果酒制作實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)在教學(xué)中的深刻滲透，對(duì)于高中生物教學(xué)來(lái)說(shuō)，新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笤絹?lái)越高，這也就突出了生物實(shí)驗(yàn)教育對(duì)于培養(yǎng)高中學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要性。通過(guò)對(duì)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)可以提高實(shí)驗(yàn)效率，幫助學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其結(jié)果進(jìn)行分析、討論和評(píng)價(jià)，利用實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的過(guò)程還可以有效幫助學(xué)生成長(zhǎng)為更加細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)、勇敢的人。選取了浙科版《高中生物選修1》中第三部分《生物技術(shù)在實(shí)物加工中的應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)8中果酒及果醋的制作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中還存在著一些問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化和改善促使實(shí)驗(yàn)得到了相應(yīng)的改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也得到了明顯的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：果酒制作；實(shí)驗(yàn)課；活動(dòng)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)高中生物教材的分析可以發(fā)現(xiàn)，在選修1這本教材中，其教學(xué)目標(biāo)主要是以“學(xué)生為主體”為重點(diǎn)，要求高中生物教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)踐來(lái)學(xué)習(xí)科研，幫助學(xué)生強(qiáng)化如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作和收集證據(jù)等科研能力。在本課程中，學(xué)生需要復(fù)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，確定細(xì)菌的種類，細(xì)菌的來(lái)源，果酒和醋的生產(chǎn)原理，根據(jù)案例分析找出問(wèn)題。高中生物教師應(yīng)該詳細(xì)設(shè)置和積極探索創(chuàng)新教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，從而更好地幫助學(xué)生和指導(dǎo)學(xué)生。本單元的教學(xué)要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)合理的果酒和果醋生產(chǎn)設(shè)備，學(xué)會(huì)充分利用釀酒經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真體驗(yàn)生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)教師還要鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)踐技能，拓展和加深他們對(duì)釀造過(guò)程的了解。

1教學(xué)分析

1.1教材分析

浙科版《高中生物選修1》中第三部分《生物技術(shù)在實(shí)物加工中的應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)8中果酒及果醋的制作。

1.2學(xué)情分析

從競(jìng)爭(zhēng)力的角度看，現(xiàn)如今大多數(shù)處于高中階段的學(xué)生，其知識(shí)基礎(chǔ)都較為扎實(shí)，思維也更加敏捷，同時(shí)相較于中小學(xué)階段，其求知欲也更加強(qiáng)烈，對(duì)于新鮮的實(shí)驗(yàn)擁有較強(qiáng)的好奇心和探究欲望，另外還有豐富的課外知識(shí)和深入的思考能力。因此，高中階段的學(xué)生通常都具有一定的自主學(xué)習(xí)能力。但是，高中學(xué)生還是具有一定的局限性，比如說(shuō)由于學(xué)生的知識(shí)和能力有限，邏輯思維還處于發(fā)展階段，他們還需要增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力和創(chuàng)新意識(shí)。因此，高中生物教師需要更新自己的教學(xué)理念，開展快速教學(xué)，創(chuàng)造以問(wèn)題為中心的新課堂，爭(zhēng)取使學(xué)生成為課堂主人的教學(xué)模式。從知識(shí)儲(chǔ)備的角度看，通過(guò)生物教學(xué)，學(xué)生可以更好地了解酵母細(xì)胞的攝取，學(xué)習(xí)制作果酒和果醋的基本知識(shí)。但高中生學(xué)制尚未完成，實(shí)際操作能力還較弱，釀造過(guò)程中的發(fā)酵條件還難以管理。

1.3教學(xué)條件分析

學(xué)校有一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)室，設(shè)備齊全，條件優(yōu)越，易于獲得秋季實(shí)驗(yàn)材料。此外，本課題的實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單、操作方便、風(fēng)險(xiǎn)小，所以本課程教學(xué)嘗試讓學(xué)生手工釀酒。

