己的看法并提出相应的建议。二、教学内容分析本章《发酵工程》共包括三节内容：第一节《微生物的培养需要适宜条件》、第二节《纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得》和第三节《发酵工程为人类提供多样的生物产品》。这三节内容既相互独立又相互联系，共同构成了发酵工程的基本框架。第一节微生物的培养需要适宜条件本节内容主要介绍了微生物培养所需的基本营养物质和环境条件。通过本节的学习，学生能够理解微生物细胞的结构与功能之间的关系，以及微生物在生长过程中对环境条件的适应性。学生还能够掌握培养基的配制方法和无菌操作技术，为后续的实验操作打下坚实的基础。第二节纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得本节内容主要介绍了如何从混杂的微生物群体中分离和纯化出目标微生物。通过本节的学习，学生能够掌握平板划线法和稀释涂布平板法等微生物分离和纯化的基本方法，并能够运用这些方法进行实验操作。学生还能够了解微生物计数的基本原理和方法，为后续的实验数据分析提供有力支持。第三节发酵工程为人类提供多样的生物产品本节内容主要介绍了发酵工程在医药、食品及其他工农业生产中的广泛应用。通过本节的学习，学生能够了解发酵工程的基本原理和技术流程，并认识到发酵工程在推动社会经济发展和改善人类生活质量方面的重要作用。学生还能够通过案例分析等方式深入了解发酵工程在不同领域中的具体应用情况。三、教学重难点分析教学重点微生物培养的基本营养物质和环境条件：这是理解发酵工程基本原理的基础，也是后续实验操作的前提。微生物分离和纯化的基本方法：这是获得纯净目标微生物的关键步骤，也是发酵工程成功实施的重要保障。发酵工程在不同领域中的应用：这是了解发酵工程社会价值的重要途径，也是培养学生社会责任感的重要内容。教学难点微生物生长过程的复杂性和多变性：微生物生长过程受到多种因素的影响，如温度、pH值、氧气浓度等，这些因素的变化都可能对微生物的生长和产物的形成产生影响。在教学过程中需要引导学生深入理解微生物生长过程的复杂性和多变性。发酵工程技术的综合性和应用性：发酵工程技术涉及多个学科领域的知识和技能，如微生物学、生物化学、工程学等。发酵工程技术还具有广泛的应用性，可以应用于医药、食品、化工等多个领域。在教学过程中需要注重培养学生的跨学科整合能力和实践能力。四、教学实施策略（一）创设情境，激发兴趣通过创设与发酵工程相关的真实情境，如展示发酵食品的生产过程、介绍发酵工程在医药领域的应用等，激发学生的学习兴趣和探究欲望。引导学生结合生活实际提出有针对性的科学问题，为后续的实验操作奠定基础。（二）实验探究，培养能力通过设计一系列与发酵工程相关的实验探究活动，如培养基的配制与灭菌、微生物的分离与纯化、发酵产物的检测与分析等，培养学生的实验设计和实施能力、数据分析和结果交流能力。在实验过程中，注重引导学生运用所学的生物学知识解决实际问题，提高学生的科学思维和探究能力。（三）案例分析，拓展视野通过引入发酵工程在不同领域中的具体应用案例，如青霉素的工业化生产、酸奶的制作过程等，拓展学生的视野和知识面。引导学生对案例进行深入分析和讨论，培养学生的批判性思维和跨学科整合能力。（四）合作学习，促进交流通过组织小组合作学习活动，促进学生之间的交流与合作。在小组合作学习中，学生可以共同探究科学问题、分享实验经验和心得体会、相互评价实验过程和结果等。这种合作学习方式不仅有助于提高学生的协作能力和沟通能力，还有助于培养学生的团队精神和集体荣誉感。（五）反思总结，提升素养在实验探究和案例分析等活动结束后，引导学生对所学内容进行反思和总结。通过反思和总结，学生可以深入理解发酵工程的基本原理和技术流程，形成系统的知识框架和思维方式。通过反思和总结，学生还可以认识到自己在学习过程中存在的不足和问题，并采取相应的措施进行改进和提升。五、学业评价设计（一）评价原则全面性原则：评价内容应涵盖生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等多个方面，全面反映学生的生物学学科核心素养水平。过程性原则：评价过程应注重学生的学习过程和实践经历，关注学生在实验探究、案例分析等活动中的表现和进步。主体性原则：评价主体应包括教师、学生本人和同学等多个方面，形成多元化的评价体系。激励性原则：评价结果应能够激发学生的学习兴趣和探究欲望，促进学生的全面发展。（二）评价方式课堂观察与评价：通过观察学生在课堂上的表现，如参与度、合作精神、实验操作技能等，对学生的学习过程进行评价。实验报告与评价：要求学生撰写实验报告，包括实验目的、原理、步骤、数据分析和结论等内容，对学生的实验设计和实施能力进行评价。案例分析报告与评价：要求学生撰写案例分析报告，对发酵工程在不同领域中的应用进行深入分析和讨论，对学生的批判性思维和跨学科整合能力进行评价。