基于深度学习特征的概念学习——以“发酵”为例

李连梅 邹传龙 吕慧玲

（1.青岛市城阳区第二实验中学 山东青岛 266109）

（2.青岛市城阳第六中学 山东青岛 266109）

（3.北京师范大学青岛城阳附属学校 山东青岛 266109）

1 教材分析及设计思路

“发酵”是人教版八年级上册第五单元第四章第五节的内容，教材安排了发酵实验、食品制作相关的微生物种类及制作米酒的过程及方法。

但是，笔者在近几年的教学中发现，教材设计的实验装置很难将气体通入到石灰水中，没有明确用哪一种糖、糖和酵母菌的比例、水温等。教材只用一句话简单叙述利用微生物进行发酵生产相关的食品，而对于不同微生物发酵过程的区别并没有相关的介绍。学生经过本节课的学习后，对于发酵的概念仍然不明确，对实际生产中的发酵过程仍然不了解。

现代教育倡导深度学习。深度学习最初由美国学者马顿和萨尔乔提出，他们认为与浅层学习相比，深度学习是以对复杂概念或知识的理解与运用为主要认知活动的持续性学习过程，是一种有效的学习方式和学习理念。深度学习具有联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价等特征，是一种基于高阶思维发展的理解性学习，注重批判理解、知识构建、迁移运用，是实现有意义学习的有效途径。

在“发酵”的教学设计中，学生经历“活动—体验—实践—比较—理论”等过程进行深度学习。学生首先通过品尝—实验2个活动，切身体验发酵的过程、现象及结果，从感性和理论上认识发酵过程中发生的变化；接着，通过视频、实验设计、分析等多种方式，对生产生活中如何利用微生物进行发酵，对发酵的理论知识在实际生产中的应用进行有效的迁移；再通过比较、归纳等方式，总结出发酵的本质；最后，教师利用家庭作业，对学生进行了社会责任的教育。

2 教学目标

①通过品尝、体验等活动，初步认识发酵的过程及变化，了解影响发酵的因素，培养科学探究意识，理解基于事实和证据做出推测和结论的思想。

②通过学习生产中的发酵过程总结发酵的本质，培养理性分析问题的意识和能力，学会归纳—总结的科学思维方法。

③能够成功制作一种发酵食品献给家人，培养社会责任感。

3 教学过程

3.1 活动与体验-——发酵是什么

生物是一门实验科学，如果单纯依靠文字向学生传递知识，学生的理解和认识就会有一定的困难。本节的主要教学内容是发酵，学生对发酵食品并不陌生，但是由于发酵的过程及其发生的化学变化比较抽象，学生理解有困难。有效的教学活动可以让学生产生有效的内心体验，助推知识的形成过程。因此，教师引导学生开展品尝发酵食品和改进酵母菌发酵实验的分组实验，使学生获得直观体验。

3.1.1 发酵初认识

教师提前给每个小组准备面包、苹果醋、酸奶、豆腐乳等，放在桌洞里，给学生制造一个小惊喜，活跃课堂气氛。

教师要求学生品尝并回答：这些食品在制作工艺上有什么共同特点，在口感、口味上与原材料相比有哪些变化？为什么会发生这样的变化，可能的原因是什么？是因为加入了某些物质还是发生了化学变化？什么因素导致发生这种变化？

设计意图：简单的活动引发了学生的内心体验，让学生把实际生活中的实例与本节课的知识建立初步联系，活跃了课堂气氛。

3.1.2 发酵再认识

笔者在2014年曾对发酵实验条件进行过正交实验，当蔗糖溶液的质量分数为5%、酵母菌溶液的质量分数为3%、温度50℃、液体量300 mL时，4.5 min可以观察到明显的现象。教师与生物兴趣小组进行再实验时，发现有如下问题：发酵液太多，很容易倒流到气球中；在通气体的过程中，发酵液容易流到澄清的石灰水中，很难辨别是发酵液引起浑浊还是二氧化碳引起的浑浊；在进行发酵原理解释时是将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，八年级的学生还没有接触化学，如果用蔗糖进行实验理解有一定的困难。所以，经过实验小组的反复实验，实验条件最终改进为：加入葡萄糖10 g，酵母菌10 g，温度50℃，液体量200 mL。大约6 min后可以看到明显现象且发酵液不会倒流到气球中，学生有充足的时间将气体通入到石灰水中。

