发酵工程实验教程(姜伟,曹云鹤主编)思维导图

学科思维导图在高中生物学 发酵工程专题 复习中的应用杨晓岚㊀杨洪升(佳木斯大学生物与农业学院ꎬ黑龙江佳木斯ꎬ１５４００７)摘㊀要:将学科思维导图引入课前复习ꎬ能够帮助学生自主构建知识结构体系ꎻ引入课堂ꎬ师生共同完善ꎻ引入课后ꎬ辅助解决综合问题.文章以 发酵工程专题 复习教学为例ꎬ将学科思维导图引入至教学各个环节ꎬ以实现培养和提升学生生物学学科核心素养的基本教学目标.关键词:学科思维导图ꎻ发酵工程专题ꎻ高中生物中图分类号:Ｇ６３２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００８－０３３３(２０２３)３３－０１３９－０３收稿日期:２０２３－０８－２５作者简介:杨晓岚(１９９９.１－)ꎬ女ꎬ四川省南充人ꎬ教育硕士在读ꎬ从事生物学教育教学研究ꎻ杨洪升(１９７９.６－)ꎬ男ꎬ黑龙江省佳木斯人ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ从事生物教学及高等教育研究.基金项目:黑龙江省高等教育教学改革项目 地方高校园林专业创新创业教育与专业教育融合研究 (ＳＪＧＹ２０２１０８６８)㊀㊀复习课具有涵盖广㊁节奏快的特点ꎬ内容包含许多碎片化的知识点.由于学生难以深入理解概念之间的关系ꎬ因此容易出现概念混淆ꎬ难以建立知识之间的联系ꎬ导致学习效率逐渐下降.为此ꎬ需要注意复习课的教学方式ꎬ提高学生对于知识点之间关系的理解能力.通过使用学科思维导图来辅助复习课教学ꎬ可以激发学生自主思考所学知识点之间的联系ꎬ促进对概念的深入理解和融会贯通.１学科思维导图的含义国内研究者在原有的思维可视化工具的基础上进行改良ꎬ并自主开发了学科思维导图ꎬ也被称为概念思维图.该词最早由杨兰娟的硕士论文提出[１]ꎬ之后由刘濯源正式提出 学科思维导图 [２].学科思维导图可作为教师 教 的方式ꎬ将大概念以学科思维导图的方式展现出来ꎬ使学生更能理解概念之间的 来龙去脉 .同时ꎬ学科思维导图也可以作为学生 学 的方式ꎬ用于知识整理㊁笔记记录和解题分析等方面.２学科思维导图在高中生物学复习教学中的应用２.１课前回顾教材ꎬ自主构建知识框架在进行复习课教学之前ꎬ先让学生对教材中的相关内容进行回顾和梳理ꎬ按照一定的逻辑将相关的重要知识点进行提炼ꎬ并且尝试找到这些知识点之间的联系ꎬ用学科思维导图的形式将这些内容进行记录.对于不太熟悉的内容可用不同的颜色提示自己ꎬ进一步查找资料完善这一部分的知识框架ꎻ对于较为熟悉的内容ꎬ可以进行构建大致的框架即可ꎻ对于一些比较抽象的内容ꎬ可以选择手绘简图再配上简介明了的文字进行记录.㊀９３１２.２课上师生合作ꎬ共同完善知识体系复习课上ꎬ教师根据学生课前构建的学科思维导图的完整性和科学性等情况ꎬ梳理本专题的框架结构ꎬ针对学生还存在疑问的重难点进行详细讲解ꎬ对于学生忽略的小细节进行补充ꎬ根据需要可对某些内容进行拓展和深入ꎬ这样既节省宝贵的课堂时间ꎬ又提高了教学的效率ꎻ而学生则一边 动脑 跟随教师的步伐对专题的整体内容进行深入思考ꎬ对于重点难点的内化吸收更充分ꎬ一边 动手 根据自己的情况对课前构建的思维导图进行补充㊁完善和深入.将学科思维导图引入高中生物学复习教学ꎬ学生头脑中已经有了大致的知识框架ꎬ带着问题来听课ꎬ更容易跟上教师的节奏.并且学生在动手记笔记之前会先动脑思考某个知识点应记录在已有的思维导图的哪个位置更合理?这个知识点应怎么样记录才是简洁明了又全面深刻呢?这种师生合作的方式既能提高学生对笔记的吸收内化能力ꎬ又能使课堂教学的效率达到一定保障.２.３课后迁移运用ꎬ解决现实情景问题课后创设现实情景问题ꎬ引导学生运用相关已有的学科思维导图或者重新构建更加切题的思维导图来寻找解决问题的方法.有时解题方案也可用思维导图进行表达ꎬ将不可见的思维进行可视化的表达ꎬ更有利于找寻问题与答案的逻辑关系ꎬ得到更加合理和全面的答案.３学科思维导图在 发酵工程专题 复习教学中的应用３.１回归教材内容ꎬ深化生命观念发酵工程专题的大部分内容都集中在选择性必修３的第１章ꎬ但在必修１ 酶 和 细胞呼吸 的内容中也有提及ꎬ涉及微生物的生活方式㊁培养㊁应用等各个方面的知识ꎬ教师可在课前提出问题串来引导学生:(１)什么是发酵?