同伴评价与自我评价：组织学生进行同伴评价和自我评价活动，通过相互评价和交流心得体会等方式，促进学生的自我反思和进步。阶段性测试与评价：通过阶段性测试的方式对学生的学习成果进行评价，了解学生对发酵工程基本原理和技术流程的掌握情况。六、教学实施计划（一）教学准备阶段制定教学计划：根据课程标准和教学内容制定详细的教学计划，包括教学目标、教学内容、教学重难点、教学实施策略、学业评价设计等方面。准备实验器材和试剂：根据实验探究活动的需要准备相应的实验器材和试剂，确保实验活动的顺利进行。组织小组合作学习：根据学生的兴趣和能力水平组织小组合作学习活动，明确小组成员的职责和任务分工。（二）教学实施阶段创设情境，激发兴趣（第1课时）展示发酵食品的生产过程视频或图片资料。引导学生结合生活实际提出与发酵工程相关的科学问题。实验探究：培养基的配制与灭菌（第2-3课时）讲解培养基的配制方法和无菌操作技术。组织学生进行实验探究活动，配制并灭菌培养基。引导学生观察培养基的灭菌效果并进行数据分析。实验探究：微生物的分离与纯化（第4-5课时）讲解平板划线法和稀释涂布平板法等微生物分离和纯化的基本方法。组织学生进行实验探究活动，分离和纯化目标微生物。引导学生观察微生物的生长情况并进行数据分析。案例分析：发酵工程在不同领域中的应用（第6-7课时）引入发酵工程在不同领域中的具体应用案例。组织学生进行案例分析和讨论活动。引导学生撰写案例分析报告并进行交流分享。合作学习：发酵产物的检测与分析（第8-9课时）讲解发酵产物的检测方法和原理。组织学生进行合作学习活动，检测和分析发酵产物。引导学生撰写实验报告并进行交流分享。反思总结与提升素养（第10课时）组织学生进行反思总结活动，回顾整个单元的学习过程和收获。引导学生撰写自我反思报告并进行交流分享。针对学生在学习过程中存在的不足和问题提出相应的改进措施和建议。（三）教学评估与反馈阶段收集和分析学业评价数据：收集学生的实验报告、案例分析报告、自我反思报告以及阶段性测试成绩等数据进行分析和评价。提供反馈意见和指导建议：根据学生的学业评价数据提供针对性的反馈意见和指导建议，帮助学生明确自己的优点和不足并制定相应的改进计划。调整和优化教学实施计划：根据教学评估结果和反馈意见调整和优化教学实施计划，提高教学效果和学生的学习成果。通过以上教学实施计划的制定和实施，本大单元整体教学思路旨在引导学生深入理解发酵工程的基本原理和技术流程，发展学生的生物学学科核心素养，同时培养学生的实践能力和创新精神。在教学过程中注重创设真实情境、激发学习兴趣、注重实验探究和案例分析等方面的教学实施策略的运用，以及全面、过程性、主体性和激励性评价原则的遵循，以期达到良好的教学效果和学习成果。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版浙科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》的教学内容，我们设计了全面的学业评价体系。该体系旨在通过多元化的评价方式，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学科核心素养发展水平。以下是对本章教学内容（第一节微生物的培养需要适宜条件第二节纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得第三节发酵工程为人类提供多样的生物产品本章小结）的学业评价设计。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结构与其功能之间的关系，如细胞膜的选择透过性、质粒在基因工程中的作用等。进化与适应观：学生能够认识到微生物通过自然选择和遗传变异适应不同环境，理解微生物在发酵工程中的应用是基于其独特的代谢特性。物质与能量观：学生能够阐述微生物在发酵过程中物质转化和能量流动的基本原理，如葡萄糖通过糖酵解途径转化为酒精和二氧化碳的过程。稳态与平衡观：学生能够理解微生物在培养过程中需要维持内部环境的稳态，如通过调节pH值、氧气浓度等参数来优化微生物的生长条件。（二）科学思维归纳与概括：学生能够基于微生物培养的实验数据，归纳出不同微生物生长的最适条件，如温度、pH值、营养物质等。演绎与推理：学生能够根据微生物的代谢特性，推理出其在特定发酵过程中的作用，如乳酸菌在酸奶发酵中的作用。模型与建模：学生能够利用数学模型描述微生物生长曲线，预测微生物在不同条件下的生长情况。批判性思维：学生能够批判性地评估不同发酵工艺的优缺点，提出改进建议。创造性思维：学生能够结合所学知识，创造性地设计新的发酵工艺或产品。（三）科学探究提出问题：学生能够针对微生物培养或发酵工程中的实际问题，提出具有探究价值的问题。设计实验：学生能够设计并实施微生物培养或发酵实验，包括实验目的、原理、材料、步骤和预期结果等。