根據(jù)本校學(xué)生目前的學(xué)情以及生源質(zhì)量，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前的如下學(xué)生活動(dòng)：由學(xué)生自行設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置，或者改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，收集可用于該實(shí)驗(yàn)并來(lái)自生活中常見的材料、網(wǎng)上的資料、商品圖等。收集并匯總學(xué)生的設(shè)計(jì)，可歸類為3組裝置設(shè)計(jì)：第一組為簡(jiǎn)易裝置組，主要為學(xué)生設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單、易獲取、成本低的簡(jiǎn)易裝置，課堂展示并討論這些裝置的原理、可行性以及安全性；第二組為書本實(shí)驗(yàn)裝置替代組，主要為學(xué)生收集的可在生活中購(gòu)買到的商品類裝置，課堂展示圖片，并討論這些裝置的性價(jià)比；第三組為學(xué)生畫的常見裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)圖，課堂上由各同學(xué)評(píng)價(jià)這些方案的科學(xué)性、便利性、安全性、可行性、成本等方面內(nèi)容。引發(fā)學(xué)生自主思考，自主討論，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生獲得了對(duì)于這節(jié)內(nèi)容更深刻的理解和體會(huì)，在活動(dòng)過(guò)程中，也能重新總結(jié)果酒制作實(shí)驗(yàn)的原理和要點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、裝置要求等實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)以及實(shí)驗(yàn)技能等方面，都能得到了較大的提升。另外，學(xué)生帶著活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題去思考，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以將所學(xué)、所見、所用相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)生物學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

2原實(shí)驗(yàn)分析

2.1實(shí)驗(yàn)分析

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)、新方法被應(yīng)用到食品加工行業(yè)中來(lái)，特別是基因工程，作為現(xiàn)代生物技術(shù)的產(chǎn)物，短短的十幾年內(nèi)其在食品加工制造領(lǐng)域的應(yīng)用得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。特定基因的轉(zhuǎn)入可使得農(nóng)作物能夠抵抗病蟲害、旱澇災(zāi)害，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了糧食產(chǎn)量，一定程度上為人類解決因人口增加而產(chǎn)生的食物短缺問(wèn)題提供了有力手段。同時(shí)利用基因工程手段可以大幅度地提高酶的催化活力，將影響產(chǎn)酶和酶催化活力的基因轉(zhuǎn)入受體中，可獲得基因工程菌，以此來(lái)產(chǎn)生具有較強(qiáng)催化能力的酶類滿足食品加工的要求。應(yīng)用微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品，充分利用了生物技術(shù)的手段借助微生物的特殊功能生產(chǎn)有用的物質(zhì)，或者將微生物直接應(yīng)用于食品加工的技術(shù)體系中，手段包括菌種選育、菌種生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物發(fā)酵、特種微生物利用技術(shù)等。發(fā)酵工程在食品加工領(lǐng)域所取得成果包括食品研發(fā)配料、食品加工催化劑、飲料穩(wěn)定劑、D-氨基酸及其衍生物制造及廢棄物利用和食品品質(zhì)檢測(cè)等。

其應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面：（1）用現(xiàn)代發(fā)酵工程改良傳統(tǒng)發(fā)酵食品，如雙酶法糖化工藝取代酸法水解生產(chǎn)味精，或采用固定化酵母連續(xù)發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行啤酒的生產(chǎn)可明顯地縮短發(fā)酵周期提高啤酒產(chǎn)量；（2）優(yōu)化近代發(fā)酵產(chǎn)品，如運(yùn)用固定化醋酸菌釀制食醋，既可以縮短發(fā)酵周期，又可將酯化能力提高9～12倍；（3）縮短發(fā)酵產(chǎn)品的開發(fā)周期，如單細(xì)胞蛋白（SCP）的制備等。目前世界范圍內(nèi)，現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用于食品加工中并創(chuàng)造總產(chǎn)值已達(dá)到2 000億美元，涵蓋了維生素、氨基酸、酵母制劑、微生物多糖、環(huán)狀糊精、脂肪酸等產(chǎn)品的開發(fā)與檢測(cè)多方面領(lǐng)域。

2.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

按照完整的實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.1.1尋找果酒發(fā)酵的最佳溫度

制作果汁，加入果酒發(fā)酵罐，分別設(shè)置溫度為22、25、28、31 ℃，連接發(fā)酵罐和酒精傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)酒精含量的變化，每次40 min。研究通氣對(duì)果醋發(fā)酵的影響： 將果汁加入果酒發(fā)酵罐中。當(dāng)產(chǎn)生相同數(shù)量的酒精時(shí)，將其排入醋發(fā)酵罐并發(fā)酵。通氣量控制在15氣泡/min、205氣泡/min、30氣泡/min、60氣泡/min、120氣泡/min、180氣泡/min。樣本每日定期在電子酸堿度儀器下抽取、測(cè)量。

