基于深度學習特征的概念學習——以“發酵”為例

李連梅 鄒傳龍 呂慧玲

（1.青島市城陽區第二實驗中學 山東青島 266109）

（2.青島市城陽第六中學 山東青島 266109）

（3.北京師范大學青島城陽附屬學校 山東青島 266109）

1 教材分析及設計思路

“發酵”是人教版八年級上冊第五單元第四章第五節的內容，教材安排了發酵實驗、食品制作相關的微生物種類及制作米酒的過程及方法。

但是，筆者在近幾年的教學中發現，教材設計的實驗裝置很難將氣體通入到石灰水中，沒有明確用哪一種糖、糖和酵母菌的比例、水溫等。教材只用一句話簡單敘述利用微生物進行發酵生產相關的食品，而對于不同微生物發酵過程的區別并沒有相關的介紹。學生經過本節課的學習后，對于發酵的概念仍然不明確，對實際生產中的發酵過程仍然不了解。

現代教育倡導深度學習。深度學習最初由美國學者馬頓和薩爾喬提出，他們認為與淺層學習相比，深度學習是以對復雜概念或知識的理解與運用為主要認知活動的持續性學習過程，是一種有效的學習方式和學習理念。深度學習具有聯想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價等特征，是一種基于高階思維發展的理解性學習，注重批判理解、知識構建、遷移運用，是實現有意義學習的有效途徑。

在“發酵”的教學設計中，學生經歷“活動—體驗—實踐—比較—理論”等過程進行深度學習。學生首先通過品嘗—實驗2個活動，切身體驗發酵的過程、現象及結果，從感性和理論上認識發酵過程中發生的變化；接著，通過視頻、實驗設計、分析等多種方式，對生產生活中如何利用微生物進行發酵，對發酵的理論知識在實際生產中的應用進行有效的遷移；再通過比較、歸納等方式，總結出發酵的本質；最后，教師利用家庭作業，對學生進行了社會責任的教育。

2 教學目標

①通過品嘗、體驗等活動，初步認識發酵的過程及變化，了解影響發酵的因素，培養科學探究意識，理解基于事實和證據做出推測和結論的思想。

②通過學習生產中的發酵過程總結發酵的本質，培養理性分析問題的意識和能力，學會歸納—總結的科學思維方法。

③能夠成功制作一種發酵食品獻給家人，培養社會責任感。

3 教學過程

3.1 活動與體驗-——發酵是什么

生物是一門實驗科學，如果單純依靠文字向學生傳遞知識，學生的理解和認識就會有一定的困難。本節的主要教學內容是發酵，學生對發酵食品并不陌生，但是由于發酵的過程及其發生的化學變化比較抽象，學生理解有困難。有效的教學活動可以讓學生產生有效的內心體驗，助推知識的形成過程。因此，教師引導學生開展品嘗發酵食品和改進酵母菌發酵實驗的分組實驗，使學生獲得直觀體驗。

3.1.1 發酵初認識

教師提前給每個小組準備面包、蘋果醋、酸奶、豆腐乳等，放在桌洞里，給學生制造一個小驚喜，活躍課堂氣氛。

教師要求學生品嘗并回答：這些食品在制作工藝上有什么共同特點，在口感、口味上與原材料相比有哪些變化？為什么會發生這樣的變化，可能的原因是什么？是因為加入了某些物質還是發生了化學變化？什么因素導致發生這種變化？

設計意圖：簡單的活動引發了學生的內心體驗，讓學生把實際生活中的實例與本節課的知識建立初步聯系，活躍了課堂氣氛。

3.1.2 發酵再認識

筆者在2014年曾對發酵實驗條件進行過正交實驗，當蔗糖溶液的質量分數為5%、酵母菌溶液的質量分數為3%、溫度50℃、液體量300 mL時，4.5 min可以觀察到明顯的現象。教師與生物興趣小組進行再實驗時，發現有如下問題：發酵液太多，很容易倒流到氣球中；在通氣體的過程中，發酵液容易流到澄清的石灰水中，很難辨別是發酵液引起渾濁還是二氧化碳引起的渾濁；在進行發酵原理解釋時是將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳，八年級的學生還沒有接觸化學，如果用蔗糖進行實驗理解有一定的困難。所以，經過實驗小組的反復實驗，實驗條件最終改進為：加入葡萄糖10 g，酵母菌10 g，溫度50℃，液體量200 mL。大約6 min后可以看到明顯現象且發酵液不會倒流到氣球中，學生有充足的時間將氣體通入到石灰水中。