收集和分析数据：学生能够准确地收集实验数据，并运用统计方法进行分析，得出科学结论。交流与合作：学生能够与小组成员有效沟通，共同解决实验过程中遇到的问题，分享实验成果。（四）社会责任环保意识：学生能够认识到发酵工程在生产过程中可能产生的环境污染问题，提出环保措施。健康意识：学生能够理解发酵食品的营养价值和健康益处，倡导健康饮食方式。伦理意识：学生能够讨论发酵工程中涉及的伦理问题，如转基因微生物的安全性、生物武器的禁用等。社会参与：学生能够利用所学知识，参与社区的生物技术科普活动，提高公众对生物技术的认识。二、学习目标设定（一）微生物的培养需要适宜条件生命观念：理解微生物细胞的结构与功能，认识微生物生长的环境因素。科学思维：分析不同微生物生长的最适条件，运用模型描述微生物生长曲线。科学探究：设计并实施微生物培养实验，收集和分析数据，得出科学结论。社会责任：认识微生物培养在生物技术产业中的重要性，关注环保和健康问题。（二）纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得生命观念：理解微生物的代谢特性和遗传变异规律。科学思维：运用无菌技术分离和纯化目标微生物，评估不同分离方法的优缺点。科学探究：实施微生物分离和纯化实验，掌握实验技能和数据处理方法。社会责任：讨论微生物分离和纯化在食品安全和医疗领域的应用，关注伦理问题。（三）发酵工程为人类提供多样的生物产品生命观念：理解发酵过程中微生物的代谢途径和产物形成机制。科学思维：分析发酵工程在不同领域的应用案例，评估其经济和社会价值。科学探究：设计并实施发酵实验，优化发酵工艺条件，提高产物产量和质量。社会责任：认识发酵工程在可持续发展中的作用，倡导绿色生产和生活方式。（四）本章小结生命观念：总结微生物培养、分离纯化和发酵工程的基本原理和应用价值。科学思维：综合运用所学知识，解决生物技术领域的实际问题。科学探究：反思实验过程，提出改进建议，提高实验设计和操作能力。社会责任：关注生物技术的社会影响，积极参与生物技术的科普和推广工作。三、评价目标设定（一）生命观念评价内容：学生是否理解微生物细胞的结构与功能、生长的环境因素、代谢途径和产物形成机制等生命观念。评价方式：通过观察学生在实验中的操作、讨论和报告，评估其对生命观念的理解程度。评价标准：学生能够准确描述微生物细胞的结构与功能，分析微生物生长的环境因素，阐述发酵过程中微生物的代谢途径和产物形成机制。（二）科学思维评价内容：学生是否具备归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维和创造性思维等科学思维能力。评价方式：通过实验设计、数据分析、讨论和报告等环节，评估学生的科学思维能力。评价标准：学生能够基于实验数据归纳出科学结论，运用模型描述微生物生长曲线，批判性地评估不同发酵工艺的优缺点，创造性地设计新的发酵工艺或产品。（三）科学探究评价内容：学生是否具备提出问题、设计实验、收集和分析数据、交流与合作等科学探究能力。评价方式：通过实验操作、小组讨论、报告撰写和展示等环节，评估学生的科学探究能力。评价标准：学生能够针对微生物培养或发酵工程中的实际问题提出具有探究价值的问题，设计并实施科学的实验方案，准确地收集和分析数据，与小组成员有效沟通并分享实验成果。（四）社会责任评价内容：学生是否具备环保意识、健康意识、伦理意识和社会参与等社会责任感。评价方式：通过讨论、辩论、科普活动和社会实践等环节，评估学生的社会责任感。评价标准：学生能够认识到发酵工程在生产过程中可能产生的环境污染问题并提出环保措施，理解发酵食品的营养价值和健康益处并倡导健康饮食方式，讨论发酵工程中涉及的伦理问题并提出解决建议，积极参与社区的生物技术科普活动并提高公众对生物技术的认识。四、具体评价实施（一）实验报告评价评价内容：实验目的、原理、材料、步骤、结果和结论等。评价标准：实验目的是否明确具体；实验原理是否准确清晰；实验材料是否齐全合适；实验步骤是否规范合理；实验结果是否准确可靠；实验结论是否科学严谨。评价方式：教师批改实验报告，给予评分和反馈意见。（二）实验操作评价评价内容：无菌技术操作、微生物培养、分离纯化、发酵工艺等。评价标准：无菌技术操作是否规范熟练；微生物培养条件是否控制得当；分离纯化方法是否正确有效；发酵工艺是否优化合理。评价方式：教师现场观察学生的实验操作过程，给予评分和即时反馈。（三）小组讨论评价评价内容：小组成员的参与度、合作情况、讨论质量和问题解决能力等。评价标准：小组成员是否积极参与讨论；合作是否默契有效；讨论是否深入透彻；问题是否得到解决。评价方式：教师根据小组讨论的录音或录像资料进行评估打分。（四）科普活动评价评价内容：科普活动的内容、形式、受众反馈和社会影响等。评价标准：科普活动内容是否准确科学；形式是否新颖多样；受众反馈是否积极正面；社会影响是否广泛深远。