基于深度學(xué)習(xí)的“傳統(tǒng)生物技術(shù)的應(yīng)用”教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：在迅速變化的世界中，核心素養(yǎng)是學(xué)生適應(yīng)未來社會(huì)發(fā)展和滿足個(gè)人生活需要的關(guān)鍵。核心素養(yǎng)是個(gè)體在各種真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問題并不斷解決問題的過程中形成的，而深度學(xué)習(xí)正是這樣的過程。“傳統(tǒng)生物技術(shù)的應(yīng)用”一課是開展深度教學(xué)的良好素材，本文以“釀酒”為實(shí)例創(chuàng)設(shè)情境，開展探究性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，強(qiáng)化科學(xué)探究的思維方法，提升設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作、收集證據(jù)等科學(xué)探究能力，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；發(fā)酵技術(shù)；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）03-0008-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 教材分析

本課內(nèi)容為北京版義務(wù)教育教科書《生物學(xué)·八年級(jí)·下冊(cè)》第十六章“生物技術(shù)”第一節(jié)“傳統(tǒng)生物技術(shù)的應(yīng)用”，包括“食品的腐敗是由微生物引起的”“控制微生物活動(dòng)可以延長食品保存的時(shí)間”以及利用“微生物可以制作風(fēng)味獨(dú)特的食品”等內(nèi)容。傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是勞動(dòng)人民生產(chǎn)生活中的智慧結(jié)晶，是我國寶貴的文化遺產(chǎn)，歸屬于發(fā)酵工程。發(fā)酵工程作為一門實(shí)踐性極強(qiáng)的科學(xué)，理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合是發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。

2 學(xué)情分析

知識(shí)與方法。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過生物多樣性，對(duì)不同生物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生理特性有一定認(rèn)識(shí)。通過之前的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠運(yùn)用生物學(xué)基本研究方法如觀察法、實(shí)驗(yàn)法等解決簡單的科學(xué)問題。

思維與能力。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過臨時(shí)裝片制作、顯微鏡使用等生物學(xué)基本實(shí)驗(yàn)技能，初步掌握了科學(xué)探究的一般過程，但缺乏對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)的原則把握，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理能力一般。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生需進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

生活經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)生物技術(shù)有一定的認(rèn)識(shí)，了解日常生活中葡萄酒、面包、酸奶等食品制作過程利用了發(fā)酵技術(shù)，但是學(xué)生對(duì)于發(fā)酵過程中所利用的微生物、發(fā)酵原理及其中的注意事項(xiàng)并不清楚。

發(fā)展點(diǎn)。在教材和課程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)和模擬真實(shí)情景實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于提升學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性起到重要作用。教學(xué)內(nèi)容不再是單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而是綜合多節(jié)內(nèi)容的探究式實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)以工程技術(shù)啟蒙為目標(biāo)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，提升學(xué)生的主動(dòng)性、探究性、創(chuàng)新性思維，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)符合社會(huì)需求的創(chuàng)新型人才。

3 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，結(jié)合學(xué)情，制訂指向核心素養(yǎng)的如下教學(xué)目標(biāo)。

（1）學(xué)生通過對(duì)如何判斷葡萄表面是否存在酵母菌的思考，學(xué)會(huì)觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，闡述酵母菌形態(tài)結(jié)構(gòu)和菌落結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)同結(jié)構(gòu)與功能觀。

（2）學(xué)生通過葡萄表面是否存在酵母菌的探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，熟悉臨時(shí)裝片制作方法及顯微鏡使用方法，客觀分析，準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生再通過相互討論，概括實(shí)驗(yàn)結(jié)論，強(qiáng)化科學(xué)探究的思維方法，提升設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作、收集證據(jù)等科學(xué)探究能力。

（3）學(xué)生通過比較自然狀態(tài)下酵母釀酒和釀酒酵母釀酒效果的探究活動(dòng)，分析酒精發(fā)酵過程中各操作目的，闡述酒精發(fā)酵原理，概括酒精發(fā)酵概念，提升學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，認(rèn)同傳統(tǒng)釀酒工藝改良的重要意義。

