基于深度學習的“傳統生物技術的應用”教學設計

摘要：在迅速變化的世界中，核心素養是學生適應未來社會發展和滿足個人生活需要的關鍵。核心素養是個體在各種真實情境中發現問題并不斷解決問題的過程中形成的，而深度學習正是這樣的過程。“傳統生物技術的應用”一課是開展深度教學的良好素材，本文以“釀酒”為實例創設情境，開展探究性實驗活動，強化科學探究的思維方法，提升設計實驗、動手操作、收集證據等科學探究能力，發展生物學學科核心素養。

關鍵詞：深度學習；發酵技術；教學設計

文章編號：1003-7586（2024）03-0008-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1 教材分析

本課內容為北京版義務教育教科書《生物學·八年級·下冊》第十六章“生物技術”第一節“傳統生物技術的應用”，包括“食品的腐敗是由微生物引起的”“控制微生物活動可以延長食品保存的時間”以及利用“微生物可以制作風味獨特的食品”等內容。傳統發酵技術是勞動人民生產生活中的智慧結晶，是我國寶貴的文化遺產，歸屬于發酵工程。發酵工程作為一門實踐性極強的科學，理論與實踐教學相結合是發展學生學科核心素養的關鍵。

2 學情分析

知識與方法。學生已經學習過生物多樣性，對不同生物的結構特點、生理特性有一定認識。通過之前的學習，學生能夠運用生物學基本研究方法如觀察法、實驗法等解決簡單的科學問題。

思維與能力。學生已經學習過臨時裝片制作、顯微鏡使用等生物學基本實驗技能，初步掌握了科學探究的一般過程，但缺乏對探究性實驗的原則把握，實驗設計及數據處理能力一般。在此基礎上，學生需進一步加強科學探究能力的培養。

生活經驗。學生對傳統生物技術有一定的認識，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酵技術，但是學生對于發酵過程中所利用的微生物、發酵原理及其中的注意事項并不清楚。

發展點。在教材和課程標準的基礎上，創新實驗教學和模擬真實情景實驗教學對于提升學生的主動性和創造性起到重要作用。教學內容不再是單一的驗證性實驗，而是綜合多節內容的探究式實驗。實驗教學以工程技術啟蒙為目標，理論與實踐相結合，提升學生的主動性、探究性、創新性思維，增強學生的科學素養，培養符合社會需求的創新型人才。

3 教學目標

依據課程標準的內容要求，結合學情，制訂指向核心素養的如下教學目標。

（1）學生通過對如何判斷葡萄表面是否存在酵母菌的思考，學會觀察分析實驗現象，闡述酵母菌形態結構和菌落結構特點，認同結構與功能觀。

（2）學生通過葡萄表面是否存在酵母菌的探究實驗活動，熟悉臨時裝片制作方法及顯微鏡使用方法，客觀分析，準確描述實驗結果。學生再通過相互討論，概括實驗結論，強化科學探究的思維方法，提升設計實驗、動手操作、收集證據等科學探究能力。

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

4 教學流程

“深度學習”是教師充分發揮主導作用的活動，學生的深度學習不會自發發生，教師要深入分析教學內容與實際生活的關系，發現聯系點，為學生創設真實情境，提供恰當的教學素材，促使學生深度學習的發生。本課圍繞著實際生活中的問題開展綜合性的探究性實驗，在促進學生深度學習，提升學生的主動性和創造性，培養學生的科學思維和探究能力上起著重要作用。

教師課前帶領生物小組學生進行微生物培養及酒精發酵實驗。本節課將引導學生在提出探究問題的基礎上設計實驗，做出假設，分析預期結果，觀察實驗現象得出結論，強化科學探究的思維方法，提升探究實踐等能力。

4.1 新課導入

本次實驗課上，教師先通過問題“你認為傳統生物技術是什么？生活中有哪些利用發酵技術制作的常見食品”，讓學生結合生活經驗表達自己的觀點，再展示生物小組學生釀制的葡萄酒，引出本節課的核心——酒精發酵。接著展示賈湖遺址圖片，引導學生說出中國酒精發酵歷史悠久，傳統發酵技術是勞動人民生產生活中的智慧結晶。然后展示法國傳統發酵行業曾面臨的危機及解決方法，引出巴斯德發現酒精發酵需要酵母菌，引導學生體會科學技術發展的意義。最后展示現代釀酒師采用不同來源酵母菌進行釀酒的兩種工藝，為后續比較不同來源酵母菌釀酒效果做鋪墊，從而展開本節課的主要內容。

隨后，教師提出本節課的兩個核心問題：超市中購買的葡萄經過采摘和運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？教師從實際生活出發提出核心問題，促進學生深度思考和探究實驗設計。

設計意圖：教師課前安排學生搜集生活中應用發酵技術制作的食品，匯總后選擇酵母菌發酵釀制葡萄酒的實例作為本節課的主線。通過發酵食品的搜集整理，學生能夠親身感受生物知識在生活中的應用，從而拉近生物學概念與實際生活的距離，激發學生的興趣。

4.2 教學過程

4.2.1 探究超市中購買的葡萄表面是否存在酵母菌

酒精發酵所需的微生物為酵母菌。教師首先引導學生回顧酵母菌的形態結構特點：酵母菌是單細胞真菌，呈卵形。接著提出問題：如何觀察酵母菌？學生思考回答：酵母菌個體微小，需要借助顯微鏡進行觀察。教師進一步引導：如何通過形態判斷是否為酵母菌？學生思考回答：可以選用購買的商業化酵母作為對照進行比較判斷。接著，教師給出任務：利用顯微鏡觀察葡萄表面微生物及商業酵母菌。教師提供商業酵母稀釋液、清洗葡萄的水、顯微鏡等材料和器具。學生小組合作進行顯微鏡觀察（見圖1）。