评价方式：教师收集科普活动的相关资料和受众反馈意见进行评估打分。五、总结与反思通过本章的学业评价设计，我们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学科核心素养发展水平。我们也注重评价方式的多元化和评价标准的科学化，以确保评价的公正性和有效性。在实施评价过程中，我们将根据学生的实际表现给予及时的反馈和指导，帮助他们不断提高自身的生物学学科核心素养。我们还将定期对评价体系进行反思和改进，以适应生物学课程改革和发展的需要。十、大单元实施思路及教学结构图一、大单元实施思路根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，以及浙科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》的教学内容，本大单元的实施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、技术流程及其在生产生活中的应用，同时培养学生的生物学学科核心素养。具体实施思路如下：引入与情境创设：通过生活中的实际案例，如青霉素的工业化生产、传统发酵食品的制作等，引入发酵工程的概念，激发学生的学习兴趣和探究欲望。理论知识学习：微生物的培养条件：讲解微生物生长所需的基本条件，包括水、无机盐、碳源、氮源、生长因子等，以及培养基的配制和灭菌技术。微生物的分离与纯化：介绍平板划线法、稀释涂布平板法等微生物分离纯化技术，通过实验演示和学生操作，让学生掌握这些基本技能。发酵工程的应用：阐述发酵工程在医药、食品、农业等领域的应用，结合具体案例，让学生理解发酵工程的社会价值和经济意义。实验探究与操作：微生物培养实验：组织学生进行微生物培养实验，通过亲手操作，加深对微生物生长条件的理解。微生物分离纯化实验：指导学生进行微生物的分离纯化实验，如利用平板划线法或稀释涂布平板法分离土壤中的尿素分解菌。发酵工程产品制作：引导学生利用酵母菌等微生物制作果酒、果醋等发酵食品，体验发酵工程的实际应用。讨论与交流：小组讨论：组织学生就发酵工程的相关问题进行小组讨论，如发酵工程在环境保护中的作用、发酵工程产品的安全性等。全班交流：鼓励学生就小组讨论的结果进行全班交流，分享自己的观点和见解。总结与反思：知识总结：对本单元的知识点进行总结梳理，形成知识体系。学习反思：引导学生对自己的学习过程进行反思，总结学习方法和经验。评价与反馈：过程性评价：通过观察学生的课堂表现、实验操作、小组讨论等情况，给予及时的评价和反馈。终结性评价：通过书面测试、实验报告等方式，评价学生的学习成果。二、教学目标设定（一）生命观念结构与功能观：理解微生物细胞的结构与功能关系，认识到微生物细胞各部分结构在生命活动中的作用。物质与能量观：理解微生物生长所需的物质和能量来源，以及发酵过程中物质和能量的转化过程。进化与适应观：认识到微生物在长期的进化过程中，形成了适应不同环境的生存策略。稳态与平衡观：理解微生物在生长过程中需要维持内环境的稳态和平衡，以及发酵过程中如何控制环境条件以维持微生物的稳定生长。（二）科学思维归纳与概括：能够从微生物生长的条件、分离纯化的方法、发酵工程的应用等案例中，归纳出一般性的规律和原理。演绎与推理：能够根据已知的微生物生长条件和分离纯化方法，推理出未知微生物的培养和纯化策略。模型与建模：能够建立微生物生长和发酵过程的数学模型，通过模型预测和解释实验现象。批判性思维：能够对发酵工程的相关观点和结论进行批判性思考，提出自己的见解和质疑。创造性思维：能够在发酵工程的应用中，提出新的想法和创意，解决实际问题。（三）科学探究问题发现：能够从日常生活和实验中，发现与发酵工程相关的问题，并提出探究性的课题。实验设计：能够根据探究课题，设计合理的实验方案，包括实验目的、原理、材料、步骤等。数据收集与分析：能够准确收集实验数据，并运用适当的统计方法对数据进行分析和处理。结果交流与讨论：能够以口头或书面的形式，清晰地表达实验结果和结论，并与他人进行交流和讨论。（四）社会责任环境意识：认识到发酵工程在环境保护中的重要作用，积极参与环保活动。健康意识：了解发酵工程产品在食品安全和健康方面的意义，选择健康的生活方式。社会参与：关注发酵工程在社会生产和生活中的应用，积极参与相关社会议题的讨论和决策。伦理道德：理解生物技术伦理的基本原则，遵守生物技术的伦理规范。三、教学结构图发酵工程|||微生物培养纯净微生物获得||适宜条件分离纯化技术||培养基配制平板划线法灭菌技术稀释涂布平板法||微生物生长目标微生物纯化||环境条件控制实验操作技能||发酵工程应用实验报告撰写||医药领域小组讨论交流食品工业全班汇报分享农业生产知识总结梳理||环境保护学习反思评价|过程性反馈|终结性测试四、具体教学实施步骤第一课时：微生物的培养需要适宜条件教学环节：引入新课：通过展示青霉素的工业化生产过程视频，引入发酵工程的概念。