2.1.2固定化細(xì)胞的發(fā)酵

首先，對(duì)固定化細(xì)胞的發(fā)酵進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)固定化細(xì)胞即使直接加入發(fā)酵液中，也存在分離問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生們查閱了大量的資料，把最后的固定電池用防酸和防氧化尼龍網(wǎng)包起來(lái)，以免影響電池的接觸，所以實(shí)驗(yàn)把它們連接在一起，便于與基質(zhì)和產(chǎn)品分離。準(zhǔn)備固定的酵母細(xì)胞，放到尼龍網(wǎng)上，把它們串成一串，然后把它們放到果酒發(fā)酵罐里進(jìn)行酒精發(fā)酵。第二天，果酒在醋發(fā)酵過(guò)程中排出。制備固定化醋酸細(xì)胞，將固定化醋酸細(xì)胞加入尼龍絲網(wǎng)中，用細(xì)繩連接，再加入醋發(fā)酵罐中進(jìn)行醋發(fā)酵。每天定期抽取樣本。用酒精度計(jì)測(cè)量酒精含量，用酸堿度計(jì)測(cè)量酸度。發(fā)酵后取出發(fā)酵液，加入新鮮果汁，再發(fā)酵。重復(fù)發(fā)酵3次。

3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)措施

3.1“材料選擇與處理”的改進(jìn)

3.1.1葡萄的選取

生產(chǎn)果酒，采用錐穗、齊穗、實(shí)粒、莖干完整無(wú)損、莖干鮮綠色、果粉暗紫色、果色深紫色，具有“果香型”強(qiáng)烈的葡萄。因此，最好選擇袋裝葡萄。套袋有效地減少了葡萄疾病的暴發(fā)，防止果實(shí)受到農(nóng)藥、鳥類、蜜蜂和其他危害的污染，以及防止發(fā)酵液在隨后的發(fā)酵過(guò)程中受到污染。

3.1.2葡萄的處理

（1）用無(wú)菌剪刀將葡萄從單板中分離出來(lái)，以確保葡萄的完整性，防止破損或污染。（2）隔離干果莖、蜘蛛網(wǎng)和其他可見雜質(zhì)、壞果、死果、發(fā)霉果和裂果。（3）將面粉放入冷開水中拌勻（面粉溶液可以吸收葡萄表面的污垢和雜質(zhì)）;然后慢慢加入葡萄，與溶液充分混合，輕輕搖動(dòng)，沖洗干凈。慢慢加入天然酵母以防止葡萄開裂，表面的天然酵母也要慢慢搖動(dòng)以保護(hù)葡萄。最后，葡萄用冷開水洗凈，直到溶液澄清;（4）把葡萄放在一個(gè)預(yù)先消毒的漏斗盆的小洞里，通過(guò)用干燥機(jī)，葡萄表面的水分很快蒸發(fā)干燥。

3.2“防止發(fā)酵液被污染”的改進(jìn)

在選擇發(fā)酵罐時(shí)，建議使用“泡菜罐”發(fā)酵果酒。泡菜壇的形狀是一個(gè)水封的罐體，罐體的一端小，中心大，罐口外緣。在水槽里裝滿水，蓋上蓋子，防止外面的空氣和細(xì)菌滋生。果酒發(fā)酵產(chǎn)生的二氧化碳以氣泡的形式從水族箱中排出，因此瓶中的無(wú)氧狀態(tài)保持良好。該設(shè)備來(lái)源廣泛，成本低，重復(fù)利用率高。用冷開水沖洗，用70% 酒精消毒，并用電吹風(fēng)加速燒瓶的蒸發(fā)和干燥。不用洗滌劑清洗的目的是為了避免發(fā)酵液中的殘留物污染發(fā)酵液。人工接種適量酵母菌，不僅提高了發(fā)酵度，而且隨著接種量的增加，發(fā)酵速度加快，發(fā)酵周期縮短。結(jié)果表明，用500 mL葡萄汁接種1.0～1.5 g酵母，可保證果酒的完全發(fā)酵，果酒的生產(chǎn)很容易成功。

3.3“結(jié)果評(píng)價(jià)”的改進(jìn)