4 教學(xué)流程

“深度學(xué)習(xí)”是教師充分發(fā)揮主導(dǎo)作用的活動(dòng)，學(xué)生的深度學(xué)習(xí)不會(huì)自發(fā)發(fā)生，教師要深入分析教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際生活的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)聯(lián)系點(diǎn)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，提供恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)素材，促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。本課圍繞著實(shí)際生活中的問題開展綜合性的探究性實(shí)驗(yàn)，在促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力上起著重要作用。

教師課前帶領(lǐng)生物小組學(xué)生進(jìn)行微生物培養(yǎng)及酒精發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課將引導(dǎo)學(xué)生在提出探究問題的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，做出假設(shè)，分析預(yù)期結(jié)果，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論，強(qiáng)化科學(xué)探究的思維方法，提升探究實(shí)踐等能力。

4.1 新課導(dǎo)入

本次實(shí)驗(yàn)課上，教師先通過問題“你認(rèn)為傳統(tǒng)生物技術(shù)是什么？生活中有哪些利用發(fā)酵技術(shù)制作的常見食品”，讓學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)表達(dá)自己的觀點(diǎn)，再展示生物小組學(xué)生釀制的葡萄酒，引出本節(jié)課的核心——酒精發(fā)酵。接著展示賈湖遺址圖片，引導(dǎo)學(xué)生說出中國酒精發(fā)酵歷史悠久，傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是勞動(dòng)人民生產(chǎn)生活中的智慧結(jié)晶。然后展示法國傳統(tǒng)發(fā)酵行業(yè)曾面臨的危機(jī)及解決方法，引出巴斯德發(fā)現(xiàn)酒精發(fā)酵需要酵母菌，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的意義。最后展示現(xiàn)代釀酒師采用不同來源酵母菌進(jìn)行釀酒的兩種工藝，為后續(xù)比較不同來源酵母菌釀酒效果做鋪墊，從而展開本節(jié)課的主要內(nèi)容。

隨后，教師提出本節(jié)課的兩個(gè)核心問題：超市中購買的葡萄經(jīng)過采摘和運(yùn)輸后表面是否還存在酵母菌呢？超市中購買的葡萄是否可以釀酒呢？教師從實(shí)際生活出發(fā)提出核心問題，促進(jìn)學(xué)生深度思考和探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)意圖：教師課前安排學(xué)生搜集生活中應(yīng)用發(fā)酵技術(shù)制作的食品，匯總后選擇酵母菌發(fā)酵釀制葡萄酒的實(shí)例作為本節(jié)課的主線。通過發(fā)酵食品的搜集整理，學(xué)生能夠親身感受生物知識(shí)在生活中的應(yīng)用，從而拉近生物學(xué)概念與實(shí)際生活的距離，激發(fā)學(xué)生的興趣。

4.2 教學(xué)過程

4.2.1 探究超市中購買的葡萄表面是否存在酵母菌

酒精發(fā)酵所需的微生物為酵母菌。教師首先引導(dǎo)學(xué)生回顧酵母菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：酵母菌是單細(xì)胞真菌，呈卵形。接著提出問題：如何觀察酵母菌？學(xué)生思考回答：酵母菌個(gè)體微小，需要借助顯微鏡進(jìn)行觀察。教師進(jìn)一步引導(dǎo)：如何通過形態(tài)判斷是否為酵母菌？學(xué)生思考回答：可以選用購買的商業(yè)化酵母作為對(duì)照進(jìn)行比較判斷。接著，教師給出任務(wù)：利用顯微鏡觀察葡萄表面微生物及商業(yè)酵母菌。教師提供商業(yè)酵母稀釋液、清洗葡萄的水、顯微鏡等材料和器具。學(xué)生小組合作進(jìn)行顯微鏡觀察（見圖1）。

