基于深度學(xué)習(xí)特征的概念學(xué)習(xí)——以“發(fā)酵”為例

李連梅 鄒傳龍 呂慧玲

（1.青島市城陽區(qū)第二實(shí)驗(yàn)中學(xué) 山東青島 266109）

（2.青島市城陽第六中學(xué) 山東青島 266109）

（3.北京師范大學(xué)青島城陽附屬學(xué)校 山東青島 266109）

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“發(fā)酵”是人教版八年級(jí)上冊第五單元第四章第五節(jié)的內(nèi)容，教材安排了發(fā)酵實(shí)驗(yàn)、食品制作相關(guān)的微生物種類及制作米酒的過程及方法。

但是，筆者在近幾年的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置很難將氣體通入到石灰水中，沒有明確用哪一種糖、糖和酵母菌的比例、水溫等。教材只用一句話簡單敘述利用微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)相關(guān)的食品，而對(duì)于不同微生物發(fā)酵過程的區(qū)別并沒有相關(guān)的介紹。學(xué)生經(jīng)過本節(jié)課的學(xué)習(xí)后，對(duì)于發(fā)酵的概念仍然不明確，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的發(fā)酵過程仍然不了解。

現(xiàn)代教育倡導(dǎo)深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)最初由美國學(xué)者馬頓和薩爾喬提出，他們認(rèn)為與淺層學(xué)習(xí)相比，深度學(xué)習(xí)是以對(duì)復(fù)雜概念或知識(shí)的理解與運(yùn)用為主要認(rèn)知活動(dòng)的持續(xù)性學(xué)習(xí)過程，是一種有效的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)理念。深度學(xué)習(xí)具有聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動(dòng)與體驗(yàn)、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用、價(jià)值與評(píng)價(jià)等特征，是一種基于高階思維發(fā)展的理解性學(xué)習(xí)，注重批判理解、知識(shí)構(gòu)建、遷移運(yùn)用，是實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)的有效途徑。

在“發(fā)酵”的教學(xué)設(shè)計(jì)中，學(xué)生經(jīng)歷“活動(dòng)—體驗(yàn)—實(shí)踐—比較—理論”等過程進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。學(xué)生首先通過品嘗—實(shí)驗(yàn)2個(gè)活動(dòng)，切身體驗(yàn)發(fā)酵的過程、現(xiàn)象及結(jié)果，從感性和理論上認(rèn)識(shí)發(fā)酵過程中發(fā)生的變化；接著，通過視頻、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析等多種方式，對(duì)生產(chǎn)生活中如何利用微生物進(jìn)行發(fā)酵，對(duì)發(fā)酵的理論知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行有效的遷移；再通過比較、歸納等方式，總結(jié)出發(fā)酵的本質(zhì)；最后，教師利用家庭作業(yè)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行了社會(huì)責(zé)任的教育。

2 教學(xué)目標(biāo)

①通過品嘗、體驗(yàn)等活動(dòng)，初步認(rèn)識(shí)發(fā)酵的過程及變化，了解影響發(fā)酵的因素，培養(yǎng)科學(xué)探究意識(shí)，理解基于事實(shí)和證據(jù)做出推測和結(jié)論的思想。

②通過學(xué)習(xí)生產(chǎn)中的發(fā)酵過程總結(jié)發(fā)酵的本質(zhì)，培養(yǎng)理性分析問題的意識(shí)和能力，學(xué)會(huì)歸納—總結(jié)的科學(xué)思維方法。

③能夠成功制作一種發(fā)酵食品獻(xiàn)給家人，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

3 教學(xué)過程

3.1 活動(dòng)與體驗(yàn)-——發(fā)酵是什么

生物是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，如果單純依靠文字向?qū)W生傳遞知識(shí)，學(xué)生的理解和認(rèn)識(shí)就會(huì)有一定的困難。本節(jié)的主要教學(xué)內(nèi)容是發(fā)酵，學(xué)生對(duì)發(fā)酵食品并不陌生，但是由于發(fā)酵的過程及其發(fā)生的化學(xué)變化比較抽象，學(xué)生理解有困難。有效的教學(xué)活動(dòng)可以讓學(xué)生產(chǎn)生有效的內(nèi)心體驗(yàn)，助推知識(shí)的形成過程。因此，教師引導(dǎo)學(xué)生開展品嘗發(fā)酵食品和改進(jìn)酵母菌發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的分組實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得直觀體驗(yàn)。

