《果酒、果醋制作的优化》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《果酒、果醋制作的优化》说课稿
一、教材分析
生物学课程的基本理念之一是教学过程重实践。

在这一理念的指导下，我非常重视学生理论与实践的结合，充分利用学校现有的条件，为学生提供实践机会。

《果酒、果醋的制作》是人民教育出版社高中生物选修一专题一第一个课题。

人教版选修一的内容偏重于实际应用，而本节课的课本内容很适合进行探究和拓展，发酵作为第一节的内容对学生很有吸引力。

学好并应用好本节课的知识，对于选修一的学习非常重要，对以后的内容起到了非常关键的启下作用。

二、学情分析
在必修的学习中，学生已经学习了发酵的原理（呼吸作用），能够较好地设计实验、分析实验，具有一定的进行实验探究的能力，科学思维能力进一步提高，但是动手操作能力有待进一步提高。

学生对于选修一的内容尤其是发酵一节，非常感兴趣，有很强的动手操作的意愿，可以很好地践行生物学课程的基本理念。

三、实验教学目标
根据本节课的结构和内容分析，考虑到学情，我制定了如下教学目标：
1. 能说出发酵的基本原理。

2. 能够设计并实施探究实验方案，并对结果进行如实记录和分析，掌握发酵的基本操作技能。

3. 尊重事实和证据，运用科学的思维方法解释发酵中的现象，并用合适的方式表达。

四、实验器材
Pvc箱、保温材料、制冷器、加热垫、控温器、发酵罐、单向阀、橡胶塞、316起泡器、Y形管、止水夹、无菌过滤器、空气泵、玻璃管若干、橡胶管若干、流量控制器（通气量探究实验用）、尼龙网（固定化细胞发酵实验用）、酒度计、pH计、酒精传感器
五、实验创新：
（一）关于装置：
本实验重点通过学生讨论，最终提出一套装置：用橡胶管将果酒发酵罐与果醋发酵罐相连，利用高度差可以直接将果酒引流到果醋发酵罐中，更加方便、快捷、卫生；用保温材料分别包围两个发酵罐，使发酵独立进行，温度方面互不干扰；利用制冷器、加热垫分别于控温器相连进而控制发酵温度，使温度控制更加精准。

该装置既可以同时展示两个发酵过程，更直观的展示果酒、果醋发酵的不同之处；可以灵活设置温度，控制通气量等条件，进行多种探究实验，满足学生对实验的需求；可操作性强；固定化细胞易于回收，而且可以反复利用
（二）关于发酵过程及结果监测：
用酒度计直接读取酒精度数，用pH计读取酸度，方便操作；用酒精传感器实时监测酒精含量变化，直观显示发酵过程。

六、实验设计思路：
在进行课本发酵实验的过程中，学生遇到了一些问题或困惑，以此为契机进行实验改进。

改进装置，使其可以同时展示两个发酵过程并精准控制发酵温度。

利用该装置，探究更多的实验或进行拓展实验，以此加深学生对发酵原理的理解，提高探究能力、团队合作能力等。

七、实验原理
果酒制作的原理：酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖；在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2
果醋制作的原理：当氧气、糖源充足时，果醋菌将糖分解成醋酸：C6H12O6→3CH3COOH；当缺少糖源时，醋酸就将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸：C6H12O6+ O2→C2H5OH+H2O 固定化细胞技术的原理：海藻酸钠与氯化钙交联形成的网状结构可以很好地固定细胞，细胞活性不受影响，且具备被反复或连续使用的活力。

八、实验教学内容
通过学生讨论，改进装置，使其可以同时展示两个发酵过程并精准控制发酵温度。

利用该装置，探究探究果酒发酵的最适温度、探究通气量对果醋发酵的影响，进行固定化细胞的发酵。

实验后进行结果的分享与交流。

九、实验教学过程
本节课的教学过程按照以下流程进行：问题——改进——探究——结论。

（一）问题
学生在课前按照课本实验进行了实验，但是在实验过程中遇到了很多困难或者有一些困惑，经归纳、整理如下：
（1）关于装置：
能不能在同一个装置中同时展示两个发酵过程？能不能通过装置改进精准控制温度？
（2）关于发酵条件：
果酒、果醋制作的最适温度是多少？通气量对果醋发酵有什么影响？
（3）关于发酵过程及结果：
发酵过程如何监测？发酵结果如何定量测定？
有了问题就要进行改进。

引导学生讨论，解决以上问题。

（二）改进
（1）关于装置的改进：
1）同时展示两个发酵过程改进：
学生经讨论，首先提出可以将两个发酵瓶相连，制作完果酒，通过高度差引流到另一发酵罐中进行果醋的发酵；同时分别给予果酒发酵无氧条件，果醋发酵有氧条件。