①活動1：動手—分析。學生分別稱取10 g葡萄糖和酵母菌并用紙槽倒入到瓶中，量筒量取200 mL溫開水倒入到礦泉水瓶中，用玻璃棒攪拌均勻，蓋上瓶蓋，靜置一段時間。教師提出問題：葡萄糖和溫開水分別為酵母菌的生活提供了什么條件？為什么要靜置一段時間？

②活動2：推測—驗證。教師追問以下問題：觀察瓶中液體有什么變化？推測產生了什么氣體？怎樣驗證你的推測？怎樣將氣體通入到澄清的石灰水中？你觀察到什么現象？可以得出什么結論？

③活動3：體驗—檢測。學生打開瓶蓋聞一聞氣味。教師提示聞氣味的正確方法：將瓶口在前下方離鼻孔約0.5 m，在瓶口用手輕輕地扇動，使極少量的氣體飄進鼻孔。并提出問題：怎樣驗證你的推測？（用手持酒精測試儀進行檢測，在該實驗條件下可檢測到1.4～1.9 g/L的酒精）

設計意圖：通過實驗—分析—推測—驗證等一系列活動，學生切身體驗發酵的條件及過程，體驗發酵產生的變化并基于事實和證據總結出葡萄糖被酵母菌分解為酒精和二氧化碳。

3.2 遷移與應用——發酵與生活

遷移與應用實質上要求學生具備舉一反三的能力，能用所學的知識解決實際生活中的問題。同時也對教師提出了更高的要求，要在學生的已有經驗的基礎上，將知識進行有效內化，并使學生在新的情境下產生新的認知。

3.2.1 實驗與實踐——釀酒

通過分組實驗，學生已經了解了釀酒的原理，但是在實際生產生活中不可能利用葡萄糖釀酒，成本太高，而且在單一成分下只產生酒精，酒的口感不好。教師引導學生透過現象看本質，引導學生從祖先的釀酒工藝中尋找答案。

教師播放“舌尖上的中國—轉化的智慧—釀造米酒”視頻的部分，創設情境，提出問題：古老而智慧的中國人在幾千年前就發現了釀酒的秘密。學習了釀酒原理后，小熊想釀一壺米酒送給辛勞的爸爸，你能給他提供相關的技術支持嗎？應提前對糯米、器具做怎樣的處理，為什么？只用酵母菌可以嗎，為什么？何時加入酒曲比較合適？釀酒的時間越長越好嗎？

設計意圖：教師促進學生在知識與生產之間進行有效的銜接，并嘗試根據已有的知識儲備解決新遇到的問題，實現知識的遷移與應用。

3.2.2 可聞到的發酵——釀醋

分組實驗和釀酒介紹使學生容易形成誤解：發酵只有酵母菌能夠進行；同時只要原料足夠酵母菌就能一直產酒，發酵的時間越長越好，產物會越來越多。因此，教師要及時給學生傳遞兩個關鍵點：酵母菌發酵產生酒精并不是發酵的終點；能夠發酵的微生物不止酵母菌一種。

教師給學生提供資料：釀酒的時間過長，在有氧條件下醋酸桿菌會將酒精轉化為醋酸，即食用的醋。并展示果醋的圖片，創設情境，引導學生思考：在現代食品行業上人們巧妙的利用水果釀造的果醋成為時下流行的健康飲品。泡菜的酸味不同于醋，來自乳酸，是由乳酸菌分解葡萄糖而來。請根據釀酒的過程及發酵原理，以牛奶和醋酸菌為原料制作酸奶.請以小組為單位寫出實驗方案。

設計意圖：教師通過舉例驗證、設計發酵過程等活動，讓學生真正將所學知識應用到實踐中，深度理解發酵的特點。

這個世界充斥著危險，有烈焰、巨石等各種隱患，而疼痛能教人躲開它們。如果沒有疼痛，我們會很容易受傷，甚至一不小心就一命嗚呼。此外，許多動植物如果沒有感受疼痛的本領，也沒法生存下來。一個沒有疼痛的世界將會是一個噩夢。

3.2.3 可看見的發酵——豆腐乳

上述酵母菌、醋酸菌、乳酸菌等的發酵過程都屬于單細胞的發酵，學生雖然可以看到和品嘗到最終的產品，但是肉眼很難看到微生物在這個過程中發生的變化。因此，為了讓學生完整的了解微生物發酵，教師再介紹多細胞真菌的發酵過程。