提问：青霉素是如何通过发酵工程生产的？引导学生思考微生物在发酵工程中的作用。新知讲授：讲解微生物生长所需的基本条件，包括水、无机盐、碳源、氮源、生长因子等。介绍培养基的配制方法，包括液体培养基和固体培养基的配制步骤。演示灭菌技术的操作过程，讲解灭菌的原理和重要性。实验操作：组织学生进行微生物培养实验，包括培养基的配制、灭菌、接种等步骤。指导学生观察微生物的生长情况，记录实验数据。小组讨论：组织学生就微生物生长的条件进行小组讨论，分享实验观察和记录的数据。引导学生总结微生物生长的基本规律。课堂总结：对本节课的知识点进行总结梳理，强调微生物生长条件的重要性。布置课后作业：预习微生物的分离与纯化技术。教学反思：通过实验操作和小组讨论，学生对微生物生长的条件有了更直观的认识和理解。需要进一步加强对学生实验操作的指导和监督，确保实验的安全性和准确性。第二课时：纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得教学环节：复习旧知：提问：微生物生长需要哪些基本条件？引导学生回顾上节课的内容。新知讲授：介绍微生物的分离与纯化技术，包括平板划线法、稀释涂布平板法等。讲解这些技术的原理、步骤和注意事项。实验操作：组织学生进行微生物的分离与纯化实验，如利用平板划线法分离土壤中的尿素分解菌。指导学生观察实验现象，记录实验结果。全班交流：鼓励学生就实验结果进行全班交流，分享自己的实验体会和收获。引导学生讨论实验中遇到的问题和解决方法。知识拓展：介绍微生物在环境保护、食品安全等领域的应用案例。引导学生思考微生物技术在未来可能的发展方向。课堂总结：对本节课的知识点进行总结梳理，强调微生物分离与纯化技术的重要性。布置课后作业：预习发酵工程的应用。教学反思：通过实验操作和全班交流，学生对微生物的分离与纯化技术有了更深入的理解。需要进一步加强对学生实验操作的规范和指导，提高实验的成功率。第三课时：发酵工程为人类提供多样的生物产品教学环节：复习旧知：提问：微生物的分离与纯化有哪些常用方法？引导学生回顾上节课的内容。新知讲授：介绍发酵工程在医药、食品、农业等领域的应用案例。讲解发酵工程的基本原理和技术流程。实验操作：组织学生利用酵母菌等微生物制作果酒、果醋等发酵食品。指导学生观察发酵过程的变化，记录实验数据。小组讨论：组织学生就发酵工程的应用进行小组讨论，分享自己的实验体会和收获。引导学生思考发酵工程在社会生产和生活中的重要作用。知识总结：对本节课的知识点进行总结梳理，强调发酵工程的应用价值。引导学生总结发酵工程的基本原理和技术流程。布置作业：要求学生撰写实验报告，总结实验过程和结果。预习下节课的内容：发酵工程的伦理与社会责任。教学反思：通过实验操作和小组讨论，学生对发酵工程的应用有了更全面的认识。需要进一步加强对学生实验报告的撰写指导，提高学生的写作能力。第四课时：发酵工程的伦理与社会责任教学环节：复习旧知：提问：发酵工程在哪些领域有重要应用？引导学生回顾上节课的内容。新知讲授：介绍生物技术的伦理原则和规范。讲解发酵工程在伦理和社会责任方面的考虑因素。全班讨论：组织学生就发酵工程的伦理和社会责任进行全班讨论。引导学生思考发酵工程在环境保护、食品安全等方面的潜在风险和挑战。案例分析：提供一些发酵工程相关的伦理案例，引导学生进行分析和讨论。引导学生思考如何平衡发酵工程的发展与社会责任之间的关系。课堂总结：对本节课的知识点进行总结梳理，强调发酵工程的伦理和社会责任。引导学生总结自己在学习发酵工程过程中的收获和体会。布置作业：要求学生撰写一篇关于发酵工程伦理与社会责任的小论文。预习下章节的内容。教学反思：通过全班讨论和案例分析，学生对发酵工程的伦理和社会责任有了更深入的理解。需要进一步加强对学生论文撰写的指导，提高学生的写作能力和思考能力。通过以上四个课时的教学实施，学生不仅能够掌握发酵工程的基本原理和技术流程，还能够深入理解发酵工程在社会生产和生活中的应用价值，以及发酵工程在伦理和社会责任方面的考虑因素。通过实验操作、小组讨论、全班交流等多样化的教学方式，学生的生物学学科核心素养得到了全面的提升。十一、大情境、大任务创设一、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，结合2019版浙科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》的教学内容，本章节的教学目标设定如下：（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关系，认识到微生物细胞各部分结构在生命活动中的作用，如细胞膜的选择透过性、细胞质中的代谢活动、细胞核中的遗传物质存储等。