传统发酵技术和发酵工程分别是什么?(２)从传统发酵技术到发酵工程经历了哪些过程?(３)传统发酵技术涉及了哪些微生物?它们发酵的原理是什么?(４)培养基如何配制?无菌技术如何操作?(５)如何进行纯培养?如何进行选择培养?如何进行微生物的计数?(６)发酵工程有哪些基本环节?有哪些应用?学生通过系列问题的引导有方向㊁有目的地阅读教材后ꎬ能够构建出思维导图的一级分支ꎬ并初步构建知识框架体系如图１所示ꎬ体会到自主学习获取知识的乐趣.从结构与功能观来看ꎬ乳酸菌和酵母菌都能够进行无氧呼吸ꎬ但是产物却不同ꎬ这是因为酵母菌和乳酸菌含有的酶有着不同的空间结构导致了有着不同的催化功能.通过独立的思考ꎬ学生逐渐将细胞的结构与功能联系起来ꎬ使学生头脑中的生命观念更加完善和清晰.图１㊀发酵工程思维导图０４１３.２对比分析资料ꎬ提升科学思维在思考与分析问题时ꎬ常常需要借助一些工具才能够将问题的条理分解开来ꎬ表格和学科思维导图都可以作为对比分类等分析的有效工具.教师通过思维导图和表格的形式比较泡菜㊁葡萄酒㊁啤酒㊁果醋㊁腐乳㊁酱油㊁青霉素等生产中发酵菌种㊁菌种来源㊁发酵原理㊁发酵条件㊁制作流程等方面的区别ꎬ对发酵过程进行分类.按发酵原料来分:可分为糖类物质发酵㊁石油发酵及废水发酵等类型ꎻ按发酵产物来分:可分为氨基酸发酵㊁有机酸发酵㊁抗生素发酵㊁酒精发酵㊁维生素发酵等ꎻ按发酵形式来区分ꎬ有固态发酵㊁深层液体发酵和半固体发酵三种ꎻ按发酵过程中对氧的不同需求来分ꎬ可分为厌氧发酵和通风发酵两大类型ꎬ让学生更好地掌握比较与分类的方法ꎬ提升科学思维.３.３呈现实验设计ꎬ助力科学探究学科思维导图可作为呈现实验设计方案的载体ꎬ能够在设计实验步骤时更加具有逻辑性和合理性ꎬ为接下来进行实验操作厘清思路ꎬ为进一步科学探究提供清晰的思路.为探究酵母菌发酵的最佳条件ꎬ学生小组进行讨论并设计实验方案ꎬ发酵离不开酶的催化ꎬ而酶活性受到温度的影响ꎬ由此确定探究的第一个问题是最适温度.那么接下来便以温度为自变量设计实验:第一步:取三个２５０ｍＬ的烧杯ꎬ分别标号.第二步:将已经揉好的面团(已加入适量酵母)分成等量的三份ꎬ分别放入三个烧杯ꎬ用保鲜膜封口ꎬ记录此时面团体积.第三步:将三个烧杯分别放在４ħ左右的冰箱保鲜层㊁１６ħ左右有暖气的室内㊁２８ħ左右的恒温箱㊁４０ħ左右的恒温箱内３小时后ꎬ观察并记录面团的体积大小.第四步:肉眼观察气孔多少㊁手指按压弹性大小㊁鼻嗅香味浓淡检验面团的发酵情况.除了发酵温度之外ꎬ还有酵母菌含量㊁发酵时间㊁面团含水量等多个因素ꎬ接下来便以这些因素为自变量来设计实验ꎬ最后制作出探究最适条件的实验设计思维导图.由小组合作进行实验探究ꎬ记录数据ꎬ分析结果ꎬ得出结论ꎬ并进行反思和总结ꎬ最后派出小组代表进行汇报.教师针对实验设计的合理性㊁数据分析的严谨性以及实验的创新性进行评价和总结ꎬ学生再对实验方案进行合理修改ꎬ最终总结成实验报告.学科思维导图的使用使学生对于探究过程更加的清晰ꎬ实验步骤的设计更加有逻辑性和创新性ꎬ有利于扎实科学探究的基础技能ꎬ掌控科学探究的各个环节.３.４关心时事热点ꎬ培养社会责任学科思维导图可以为学生分析热点事件时提供更为发散性的思维ꎬ让学生对事件有独特的见解.发酵工业广泛地运用于医药㊁农牧㊁食品行业ꎬ而食品安全是与生活息息相关但又常常被忽略的安全隐患.对此可提问引导学生:我们生活中有哪些常见的发酵工程产品?味精是如何通过发酵工程来生产的?味精真的致癌吗?味精存在安全隐患吗?我们应如何使用味精更合理?有其他可替代的鲜味物质吗?网络传言真真假假ꎬ学生在拓展知识面的同时也要学会辨析真假ꎬ通过 味精致癌 这个话题将发酵工程应用于食品安全问题相结合ꎬ认识到发酵工程并非遥不可及ꎬ其所生产的食品㊁添加剂㊁药品等早已 飞入寻常百姓家 ꎬ例如酱油㊁啤酒㊁味精㊁青霉素等等都是发酵工程大规模生产的产品.引导学生辩证地看待大规模生产和小规模制作ꎬ同时关注食品安全问题ꎬ持续提升对社会热点信息的关注ꎬ培养社会责任意识和使命感.参考文献:[１]杨兰娟.概念思维图在小学生元认知中的应用研究[Ｄ].南京:南京师范大学ꎬ２００７. [２]林书扬.为什么要给思维导图 转基因 :浅谈 学科思维导图 与 思维导图 [Ｊ].中国信息技术教育ꎬ２０１５(１８):８０－８１.[责任编辑:季春阳]１４１。