教師請學生分享品嘗豆腐乳的感受，并提出問題：豆腐乳的原料是什么？豆腐乳與豆腐相比在口感和口味上有哪些不同？學生總結豆腐乳與豆腐相比咸、鮮、細膩柔滑。教師引導學生知道豆腐乳的特點都與其制作工藝相關，出示豆腐乳的制作工藝：讓豆腐上長出毛霉→加鹽腌制→加鹵湯裝瓶→密封腌制。學生根據本節課的所學知識推測真正的發酵發生在第一步，讓豆腐上長出毛霉，即南方居民非常喜愛的一種美食—毛豆腐。

教師播放“毛豆腐的制作過程”視頻，追問：豆腐主要含哪種有機物？豆腐上的白毛和黑點是什么？豆腐發生了怎樣的物質轉化？請描述毛豆腐的制作過程。

設計意圖：學生通過品嘗—觀看制作過程—追問等過程，從感性上認識發酵過程中微生物及原材料的變化，并與酵母菌、乳酸菌的發酵過程進行比較，區分它們之間的不同，真正做到知識的融會貫通，學以致用。

3.3 本質與變式——發酵真面目

把握本質的過程，是去除非本質屬性的干擾、分辨本質與非本質屬性區別的過程，也是對學習內容進行深度加工的過程。活動會讓學生對事件形成一定的認識，教師適時的引導能夠觸發學生產生本質認知。

3.3.1 發酵與微生物培養

3.3.2 發酵與腐敗

學生根據知識儲備，小組討論分析發酵與腐敗的異同點。學生展示討論結果：其實發酵和腐敗都是細菌或真菌分解食物中有機物的過程，如果代謝產物對人類有利就是發酵，對人類有害就是腐敗，所以嚴格的說，發酵是一類對人類有利的腐敗。

3.3.3 發酵與時長

教師提醒：正如本節課介紹的酵母菌釀酒時間過長，酒就變酸成醋了。因此，發酵需要適時終止，發酵的時間需要人為的控制，時間過長食物中的有機物會被完全分解，也就不能獲取微生物的代謝產物了，失去發酵的意義了。

3.3.4 發酵的底物

通過分析釀酒、酸奶、醋、毛豆腐等發酵過程，學生提出：發酵的底物除了糖類，還有蛋白質等，其實在發酵上糖類、脂肪、蛋白質都可作為發酵的原料。

3.3.5 發酵的本質

在學生認識不同微生物發酵的基礎上，教師引導學生思考：其中的有機物在這個過程中發生了什么變化？如果沒有微生物的參與有機物會發生這種變化嗎？學生總結出發酵的實質是人類通過大規模培養微生物，使其在分解有機物的過程中除獲得生存必須的能量外，還能生產對人類有利的代謝產物的過程。

設計意圖：學生通過實驗—比較—歸納等方式，總結出發酵的本質，深層次認識了發酵的過程及特征，培養了科學思維和生命觀念。

3.4 價值與評價

深度學習將教學的“價值與評價”自覺化、明晰化，自覺幫助學生形成正確的價值觀、形成有助于學生自覺發展的核心素養，自覺引導學生能夠有根據地評判所遭遇的人、事與活動。

①作業超市（每位同學任選一個作業）：搜集資料類：醬、醬油、甜面醬、豆瓣醬的生產工藝；金華火腿的制作工藝；味精的制作工藝。動手實踐類：饅頭、米酒、酸奶任選一樣做給辛苦工作的爸媽。可采用視頻、照片、PPT、實物等形式進行成果交流。

②學生根據本節課的深度學習，構建思維導圖（圖1）。

圖1 學生構建的思維導圖示例

設計意圖：教師通過思維導圖等形式的作業，使學生對本節課的學習做一個有效的評價，并讓學生在給父母做發酵食品的過程中培養學生的孝心。

4 教學反思

本節課上，學生通過品嘗、實驗、視頻、設計方案、比較、實際應用等多種方式，認識了發酵的過程、產物、特點等，通過對知識深層次理解與處理，總結出發酵的本質，能夠全面深入地掌握發酵的概念。教師從深度學習走向深度教學，通過對知識深層次理解和處理，用深度教學引導學生對知識的完整理解和深刻學習，真正落實以生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任相融合的生物學核心素養實質。