通過形態(tài)觀察，初步判斷葡萄表面可能存在酵母菌。教師繼續(xù)引導(dǎo)：是否存在其他方式來觀察酵母菌？如何用肉眼觀察酵母菌？學(xué)生思考回答：酵母菌個(gè)體微小，但繁殖后由于數(shù)量變多，可以觀察酵母菌群體。教師播放課前學(xué)生進(jìn)行微生物培養(yǎng)的演示視頻，令學(xué)生形象直觀地認(rèn)識(shí)該過程。隨后，教師給出任務(wù)：觀察生物小組同學(xué)課前培養(yǎng)的釀酒酵母及葡萄表面微生物，拍照識(shí)別是否存在相同菌落（見圖2）。

通過顯微鏡觀察及菌落表面觀察，學(xué)生初步得出結(jié)論：超市購買的葡萄表面存在酵母菌。

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合圖片和資料，引導(dǎo)學(xué)生回顧酵母菌相關(guān)知識(shí)并分析觀察酵母菌的方法。顯微鏡觀察為每位學(xué)生提供動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，激發(fā)其學(xué)習(xí)主動(dòng)性；菌落觀察使學(xué)生真實(shí)感受到酵母菌的繁殖結(jié)果，體驗(yàn)微生物培養(yǎng)技術(shù)。

4.2.2 探究葡萄表面酵母菌釀酒（自然釀酒）與商業(yè)酵母釀酒效果

通過實(shí)驗(yàn)證明超市購買的葡萄表面存在酵母菌后，繼續(xù)探究下一問題：葡萄表面酵母菌釀酒（自然釀酒）與商業(yè)酵母釀酒，哪個(gè)效果更好？為了探究這一問題，首先需要了解葡萄酒釀制的步驟，教師提供資料，布置任務(wù)：小組合作學(xué)習(xí)并梳理葡萄酒釀制的步驟。學(xué)生通過分析資料，梳理葡萄酒釀制的步驟，教師接著引導(dǎo)學(xué)生深入思考：“為什么購買相同品種葡萄和相同規(guī)格容器？”“為什么將發(fā)酵瓶等器具用沸水清洗，晾干備用？”“為什么清水沖洗1～2次，去除枝梗、腐爛葡萄，晾干？”“為什么每隔12 h左右將瓶蓋擰松一點(diǎn)，再擰緊？不擰松會(huì)怎么樣？擰緊的目的？”通過連續(xù)追問的方式使學(xué)生思維外顯，幫助學(xué)生產(chǎn)生更多問題，引發(fā)學(xué)生更多思考，提升學(xué)生實(shí)踐體驗(yàn)感。

學(xué)習(xí)小組討論交流時(shí)，教師可以加入學(xué)習(xí)小組，與學(xué)生共同分析問題，并給予一定的思路引導(dǎo)、問題解答和連續(xù)追問。學(xué)習(xí)小組不斷討論、質(zhì)疑、反思、分析的過程本質(zhì)上就是在發(fā)生深度學(xué)習(xí)，是學(xué)生思維外顯化的表現(xiàn)。經(jīng)過相互交流討論，學(xué)生回答問題。

確定釀酒步驟后，需要確定釀酒效果檢測(cè)指標(biāo)。教師組織學(xué)習(xí)小組展開討論，引導(dǎo)學(xué)生思考生活中如何比較酒類產(chǎn)品。學(xué)生通過討論及資料查閱等方式確定兩種檢測(cè)指標(biāo)，第一個(gè)是通過觀察釀酒過程中的氣泡產(chǎn)生情況，第二個(gè)是利用酒精計(jì)對(duì)釀酒效果進(jìn)行測(cè)量（見圖3）。教師展示課前生物小組學(xué)生釀造葡萄酒過程中的照片。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：商業(yè)酵母釀酒效果更好。

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合視頻和資料，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)葡萄酒釀制過程，通過分析各步驟操作，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)法三原則，回顧控制微生物活動(dòng)可以延長食品保存的時(shí)間等內(nèi)容。通過確定檢測(cè)指標(biāo)，融合生活知識(shí)與學(xué)科知識(shí)。學(xué)生小組合作，結(jié)合已學(xué)知識(shí)分析問題，通過組員相互質(zhì)疑及教師追問，學(xué)生逐步形成獨(dú)立思考和判斷能力，能夠多角度、辯證地分析問題，提出新思路，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生合作能力及交流表達(dá)能力。