①活动1：动手—分析。学生分别称取10 g葡萄糖和酵母菌并用纸槽倒入到瓶中，量筒量取200 mL温开水倒入到矿泉水瓶中，用玻璃棒搅拌均匀，盖上瓶盖，静置一段时间。教师提出问题：葡萄糖和温开水分别为酵母菌的生活提供了什么条件？为什么要静置一段时间？

②活动2：推测—验证。教师追问以下问题：观察瓶中液体有什么变化？推测产生了什么气体？怎样验证你的推测？怎样将气体通入到澄清的石灰水中？你观察到什么现象？可以得出什么结论？

③活动3：体验—检测。学生打开瓶盖闻一闻气味。教师提示闻气味的正确方法：将瓶口在前下方离鼻孔约0.5 m，在瓶口用手轻轻地扇动，使极少量的气体飘进鼻孔。并提出问题：怎样验证你的推测？（用手持酒精测试仪进行检测，在该实验条件下可检测到1.4～1.9 g/L的酒精）

设计意图：通过实验—分析—推测—验证等一系列活动，学生切身体验发酵的条件及过程，体验发酵产生的变化并基于事实和证据总结出葡萄糖被酵母菌分解为酒精和二氧化碳。

3.2 迁移与应用——发酵与生活

迁移与应用实质上要求学生具备举一反三的能力，能用所学的知识解决实际生活中的问题。同时也对教师提出了更高的要求，要在学生的已有经验的基础上，将知识进行有效内化，并使学生在新的情境下产生新的认知。

3.2.1 实验与实践——酿酒

通过分组实验，学生已经了解了酿酒的原理，但是在实际生产生活中不可能利用葡萄糖酿酒，成本太高，而且在单一成分下只产生酒精，酒的口感不好。教师引导学生透过现象看本质，引导学生从祖先的酿酒工艺中寻找答案。

教师播放“舌尖上的中国—转化的智慧—酿造米酒”视频的部分，创设情境，提出问题：古老而智慧的中国人在几千年前就发现了酿酒的秘密。学习了酿酒原理后，小熊想酿一壶米酒送给辛劳的爸爸，你能给他提供相关的技术支持吗？应提前对糯米、器具做怎样的处理，为什么？只用酵母菌可以吗，为什么？何时加入酒曲比较合适？酿酒的时间越长越好吗？

设计意图：教师促进学生在知识与生产之间进行有效的衔接，并尝试根据已有的知识储备解决新遇到的问题，实现知识的迁移与应用。

3.2.2 可闻到的发酵——酿醋

分组实验和酿酒介绍使学生容易形成误解：发酵只有酵母菌能够进行；同时只要原料足够酵母菌就能一直产酒，发酵的时间越长越好，产物会越来越多。因此，教师要及时给学生传递两个关键点：酵母菌发酵产生酒精并不是发酵的终点；能够发酵的微生物不止酵母菌一种。

教师给学生提供资料：酿酒的时间过长，在有氧条件下醋酸杆菌会将酒精转化为醋酸，即食用的醋。并展示果醋的图片，创设情境，引导学生思考：在现代食品行业上人们巧妙的利用水果酿造的果醋成为时下流行的健康饮品。泡菜的酸味不同于醋，来自乳酸，是由乳酸菌分解葡萄糖而来。请根据酿酒的过程及发酵原理，以牛奶和醋酸菌为原料制作酸奶.请以小组为单位写出实验方案。

设计意图：教师通过举例验证、设计发酵过程等活动，让学生真正将所学知识应用到实践中，深度理解发酵的特点。

这个世界充斥着危险，有烈焰、巨石等各种隐患，而疼痛能教人躲开它们。如果没有疼痛，我们会很容易受伤，甚至一不小心就一命呜呼。此外，许多动植物如果没有感受疼痛的本领，也没法生存下来。一个没有疼痛的世界将会是一个噩梦。

3.2.3 可看见的发酵——豆腐乳

上述酵母菌、醋酸菌、乳酸菌等的发酵过程都属于单细胞的发酵，学生虽然可以看到和品尝到最终的产品，但是肉眼很难看到微生物在这个过程中发生的变化。因此，为了让学生完整的了解微生物发酵，教师再介绍多细胞真菌的发酵过程。