物质与能量观：学生能够理解微生物生长所需的物质和能量来源，以及发酵过程中物质和能量的转化过程。例如，微生物如何利用培养基中的碳源、氮源等营养物质进行生长繁殖，并在发酵过程中产生特定的代谢产物。进化与适应观：学生能够认识到微生物在长期的进化过程中，形成了适应不同环境的生存策略。通过了解不同微生物对环境的适应机制，学生能够理解生物多样性和生态平衡的维持机制。稳态与平衡观：学生能够理解微生物在生长过程中需要维持内环境的稳态和平衡，以及发酵过程中如何控制环境条件以维持微生物的稳定生长。例如，通过调节培养基的pH值、温度、溶氧量等参数，优化微生物的生长环境。（二）科学思维归纳与概括：学生能够从微生物生长的条件、分离纯化的方法、发酵工程的应用等案例中，归纳出一般性的规律和原理。例如，通过分析不同微生物的生长需求，概括出微生物培养的一般条件。演绎与推理：学生能够根据已知的微生物生长条件和分离纯化方法，推理出未知微生物的培养和纯化策略。例如，根据已知微生物的代谢特性，推理出适合其生长的培养基配方和纯化方法。模型与建模：学生能够建立微生物生长和发酵过程的数学模型，通过模型预测和解释实验现象。例如，利用种群增长模型预测微生物在培养过程中的数量变化。批判性思维：学生能够对发酵工程的相关观点和结论进行批判性思考，提出自己的见解和质疑。例如，对某种发酵产品的生产工艺进行分析，提出改进建议或指出潜在的问题。创造性思维：学生能够在发酵工程的应用中，提出新的想法和创意，解决实际问题。例如，设计新的发酵工艺或开发新的发酵产品。（三）科学探究问题发现：学生能够从日常生活和实验中，发现与发酵工程相关的问题，并提出探究性的课题。例如，发现某种发酵产品的品质不稳定问题，提出探究其影响因素的课题。实验设计：学生能够根据探究课题，设计合理的实验方案，包括实验目的、原理、材料、步骤等。例如，设计实验探究不同培养基配方对微生物生长的影响。数据收集与分析：学生能够准确收集实验数据，并运用适当的统计方法对数据进行分析和处理。例如，利用图表展示微生物在不同条件下的生长曲线，并分析其生长规律。结果交流与讨论：学生能够以口头或书面的形式，清晰地表达实验结果和结论，并与他人进行交流和讨论。例如，撰写实验报告或进行口头汇报，分享自己的研究成果和心得体会。（四）社会责任环境意识：学生能够认识到发酵工程在环境保护中的重要作用，积极参与环保活动。例如，了解发酵工程在生物降解有机废物、减少环境污染等方面的应用，并积极参与相关环保活动。健康意识：学生能够了解发酵工程产品在食品安全和健康方面的意义，选择健康的生活方式。例如，了解发酵食品的营养价值和健康益处，并养成食用发酵食品的习惯。社会参与：学生能够关注发酵工程在社会生产和生活中的应用，积极参与相关社会议题的讨论和决策。例如，参与发酵工程技术的发展和应用研究，为相关政策的制定提供科学依据和建议。伦理道德：学生能够理解生物技术伦理的基本原则，遵守生物技术的伦理规范。例如，在发酵工程的研究和应用中，遵守实验动物福利伦理、生物安全伦理等规范。二、大情境与大任务创设（一）大情境在一个快速发展的现代社会中，生物技术作为21世纪的前沿科技之一，正深刻改变着人类的生产和生活方式。发酵工程作为生物技术的重要组成部分，广泛应用于医药、食品、农业等多个领域，为人类提供了丰富的生物产品。随着生物技术的不断发展，如何高效、安全地利用发酵工程生产有价值的生物产品，成为了摆在我们面前的一个重要课题。在本章节的教学中，我们将以“发酵工程的应用与探索”为大情境，通过引入实际生活中的发酵工程案例，引导学生深入理解发酵工程的基本原理、技术流程及其在生产生活中的应用价值。我们还将关注发酵工程在伦理和社会责任方面的考虑因素，培养学生的生物学学科核心素养。（二）大任务基于上述大情境，我们设计了以下大任务：“探究发酵工程在医药领域的应用与价值”。具体任务如下：任务背景：随着生物技术的不断发展，发酵工程在医药领域的应用日益广泛。通过发酵工程，我们可以生产各种生物活性物质，如抗生素、疫苗、生物酶等，为人类健康事业做出了巨大贡献。如何高效、安全地利用发酵工程生产医药产品，仍然是一个亟待解决的问题。任务目标：（1）了解发酵工程在医药领域的应用现状和发展趋势。（2）掌握发酵工程生产医药产品的基本原理和技术流程。（3）通过实验探究，验证发酵工程在医药产品生产中的可行性和有效性。（4）分析发酵工程在医药产品生产中的伦理和社会责任问题，提出合理的解决方案。任务内容：（1）文献调研：引导学生查阅相关文献，了解发酵工程在医药领域的应用现状和发展趋势。重点关注抗生素、疫苗等生物活性物质的生产方法和应用效果。（2）理论学习：讲解发酵工程生产医药产品的基本原理和技术流程。包括微生物的培养条件、分离纯化技术、发酵工艺控制等内容。通过实验演示和学生操作，让学生掌握这些基本技能。（3）实验探究：组织学生进行发酵工程生产医药产品的实验探究。