发酵工程及工艺控制微生物发酵类型及过程根据需氧状况进行分类好氧性发酵厌氧性发酵根据培养基性状进行分类液体发酵固体发酵根据终产品进行分类微生物菌体发酵微生物酶发酵微生物代谢产物发酵微生物的转化发酵生物工程细胞发酵（胰岛素、干扰素、单克隆抗体）根据发酵设备进行分类敞口发酵（酱油的制作）密闭发酵（酒精发酵）浅盘发酵（醋曲的制作）深层发酵（现代发酵罐中的发酵）液体深层发酵根据操作方式进行分类分批发酵概念:指一次投料、一次接种、一次收获的发酵方式。

优点：不容易产生污染;缺点：设备利用率低。

连续发酵概念：发酵过程中以一定的速度向发酵罐内加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。

补料分批发酵介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术。

它是微生物分批培养过程中向生物反应器间歇或连续补加一种或一种以上的特定限制性底物，反应结束后一次排出全部培养液的操作方式。

发酵动力学发酵动力学概念发酵动力学研究内容对细胞生长、产物合成以及基质消耗的速率变化规律进行定量描述，确定他们之间的动态量化关系。

发酵动力学研究对象整个发酵体系中微生物细胞群体，包括生长、休眠以及死亡细胞等几种类型的细胞群体。

分批发酵动力学细胞生长动力学细胞比生长速率（μ)μ受到菌种特性、温度、 pH 值、培养基组成及浓度等因素的影响延迟期：细胞适应环境，未增殖，细胞数量几乎不变μ=0指数生长期：μ=μ m营养物质耗尽十 代谢产物积累→限制微生物生长衰减期：μ满足 Monod 方程S ：限制性基质浓度 Kg :底物亲和常数K 表示微生物对底物亲和力， K 越大，亲和力越小，底物利用率越慢。

衰亡期：营养物几乎耗尽，有害的代谢物大量累积μ=- a （比死亡速率）Monod 方程的应用测定对不同底物的亲和力大小确定最佳底物测定最大比生长速率基质消耗动力学基质的作用合成新的细胞物质；合成微生物代谢产物；提供微生物细胞生命活动的能量生长得率系数（表观得率）体现的是一时间段内的总体变化情况。