教师请学生分享品尝豆腐乳的感受，并提出问题：豆腐乳的原料是什么？豆腐乳与豆腐相比在口感和口味上有哪些不同？学生总结豆腐乳与豆腐相比咸、鲜、细腻柔滑。教师引导学生知道豆腐乳的特点都与其制作工艺相关，出示豆腐乳的制作工艺：让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制。学生根据本节课的所学知识推测真正的发酵发生在第一步，让豆腐上长出毛霉，即南方居民非常喜爱的一种美食—毛豆腐。

教师播放“毛豆腐的制作过程”视频，追问：豆腐主要含哪种有机物？豆腐上的白毛和黑点是什么？豆腐发生了怎样的物质转化？请描述毛豆腐的制作过程。

设计意图：学生通过品尝—观看制作过程—追问等过程，从感性上认识发酵过程中微生物及原材料的变化，并与酵母菌、乳酸菌的发酵过程进行比较，区分它们之间的不同，真正做到知识的融会贯通，学以致用。

3.3 本质与变式——发酵真面目

把握本质的过程，是去除非本质属性的干扰、分辨本质与非本质属性区别的过程，也是对学习内容进行深度加工的过程。活动会让学生对事件形成一定的认识，教师适时的引导能够触发学生产生本质认知。

3.3.1 发酵与微生物培养

3.3.2 发酵与腐败

学生根据知识储备，小组讨论分析发酵与腐败的异同点。学生展示讨论结果：其实发酵和腐败都是细菌或真菌分解食物中有机物的过程，如果代谢产物对人类有利就是发酵，对人类有害就是腐败，所以严格的说，发酵是一类对人类有利的腐败。

3.3.3 发酵与时长

教师提醒：正如本节课介绍的酵母菌酿酒时间过长，酒就变酸成醋了。因此，发酵需要适时终止，发酵的时间需要人为的控制，时间过长食物中的有机物会被完全分解，也就不能获取微生物的代谢产物了，失去发酵的意义了。

3.3.4 发酵的底物

通过分析酿酒、酸奶、醋、毛豆腐等发酵过程，学生提出：发酵的底物除了糖类，还有蛋白质等，其实在发酵上糖类、脂肪、蛋白质都可作为发酵的原料。

3.3.5 发酵的本质

在学生认识不同微生物发酵的基础上，教师引导学生思考：其中的有机物在这个过程中发生了什么变化？如果没有微生物的参与有机物会发生这种变化吗？学生总结出发酵的实质是人类通过大规模培养微生物，使其在分解有机物的过程中除获得生存必须的能量外，还能生产对人类有利的代谢产物的过程。

设计意图：学生通过实验—比较—归纳等方式，总结出发酵的本质，深层次认识了发酵的过程及特征，培养了科学思维和生命观念。

3.4 价值与评价

深度学习将教学的“价值与评价”自觉化、明晰化，自觉帮助学生形成正确的价值观、形成有助于学生自觉发展的核心素养，自觉引导学生能够有根据地评判所遭遇的人、事与活动。

①作业超市（每位同学任选一个作业）：搜集资料类：酱、酱油、甜面酱、豆瓣酱的生产工艺；金华火腿的制作工艺；味精的制作工艺。动手实践类：馒头、米酒、酸奶任选一样做给辛苦工作的爸妈。可采用视频、照片、PPT、实物等形式进行成果交流。

②学生根据本节课的深度学习，构建思维导图（图1）。

图1 学生构建的思维导图示例

设计意图：教师通过思维导图等形式的作业，使学生对本节课的学习做一个有效的评价，并让学生在给父母做发酵食品的过程中培养学生的孝心。

4 教学反思

本节课上，学生通过品尝、实验、视频、设计方案、比较、实际应用等多种方式，认识了发酵的过程、产物、特点等，通过对知识深层次理解与处理，总结出发酵的本质，能够全面深入地掌握发酵的概念。教师从深度学习走向深度教学，通过对知识深层次理解和处理，用深度教学引导学生对知识的完整理解和深刻学习，真正落实以生命观念、科学思维、科学探究和社会责任相融合的生物学核心素养实质。