以青霉素的生产为例，设计实验方案，包括培养基的配制、灭菌、接种、发酵条件控制等步骤。指导学生观察实验现象，记录实验数据，并运用适当的统计方法对数据进行分析和处理。（4）伦理与社会责任分析：引导学生分析发酵工程在医药产品生产中的伦理和社会责任问题。重点关注实验动物福利、生物安全、知识产权保护等方面的问题。组织学生进行全班讨论，分享自己的观点和见解，并提出合理的解决方案。（5）成果展示与交流：要求学生撰写实验报告或制作PPT，总结实验过程和结果。组织学生进行全班汇报分享，展示自己的研究成果和心得体会。鼓励学生与他人进行交流和讨论，共同探讨发酵工程在医药领域的应用前景和挑战。任务实施步骤：（1）任务导入：通过展示青霉素的工业化生产过程视频或图片，引入发酵工程在医药领域的应用话题。提问学生：青霉素是如何通过发酵工程生产的？引导学生思考微生物在发酵工程中的作用和价值。（2）文献调研与理论学习：安排学生利用课余时间查阅相关文献，了解发酵工程在医药领域的应用现状和发展趋势。在课堂上，讲解发酵工程生产医药产品的基本原理和技术流程，并通过实验演示和学生操作，让学生掌握这些基本技能。（3）实验设计与准备：指导学生设计实验方案，包括培养基的配制、灭菌、接种、发酵条件控制等步骤。准备好实验所需的材料和设备，确保实验的顺利进行。（4）实验探究与数据收集：组织学生进行实验探究，观察实验现象，记录实验数据。在实验过程中，及时给予学生指导和帮助，确保实验的安全性和准确性。（5）数据分析与处理：引导学生运用适当的统计方法对实验数据进行分析和处理，得出实验结论。鼓励学生对实验结果进行解释和讨论，提出自己的见解和质疑。（6）伦理与社会责任分析：组织学生就发酵工程在医药产品生产中的伦理和社会责任问题进行全班讨论。引导学生思考实验动物福利、生物安全、知识产权保护等方面的问题，并提出合理的解决方案。（7）成果展示与交流：要求学生撰写实验报告或制作PPT，总结实验过程和结果。组织学生进行全班汇报分享，展示自己的研究成果和心得体会。鼓励学生与他人进行交流和讨论，共同探讨发酵工程在医药领域的应用前景和挑战。（8）任务总结与反思：对本章节的教学内容进行总结梳理，形成知识体系。引导学生对自己的学习过程进行反思，总结学习方法和经验。收集学生的反馈意见，为今后的教学改进提供参考。通过以上大情境与大任务的创设与实施，学生不仅能够掌握发酵工程的基本原理和技术流程，还能够深入理解发酵工程在医药领域的应用价值和社会责任。通过实验操作、文献调研、伦理分析等多种方式的学习，学生的生物学学科核心素养得到了全面的提升。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：第一章发酵工程课时设计：第一课时：微生物的培养需要适宜条件第二课时：纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得第三课时：发酵工程为人类提供多样的生物产品第四课时：发酵工程的伦理与社会责任（此课时虽在资料中未直接对应章节内容，但为完善单元学历案，特增加此课时，以全面覆盖发酵工程的教学内容）（二）学习目标教学目标生命观念：学生能够理解微生物细胞的结构与功能关系，认识到微生物细胞各部分结构在生命活动中的作用。学生能够理解微生物生长所需的物质和能量来源，以及发酵过程中物质和能量的转化过程。学生能够认识到微生物在长期的进化过程中，形成了适应不同环境的生存策略。学生能够理解微生物在生长过程中需要维持内环境的稳态和平衡，以及发酵过程中如何控制环境条件以维持微生物的稳定生长。科学思维：学生能够从微生物生长的条件、分离纯化的方法、发酵工程的应用等案例中，归纳出一般性的规律和原理。学生能够根据已知的微生物生长条件和分离纯化方法，推理出未知微生物的培养和纯化策略。学生能够建立微生物生长和发酵过程的数学模型，进行简单的模拟和预测。科学探究：学生能够针对发酵工程中的具体问题，提出科学探究的问题，并设计实验方案进行探究。学生能够正确使用实验器材，进行微生物的培养、分离和纯化实验，记录和分析实验数据。学生能够与他人合作，进行小组讨论和全班交流，分享自己的观点和见解。社会责任：学生能够关注发酵工程在社会生产和生活中的应用，积极参与相关社会议题的讨论和决策。学生能够认识到发酵工程在环境保护、食品安全等方面的潜在风险和挑战，提出合理的解决方案。学生能够树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，形成生态意识，参与环境保护实践。学习目标设定第一课时：学生能够说出微生物培养所需的基本条件，包括水、无机盐、碳源、氮源、生长因子等。学生能够描述培养基的配制和灭菌技术，理解其重要性。学生能够通过实验观察微生物在不同培养基上的生长情况，理解培养基成分对微生物生长的影响。第二课时：学生能够概述平板划线法和稀释涂布平板法这两种微生物分离和纯化的常用方法。