第一章发酵工程—2022-2023学年高二生物学人教版（2019）选择性必修三大单元复习第一步：单元学习目标整合第二步：单元思维导图回顾知识第三步：单元重难知识易混易错（一）传统发酵技术1.发酵：利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程2.实例：腐乳制作（1）参与微生物：毛霉、酵母、曲霉等（2）原理：豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收3.传统发酵技术（1）概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术（2）形式：以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通过是家庭式或作坊式的（3）产物：腐乳、酱油、醋、泡菜、豆豉、酱等（二）尝试制作传统发酵食品1.泡菜制作的原理（1）菌种：乳酸菌。

a.分布：广泛分布在空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道等处。

b.代谢类型：异养厌氧型。

c.常见种类：乳酸链球菌和乳酸杆菌。

其中乳酸杆菌常用于生产酸奶。

（2）发酵原理：乳酸菌在无氧条件下，将葡萄糖分解为乳酸。

2.泡菜制作的实验设计a.制作流程b.准备材料①选择泡菜坛：选用火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。

①选择原料：质地鲜嫩，肉丰富，无虫咬，无烂痕，无斑点。

c.制作过程①原料处理：将鲜菜修整、清洗、阳光下晾晒到菜表皮萎蔫时收起，切成条状或片状。

①配制盐水：按照清水与盐的质量比为4①1的比例配制盐水，并将盐水煮沸冷却。

①装坛：将经过预处理的新鲜蔬菜混合均匀，装入泡菜坛中，装至半坛时放入香辛料，继续装到八成满，再徐徐注入配制好的盐水，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖。

①封坛发酵：向坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。

要注意经常补充水槽中的水。

①成品：将封好的坛子，放在室温环境中约15天，便可制成清脆爽口的泡菜。

d.腌制条件在腌制过程中，要控制腌制的时间、温度和食盐的用量。

《酶工程》课程实验教学大纲一、实验课程基本情况二、实验课程简介《酶工程》是制药工程的主要内容之一，是现代酶学和生物工程学相互结合而发展起来的一门新的技术学科。

它将酶学、微生物学的基本原理与化工、发酵等工程技术有机结合起来，并随着酶学研究的迅速发展，特别是酶的广泛应用而在国民生产生活中日益发挥着越来越重要的作用。

酶工程实验课是制药工程等本科实验教学的一个重要组成部分，通过实验教学可以加强学生对酶工程基本知识和基本理论的理解，掌握现代酶学与相关技术的有关的基本的实验原理与技能。

在实验过程中要求学生自己动手，分析思考并完成实验报告。

酶工程实验性质有基础性、综合性、设计（创新）性三层次。

三、实验教学目的和基本要求本实验课程主要根据酶工程的三大块内容即酶的生产、酶的改性与酶的应用来设计安排实验，通过这些实验内容，使学生深入理解酶工程课程的基本知识；巩固和加深所学的基本理论；掌握酶工程中基本的操作技能。

同时，通过实验培养学生独立观察、思考和分析问题、解决问题和提出问题的能力，养成实事求是、严肃认真的科学态度，以及敢于创新的开拓精神；并在实验中进一步提高学生的科学素养。

四、实验内容与学时分配课堂教学与实验教学结合。

课堂教学合班上课，实验课分小班进行，每4人一组。

实验设计尽量从实际生产中提出问题，增加学生对实际动手操作的兴趣，安排每个人动手。

通过实际操作巩固掌握教材相关理论知识。

六、考核方法实验成绩占课程总成绩的20%。

主要考察学生每次实验的表现：动手操作能力，观察能力，解决问题的能力等。

其次检查实验报告的书写情况是否认真准确。

七、实验内容安排【实验一】淀粉酶动力学分析（4学时）一、实验目的：了解并掌握米氏常数的意义和测定方法。

二、实验要求：掌握米氏常数的意义和测定方法，掌握酶反应的动力学分析方法。

三、实验步骤：1、酶反应：取13支干燥的18×180 mm试管，按下表编号，实验组做两份平行实验，加入pH5.0的淀粉溶液和α-淀粉酶溶液，50℃反应10分钟2、酶反应速度测定：酶反应液稀释一定倍数（约5倍，取1 mL反应液，加4 mL蒸馏水，混匀），取1 mL稀释液加DNS试剂，于沸水浴中加热2 min进行显色，取出后在盛有冷水的500 mL烧杯中冷却（注意换冷水），各加入蒸馏水9.0 mL，摇匀，以空白管为调零点，在540 nm波长测定吸光度值，从标准曲线查出葡萄糖的含量，算出酶反应速度（mol/（L·min））。