4.3 歸納總結(jié)

教師利用流程圖梳理科學(xué)探究一般過程，展示巴斯德釀酒實(shí)驗(yàn)過程及酵母菌在酒精發(fā)酵過程中不同生理階段圖片，引導(dǎo)學(xué)生回歸生物學(xué)概念，思考：“什么是發(fā)酵技術(shù)？什么是酒精發(fā)酵？”學(xué)生通過資料分析及真實(shí)體驗(yàn)，總結(jié)酵母菌在有氧和無氧條件下不同生理階段的特點(diǎn)，闡述發(fā)酵技術(shù)概念及酒精發(fā)酵概念。教師繼續(xù)追問：相比于傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)，現(xiàn)代釀酒技術(shù)大多數(shù)選用商業(yè)酵母進(jìn)行發(fā)酵，這種工藝的改良有何意義？針對(duì)這一開放性問題，教師引導(dǎo)學(xué)生交流討論，大膽發(fā)言，形成融洽的互動(dòng)氛圍。

設(shè)計(jì)意圖：探究性實(shí)驗(yàn)是一種教學(xué)方法，其根本目的是使學(xué)生形成生物學(xué)概念，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。因此，本實(shí)驗(yàn)最終應(yīng)回歸生物學(xué)概念，學(xué)生結(jié)合理論資料與實(shí)驗(yàn)體會(huì)，闡述發(fā)酵概念，討論工藝改良的意義，培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)的科學(xué)思維，使學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要意義，樹立科學(xué)觀念。

4.4 遷移應(yīng)用

教師展示日常發(fā)酵食品“酸奶”的圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考“利用乳酸菌制作酸奶的方法”，鼓勵(lì)學(xué)生聯(lián)系本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容探究乳酸菌發(fā)酵的原理。教師布置任務(wù)：運(yùn)用類比法分析，超市購買的酸奶中是否有乳酸菌？能夠利用超市購買的酸奶中的乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵制作酸奶嗎？這其中就涉及與本節(jié)課類似的內(nèi)容：酸奶中乳酸菌的分離與檢測(cè)、酸奶發(fā)酵制作步驟的查閱等等。學(xué)生利用教材內(nèi)容結(jié)合教師提供的資料，通過小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)習(xí)知識(shí)的目的最終是為了遷移與應(yīng)用，利用類比法可實(shí)現(xiàn)知識(shí)的良好遷移，同時(shí)檢驗(yàn)學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況。本節(jié)課通過葡萄酒釀制問題到酸奶制作問題的遷移，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技能解決實(shí)際問題，使學(xué)生真實(shí)感受到生物學(xué)知識(shí)在生活中的應(yīng)用，增強(qiáng)其社會(huì)責(zé)任感。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課教師從實(shí)際生活出發(fā)貼近學(xué)生生活，有助于拉近與學(xué)生的距離，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲與積極性，提升生物學(xué)學(xué)習(xí)興趣。通過深度分析教材內(nèi)容，把常用的教學(xué)素材“家庭自制葡萄酒”作為問題的起點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生實(shí)際水平，提出核心問題，并引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。本節(jié)課圍繞主線，綜合多節(jié)內(nèi)容進(jìn)行探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，組織學(xué)生開展自主分析、小組討論、動(dòng)手操作、觀察分析等活動(dòng)，使學(xué)生體驗(yàn)顯微鏡觀察微生物、微生物培養(yǎng)技術(shù)、葡萄酒釀造等實(shí)驗(yàn)過程。其有助于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)感和獲得感，培養(yǎng)批判性思維，提升解決問題的能力、有效的溝通和協(xié)作能力，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，將生物學(xué)核心素養(yǎng)真正踐行于課堂教學(xué)。