通過形態觀察，初步判斷葡萄表面可能存在酵母菌。教師繼續引導：是否存在其他方式來觀察酵母菌？如何用肉眼觀察酵母菌？學生思考回答：酵母菌個體微小，但繁殖后由于數量變多，可以觀察酵母菌群體。教師播放課前學生進行微生物培養的演示視頻，令學生形象直觀地認識該過程。隨后，教師給出任務：觀察生物小組同學課前培養的釀酒酵母及葡萄表面微生物，拍照識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，學生初步得出結論：超市購買的葡萄表面存在酵母菌。

設計意圖：結合圖片和資料，引導學生回顧酵母菌相關知識并分析觀察酵母菌的方法。顯微鏡觀察為每位學生提供動手參與實驗的機會，激發其學習主動性；菌落觀察使學生真實感受到酵母菌的繁殖結果，體驗微生物培養技術。

4.2.2 探究葡萄表面酵母菌釀酒（自然釀酒）與商業酵母釀酒效果

通過實驗證明超市購買的葡萄表面存在酵母菌后，繼續探究下一問題：葡萄表面酵母菌釀酒（自然釀酒）與商業酵母釀酒，哪個效果更好？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：小組合作學習并梳理葡萄酒釀制的步驟。學生通過分析資料，梳理葡萄酒釀制的步驟，教師接著引導學生深入思考：“為什么購買相同品種葡萄和相同規格容器？”“為什么將發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，再擰緊？不擰松會怎么樣？擰緊的目的？”通過連續追問的方式使學生思維外顯，幫助學生產生更多問題，引發學生更多思考，提升學生實踐體驗感。

學習小組討論交流時，教師可以加入學習小組，與學生共同分析問題，并給予一定的思路引導、問題解答和連續追問。學習小組不斷討論、質疑、反思、分析的過程本質上就是在發生深度學習，是學生思維外顯化的表現。經過相互交流討論，學生回答問題。

確定釀酒步驟后，需要確定釀酒效果檢測指標。教師組織學習小組展開討論，引導學生思考生活中如何比較酒類產品。學生通過討論及資料查閱等方式確定兩種檢測指標，第一個是通過觀察釀酒過程中的氣泡產生情況，第二個是利用酒精計對釀酒效果進行測量（見圖3）。教師展示課前生物小組學生釀造葡萄酒過程中的照片。學生觀察實驗結果，分析得出實驗結論：商業酵母釀酒效果更好。

設計意圖：結合視頻和資料，引導學生認識葡萄酒釀制過程，通過分析各步驟操作，強化實驗法三原則，回顧控制微生物活動可以延長食品保存的時間等內容。通過確定檢測指標，融合生活知識與學科知識。學生小組合作，結合已學知識分析問題，通過組員相互質疑及教師追問，學生逐步形成獨立思考和判斷能力，能夠多角度、辯證地分析問題，提出新思路，同時培養學生合作能力及交流表達能力。

4.3 歸納總結

教師利用流程圖梳理科學探究一般過程，展示巴斯德釀酒實驗過程及酵母菌在酒精發酵過程中不同生理階段圖片，引導學生回歸生物學概念，思考：“什么是發酵技術？什么是酒精發酵？”學生通過資料分析及真實體驗，總結酵母菌在有氧和無氧條件下不同生理階段的特點，闡述發酵技術概念及酒精發酵概念。教師繼續追問：相比于傳統發酵技術，現代釀酒技術大多數選用商業酵母進行發酵，這種工藝的改良有何意義？針對這一開放性問題，教師引導學生交流討論，大膽發言，形成融洽的互動氛圍。

設計意圖：探究性實驗是一種教學方法，其根本目的是使學生形成生物學概念，培養學生核心素養。因此，本實驗最終應回歸生物學概念，學生結合理論資料與實驗體會，闡述發酵概念，討論工藝改良的意義，培養學生歸納總結的科學思維，使學生認識科學技術發展的重要意義，樹立科學觀念。

4.4 遷移應用

教師展示日常發酵食品“酸奶”的圖片，引導學生思考“利用乳酸菌制作酸奶的方法”，鼓勵學生聯系本節學習內容探究乳酸菌發酵的原理。教師布置任務：運用類比法分析，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行發酵制作酸奶嗎？這其中就涉及與本節課類似的內容：酸奶中乳酸菌的分離與檢測、酸奶發酵制作步驟的查閱等等。學生利用教材內容結合教師提供的資料，通過小組合作設計實驗方案。

設計意圖：學習知識的目的最終是為了遷移與應用，利用類比法可實現知識的良好遷移，同時檢驗學生的真實學習情況。本節課通過葡萄酒釀制問題到酸奶制作問題的遷移，促進學生運用所學知識與技能解決實際問題，使學生真實感受到生物學知識在生活中的應用，增強其社會責任感。

5 教學反思

本節課教師從實際生活出發貼近學生生活，有助于拉近與學生的距離，創設真實情境，激發學生的求知欲與積極性，提升生物學學習興趣。通過深度分析教材內容，把常用的教學素材“家庭自制葡萄酒”作為問題的起點，結合學生實際水平，提出核心問題，并引導學生深度學習。本節課圍繞主線，綜合多節內容進行探究式實驗教學，組織學生開展自主分析、小組討論、動手操作、觀察分析等活動，使學生體驗顯微鏡觀察微生物、微生物培養技術、葡萄酒釀造等實驗過程。其有助于增強學生的學習體驗感和獲得感，培養批判性思維，提升解決問題的能力、有效的溝通和協作能力，實現深度學習，將生物學核心素養真正踐行于課堂教學。