酵母细胞的固定化的教学设计

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酵母细胞的固定化的教学设计
株洲市九方中学 张欣桐 412001
教学目标:
知识目标：说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理；
尝试制备固定化酵母细胞并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵；
能力目标：通过实验，培养学生动手操作能力；
对实验改进和评价，培养学生批判性思维、创新思维和科学探究能力；
情感态度与价值观：让学生体验生物科学、生物技术与社会生活的联系；
通过改进和评价实验，端正科学态度，砥砺科学精神，增强学生社会责任感。
指导思想：
教材及学情分析：《酵母细胞的固定化》是选修1专题4《酶的研究与应用》的第三个课题，是我省统一选择的七个课题之一。本课题重在体现该模块的以下要求：使学生了解固定化细胞技术在社会生活生产中的应用，对学生进行STS教育，重在培养学生动手操作能力和创新思维等，使学生体验了科学技术和生活实际的密切联系。高二的学生具备了一定的生物学知识，理解了酿酒的原理，并掌握了一定生物学常规实验技能。但酵母细胞的固定化这个实验对学生而言是全新的。
教学策略与理论指导：第一节课教学策略：学案导学，自主学习；聚焦讨论，合作学习等；第二节课教学策略：流程建模，分组操作，试误反思等。依据的理论: 1、尝试教学理论与人本主义理论；2、“发现学习”理论与建构主义理论等。
教学重点：制备固定化酵母细胞
教学难点：制备固定化酵母细胞
课 时：2课时（第一课时：基础知识等；第二课时：实验操作）
教学手段：《酵母细胞固定化》实验操作视频；通过学案导学、实验操作试误等方式，引导学生自主探究、分组合作探究等。
教学过程：
第一课时
学习目标:见学案
学习方法：自主学习、合作学习
教学方法：任务驱动，学案导学；启发引导等
教学流程：
一、情境引入，激发兴趣
果汁实物对比：手拿澄清的“鲜之每日C”，与对比鲜橙多，生产商如何减少果胶及其他较大的果肉颗粒呢？（加酶＼过滤等）加入酶后对生产及产品对生产有哪些影响呢？
提出问题：１、酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；
２、溶液中的酶很难回收，提高了生产成本，也可能影响产品质量。
设想解决方法：学生自由回答（盐析、渗透、沉淀、包埋等）
二、学案导学，自主学习
自主学习完成学案任务一和任务二（具体任务见附件1，时间8分钟左右）。
学生：阅读教材，独立完成。 教师：巡视，发现问题以调整教学环节。
三、展示答案，互动评价
展示与评价（合作学习，10分钟左右）
直接展示答案（任务一、任务二的第一、二题），点出学生的普遍问题。
根据学生掌握情况，可对任务二进行变式。（如第一题:结合教材P49“固定化酶的反应柱示意图”对变式问题“若不将葡萄糖异构酶固定化，而是直接使用葡萄糖异构酶，会对生产过程产生哪些影响。”请学生进行说明。）
四、聚焦讨论，合作学习
任务二的第三题为开放性试题，是学生争论的焦点。教学组织形式是：组内交流，形成问题焦点----组间质疑，辩论答疑----达成共识。
五、直观视频，激疑铺垫
1、思考任务三，学生观看“酵母细胞固定化”的操作视频（5分钟）；
2、完成任务三，展示与评价；
3、质疑与小结：学生在看完视频完善好流程以后，对操作方法，试剂的作用等会产生新的疑问。这既是对任务一、二的补充也为下节课的实验操作作铺垫。实施流程：组内讨论 ----组间及教师互助----教师点评。（可视具体情况进行调整；遇到学生提不出价值大的问题时，可以将预设问题直接抛给学生；对学生的问题不要面面俱到，可以设悬，可在第二课时为学生留白。）教师预设问题：1、 什么是活化？2、CaCl2的作用？
第二课时