為了避免安全問(wèn)題，請(qǐng)選擇高品質(zhì)的果酒，少量品嘗。（1）發(fā)酵后，如果白色的混濁物浮在觀察瓶的表面，說(shuō)明被醋酸菌污染，無(wú)法飲用。（2）觀察過(guò)濾過(guò)的果酒，如透明、有光澤、無(wú)明顯懸浮固體，符合外觀標(biāo)準(zhǔn)要求。（3）觀察清酒的顏色，如紫色、深紅色、寶石紅色、紅色和淺棕色等，棕紅色符合標(biāo)準(zhǔn)要求。（4）從香氣和口感的角度來(lái)看，果酒是否有氣味、清香、獨(dú)特的氣味、口感，以及果酒是否純凈、清新、柔軟。如果果酒沒有明顯的氣味，口感純正，清爽柔軟，則滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4“課題延伸”的改進(jìn)

每瓶果酒都用重鉻酸鉀試劑進(jìn)行了測(cè)試。果酒本身呈粉紅色和紫色，只有暴露在酸性重鉻酸鉀中才能檢測(cè)到酒精的存在，但酒精含量（發(fā)酵）卻不能，因此無(wú)法確定時(shí)間是否充足。因此，發(fā)酵試劑被用來(lái)檢測(cè)還原糖，間接測(cè)量酒的酒精含量，以確定發(fā)酵是否足夠。將發(fā)酵液中的糖分轉(zhuǎn)化為酒精，可得到不同顏色的結(jié)果。例如，在發(fā)酵液中殘留的糖越多，產(chǎn)生的酒精就越少，說(shuō)明發(fā)酵不足，遇到費(fèi)靈試劑后，紅色沉淀物就變得更加明顯。

4注意事項(xiàng)

（1）教材選擇的實(shí)驗(yàn)材料是葡萄，但葡萄的成熟時(shí)間與學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間可能不一致。此外，由于地理位置和試驗(yàn)成本的原因，一些學(xué)校可能無(wú)法收集足夠的葡萄進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此，根據(jù)“高糖、低價(jià)”和“因地制宜”的原則，選擇便宜、優(yōu)質(zhì)的水果（蘋果、香蕉、西瓜等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）實(shí)驗(yàn)室設(shè)備應(yīng)清潔和消毒，避免污染。（3）做好實(shí)驗(yàn)安全教育，避免實(shí)驗(yàn)事故。

5總結(jié)

生物實(shí)驗(yàn)是非常實(shí)用的，可以很容易地與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系起來(lái)。所有的教師都可以科學(xué)地改進(jìn)課堂教學(xué)的方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生更好地理解和體驗(yàn)所學(xué)的知識(shí)和原理。創(chuàng)造條件讓學(xué)生參與實(shí)踐，關(guān)注生命，關(guān)注周圍的生物問(wèn)題，拓展自己的生物學(xué)知識(shí)和技能，從而更有效地促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程的順利開展。

對(duì)設(shè)備的改進(jìn)，使發(fā)酵的對(duì)比效果更加明顯。通過(guò)改進(jìn)發(fā)酵的檢測(cè)方法，學(xué)生可以更直觀地感受酒精和醋酸含量的變化，更深刻地理解發(fā)酵的原理，同時(shí)感受發(fā)酵的差異，讓他們對(duì)生活的奧秘有了更深的理解。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱會(huì)霞，孫金旭，李湘陽(yáng). 高效液相色譜法對(duì)比分析覆盆子果酒發(fā)酵前后有機(jī)酸變化［J］. 山東化工，2019，48（24）：70-71+74.

［2］佟堯，吳紫薇，陳娟，等. 雪梨枇杷果酒主發(fā)酵工藝優(yōu)化及揮發(fā)性成分分析［J］. 食品工業(yè)科技，2020，41（09）：193-199.

［3］羅福海. 基于STEM教育理念的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)——以果酒和果醋的制作實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為例［J］. 中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2020（18）：60-62.

［4］袁正芳. 農(nóng)村高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響［D］.蘇州大學(xué)，2016.

［5］閆勝楠. 軟棗獼猴桃果酒最適工藝條件和抗氧化性的研究［D］.延邊大學(xué)，2016.

［6］李斌. 高中生物校本課程的開發(fā)［D］.山東師范大學(xué)，2016.

［7］黃艷蓉. 高中生物“傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用”本土課程資源的開發(fā)研究［D］.西華師范大學(xué)，2020.

［8］魏盼盼. 高中生物選修1《生物技術(shù)實(shí)踐》教學(xué)優(yōu)化研究［D］.西北師范大學(xué)，2015.