（如图1）
图1 发酵装置示意图
优点：同时展示了两个发酵过程，并考虑到发酵过程对氧气的不同需求。

缺点：无法控制发酵温度。

2)温度控制改进：
①学生提出，夏天可以利用室温进行果醋的发酵，果酒的发酵用冰袋和加热垫联合控制。

冰袋制冷，加热垫与控温器相连，设置发酵温度在18-25度。

（如图2）
图2 第一代装置示意图
②但是有学生指出，冰袋需要更换，费时费力，且温度不好控制，不如使用制冷器替代冰袋和加热垫进行果酒发酵的温度控制。

（如图3）
图3 第二代装置示意图
③又有学生提出，如果不是夏天，果醋的发酵温度该怎么控制呢？于是有了以下方案：将制冷器与控温器相连，控制果酒的发酵温度；将加热垫与控温器相连，控制果醋的发酵温度。

（如图4）
图4 第三代装置示意图
最终的装置（如图5）确定为该装置：既可以同时展示两个发酵过程，而且可以精准控制温度。

图5 第三代装置
（2）关于发酵条件的探究：
利用改进的装置，可以进行许多的探究实验。

学生思维发散，提出很多可探究的实验：探究酒精和醋酸发酵最适温度，探究醋酸发酵所需最适酒精度，探究通气量对醋酸菌发酵的影响，探究果酒菌和果醋菌的最适添加量……
拓展实验：
有学生预习了相关内容，提出想进行固定化细胞发酵的实验。

（3）关于发酵过程及结果监测的改进：
经讨论及查阅资料，学生提出以下改进：酒精的度数可以用酒度计进行测量，更直观；酒精的产生过程可以用酒精传感器进行检测，可以监测发酵的进程；果醋的酸度变化可以用pH计测量，更方便直观。

（三）探究
（1）实验方案：
学生分小组进行探究，分别探究果酒发酵的最适温度和通气量对果醋发酵的影响。

确定探究内容后，撰写并展示实验方案，大家讨论并完善实验方案。

（2）实验过程：
按照完善的实验方案进行实验。

1）探究果酒发酵的最适温度：
制作果汁，加入到果酒发酵罐中，分别设置温度为22℃、25℃、28℃、31℃，将发酵罐与酒精传感器相连，实时检测酒精含量变化。

相同时间段连续40分钟，酒精含量用趋势图显示。

2）探究通气量对果醋发酵的影响：
制作果汁，加入果酒发酵罐中，待产生相同酒精量时，引流到果醋发酵罐中进行发酵，分别控制通气量在15个气泡/分钟、20个气泡/分钟、30个气泡/分钟、60个气泡/分钟、120个气泡/分钟、180个气泡/分钟，每天定时取样，用电子pH计测量酸度。

绘制趋势图。

3）固定化细胞进行发酵：
首先学生进行了固定化的细胞发酵的预实验，发现如果直接将固定化细胞加入到发酵液中，仍然会出现不易与产物分离的问题。

为了解决这一问题，学生查阅大量的资料，最终决定用耐酸耐氧化的尼龙网包裹住固定化的细胞（如图6），并且串成串，这样既不影响细
胞与底物的接触，而且方便与产物分离。

图6 尼龙网包裹住固定化的细胞
制备固定化酵母细胞，将其加入尼龙网中，串成串，加入果酒发酵罐中进行酒精发酵。

一天后，将果酒引流到果醋发酵中。

制备固定化醋酸细胞，将其加入尼龙网中，串成串，加入果醋发酵罐中进行果醋发酵。

每天定时取样，用酒度计测酒度，用pH计测酸度。

发酵结束后，取出发酵液，加入新的果汁，再次进行发酵。

反复发酵三次。

（四）结论：
（1）探究果酒发酵的最适温度：
曲线图显示：28℃是果酒果酒发酵的最适温度。

（如图7）
图7 探究果酒发酵的最适温度
课本指出果酒发酵的温度适宜控制在18-25℃，但是学生用于根据实验结果提出自己的观点，认为可能是菌种的原因造成了这种差异，这很好地展示了学生科学思维的提高，不盲信课本。

（2）探究通气量对果醋发酵的影响：
曲线图显示：30个气泡/分钟时，果醋发酵效果最好。

（如图8）
图8 探究通气量对果醋发酵的影响
学生积极查阅资料，找出原因，认为可能原因是通气量太大，果醋菌不易与底物物很好接触，而且会造成酸类等物质过量挥发，所以发酵效果不好。

（3）固定化细胞进行发酵：
在连续重复发酵三次后，学生发现，发酵效果均理想，说明固定化细胞确实可以重复利用。

（如图9）
图9 固定化细胞连续进行三次发酵酒精度和pH值变化趋势利用该装置，不仅可以分别控制温度，可以直接将果酒引流到果醋发酵罐中，方便固定化醋酸菌的发酵。

最后，该组学生还请大家品尝了第三次发酵的产品，大家纷纷表示味道很不错。

十、实验效果评价。