学习目标：掌握固定化酵母细胞的方法；提高动手操作能力；能对实验结果进行解释。
学习方法：试误实验操作（在做中学，在做中思），讨论交流
教学流程：
课 前：配置好0.05MOL/LCacl2溶液、质量分数为10%的葡萄糖溶液、提前一小时活化好的干酵母、配备并摆好固定化所需的药品和器皿（供6组）
课 中：
一、温书激疑，流程建模
学生：回顾教材，针对实验方法提问。教师：说明原理，交待注意事项。
形成实验流程：
第一部分：制备固定化酵母细胞 第二部分：用固定化酵母细胞发酵
第一部分步骤：活化—配液—混合—固定
酵母细胞活化 配制载体和凝胶溶液 酵母与载体混合 固定化酵母
二、分组操作，试误反思
学生分组实验操作，并提出操作中产生的疑惑（由组员将问题写在黑板指定的地方）。
教师巡视指导，留心学生操作中出现的问题。
三、结果评价，规范操作
学生担当质检员，对凝胶珠的形状和颜色等进行评价及解释实验结果。（说明：因凝胶需要30分钟以上，故采用本班检验上一个班的凝胶珠质量的方法进行教学）
预设情况：凝胶珠拖尾；凝胶珠易破，挤压有液体流出；颜色偏白等。
四、聚焦讨论，合作学习
聚焦各组提出的问题，通过组间互助，教师点拨进行解答。预设问题：①缩短活化时间的方法？②寻找方法避免海藻酸钠烧焦。
五、拓展延伸，深化课题
课题延伸：①发酵的锥形瓶为什么要密封？用反应式表达瓶中的主要反应。②若是利用固定化酶或细胞进行生产，必需要什么操作？能否利用其发酵制果酒和果醋。
课 后：可进行研究性学习，开设与酵母细胞固定化相关的课题。
附件1
酵母细胞固定化 学案
【学习目标】：
1．了解固定化酶和固定化细胞的联系和区别；
2、了解固定化酶应用实例及固定化酶或细胞的方法，能说出固定化酶或细胞的作用和原理；
3、掌握制备固定化酵母细胞的流程；能反思实验对实验方法进行改进。科
【学习重点】：制备固定化酵母细胞的流程。
【学习过程】:
任务一：阅读教材P49“课题背景”完成填空（学习目标1）
酶：优 点：催化效率高，低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。
实际问题：对环境条件 ，易 ；很难 ，不能 ，提高了 ；反应后的酶会混合在产物中，如不除去，会影响 。
设想：将酶固定在 。
固定化酶：优 点：酶既能与 ，又能与 ，还可以 。
实际问题：一种酶只能催化 化学反应，生产实践中，很多产物的形成都是通过 的酶促反应才能得到的。
设想：将合成酶的 直接固定。
固定化细胞：优 点：成本更 ，操作更 。
任务二：阅读教材P49--50“基础知识”完成下列问题（学习目标1、2）
1、固定化酶应用的实例----固定 酶
思考：分析P49固定化酶的反应柱示意图，若不将葡萄糖异构酶固定化，而是直接使用葡萄糖异构酶，会对生产过程产生哪些影响。
2、固定化细胞技术是利用 方法将酶或 固定在 内的技术。包括 、 、 。细胞多采用 。
3、固定化酶和固定化细胞比较
① 从操作角度来考虑，哪一种方法更容易？
② 哪一种方法对酶活性的影响更小？
③ 固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？
④ 如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选哪一种方法？
⑤ 如果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法？
任务三：提炼“实验操作” 的关键词，完善流程；请在框内记下你的疑惑（学习目标3）。
1、完善试验流程：
制备 酵母细胞 用固定化酵母细胞 （发酵液是: ；温度： ）
酵母细胞 配制载体和凝胶溶液 混合 酵母
（ 溶液和 溶液） （Cacl2溶液的作用： ）
2、记录你的疑问：
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