学生能够通过实验操作，利用平板划线法或稀释涂布平板法从混杂的微生物中分离出目标微生物。学生能够计算微生物的数量，理解微生物计数的基本原理和方法。第三课时：学生能够列举出发酵工程在医药、食品、农业等领域的重要应用实例。学生能够理解发酵工程的基本原理和技术流程，包括微生物的筛选、培养、发酵、提取和纯化等步骤。学生能够分析发酵工程产品的生产过程，理解其经济和社会效益。第四课时：学生能够介绍生物技术的伦理原则和规范，理解发酵工程在伦理和社会责任方面的考虑因素。学生能够就发酵工程的伦理和社会责任进行全班讨论，提出自己的观点和见解。学生能够撰写一篇关于发酵工程伦理与社会责任的小论文，展示其对发酵工程伦理问题的深入思考。（三）评价任务第一课时评价任务：课堂观察：观察学生是否认真听讲，是否积极参与课堂讨论，是否能够正确回答教师提出的问题。实验操作：评价学生配制培养基和进行灭菌技术的实验操作是否规范、准确。实验报告：要求学生撰写实验报告，评价其对实验过程的描述是否清晰、准确，对实验结果的分析是否合理。第二课时评价任务：课堂测试：通过选择题或填空题的形式，测试学生对微生物分离和纯化方法的理解程度。实验操作：评价学生利用平板划线法或稀释涂布平板法进行微生物分离和纯化的实验操作是否规范、准确。小组讨论：观察学生在小组讨论中的表现，评价其是否能够积极参与讨论，是否能够提出有价值的观点。第三课时评价任务：案例分析：提供发酵工程在医药、食品、农业等领域的应用案例，要求学生分析并撰写案例分析报告。课堂问答：通过提问的形式，检查学生对发酵工程基本原理和技术流程的理解程度。小组汇报：要求学生以小组为单位，就发酵工程在某一领域的应用进行汇报，评价其汇报内容的准确性和条理性。第四课时评价任务：全班讨论：观察学生在全班讨论中的表现，评价其是否能够积极参与讨论，是否能够提出有深度的观点。小论文撰写：评价学生撰写的小论文是否逻辑清晰、论据充分、观点鲜明。课堂展示：要求学生就自己的小论文进行课堂展示，评价其展示内容的准确性和表达能力。（四）学习过程第一课时：微生物的培养需要适宜条件引入新课：通过生活中的实际案例，如酸奶的制作过程，引入微生物培养的话题。讲授新知：讲解微生物培养所需的基本条件，包括水、无机盐、碳源、氮源、生长因子等。介绍培养基的配制方法和灭菌技术。实验操作：学生分组进行培养基的配制和灭菌实验。观察不同培养基上微生物的生长情况。课堂总结：总结本节课的学习内容，强调微生物培养条件的重要性。第二课时：纯净的目标微生物可通过分离和纯化获得复习旧知：回顾上节课学习的微生物培养条件。讲授新知：概述平板划线法和稀释涂布平板法这两种微生物分离和纯化的常用方法。介绍微生物计数的基本原理和方法。实验操作：学生分组进行平板划线法或稀释涂布平板法实验，从混杂的微生物中分离出目标微生物。计算微生物的数量。课堂总结：总结本节课的学习内容，强调微生物分离和纯化的重要性。第三课时：发酵工程为人类提供多样的生物产品复习旧知：回顾上节课学习的微生物分离和纯化方法。讲授新知：列举发酵工程在医药、食品、农业等领域的重要应用实例。介绍发酵工程的基本原理和技术流程。案例分析：提供发酵工程在某一领域的应用案例，要求学生分析并撰写案例分析报告。小组汇报：学生以小组为单位，就发酵工程在某一领域的应用进行汇报。课堂总结：总结本节课的学习内容，强调发酵工程的重要性和应用价值。第四课时：发酵工程的伦理与社会责任复习旧知：回顾上节课学习的发酵工程基本原理和技术流程。讲授新知：介绍生物技术的伦理原则和规范。讲解发酵工程在伦理和社会责任方面的考虑因素。全班讨论：组织学生就发酵工程的伦理和社会责任进行全班讨论。案例分析：提供一些发酵工程相关的伦理案例，引导学生进行分析和讨论。小论文撰写：要求学生撰写一篇关于发酵工程伦理与社会责任的小论文。课堂展示：要求学生就自己的小论文进行课堂展示。课堂总结：总结本节课的学习内容，强调发酵工程伦理与社会责任的重要性。（五）作业与检测第一课时作业：配制一种培养基，并进行灭菌处理。观察并记录不同微生物在该培养基上的生长情况。第二课时作业：利用平板划线法或稀释涂布平板法从混杂的微生物中分离出目标微生物，并计算其数量。第三课时作业：分析一个发酵工程在某一领域的应用案例，并撰写案例分析报告。第四课时作业：撰写一篇关于发酵工程伦理与社会责任的小论文。单元检测：设计一份包含选择题、填空题、简答题和案例分析题的单元检测试卷，全面考查学生对发酵工程单元内容的掌握情况。（六）学后反思学生反思：要求学生撰写学后反思报告，总结自己在发酵工程单元学习中的收获和体会。反思自己在实验操作、小组讨论、全班交流等环节中的表现，提出改进措施。教师反思：教师根据学生的学习情况和课堂表现，反思自己的教学方法和策略是否得当。分析学生在单元检测中的答题情况，找出学生在知识点掌握上的薄弱环节，以便在后续教学中进行有针对性的辅导和强化。总结本单元教学的