3.1.1 發(fā)酵初認(rèn)識(shí)

教師提前給每個(gè)小組準(zhǔn)備面包、蘋果醋、酸奶、豆腐乳等，放在桌洞里，給學(xué)生制造一個(gè)小驚喜，活躍課堂氣氛。

教師要求學(xué)生品嘗并回答：這些食品在制作工藝上有什么共同特點(diǎn)，在口感、口味上與原材料相比有哪些變化？為什么會(huì)發(fā)生這樣的變化，可能的原因是什么？是因?yàn)榧尤肓四承┪镔|(zhì)還是發(fā)生了化學(xué)變化？什么因素導(dǎo)致發(fā)生這種變化？

設(shè)計(jì)意圖：簡單的活動(dòng)引發(fā)了學(xué)生的內(nèi)心體驗(yàn)，讓學(xué)生把實(shí)際生活中的實(shí)例與本節(jié)課的知識(shí)建立初步聯(lián)系，活躍了課堂氣氛。

3.1.2 發(fā)酵再認(rèn)識(shí)

筆者在2014年曾對(duì)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行過正交實(shí)驗(yàn)，當(dāng)蔗糖溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、酵母菌溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、溫度50℃、液體量300 mL時(shí)，4.5 min可以觀察到明顯的現(xiàn)象。教師與生物興趣小組進(jìn)行再實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有如下問題：發(fā)酵液太多，很容易倒流到氣球中；在通氣體的過程中，發(fā)酵液容易流到澄清的石灰水中，很難辨別是發(fā)酵液引起渾濁還是二氧化碳引起的渾濁；在進(jìn)行發(fā)酵原理解釋時(shí)是將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳，八年級(jí)的學(xué)生還沒有接觸化學(xué)，如果用蔗糖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)理解有一定的困難。所以，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)小組的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件最終改進(jìn)為：加入葡萄糖10 g，酵母菌10 g，溫度50℃，液體量200 mL。大約6 min后可以看到明顯現(xiàn)象且發(fā)酵液不會(huì)倒流到氣球中，學(xué)生有充足的時(shí)間將氣體通入到石灰水中。

①活動(dòng)1：動(dòng)手—分析。學(xué)生分別稱取10 g葡萄糖和酵母菌并用紙槽倒入到瓶中，量筒量取200 mL溫開水倒入到礦泉水瓶中，用玻璃棒攪拌均勻，蓋上瓶蓋，靜置一段時(shí)間。教師提出問題：葡萄糖和溫開水分別為酵母菌的生活提供了什么條件？為什么要靜置一段時(shí)間？

②活動(dòng)2：推測—驗(yàn)證。教師追問以下問題：觀察瓶中液體有什么變化？推測產(chǎn)生了什么氣體？怎樣驗(yàn)證你的推測？怎樣將氣體通入到澄清的石灰水中？你觀察到什么現(xiàn)象？可以得出什么結(jié)論？

③活動(dòng)3：體驗(yàn)—檢測。學(xué)生打開瓶蓋聞一聞氣味。教師提示聞氣味的正確方法：將瓶口在前下方離鼻孔約0.5 m，在瓶口用手輕輕地扇動(dòng)，使極少量的氣體飄進(jìn)鼻孔。并提出問題：怎樣驗(yàn)證你的推測？（用手持酒精測試儀進(jìn)行檢測，在該實(shí)驗(yàn)條件下可檢測到1.4～1.9 g/L的酒精）

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)—分析—推測—驗(yàn)證等一系列活動(dòng)，學(xué)生切身體驗(yàn)發(fā)酵的條件及過程，體驗(yàn)發(fā)酵產(chǎn)生的變化并基于事實(shí)和證據(jù)總結(jié)出葡萄糖被酵母菌分解為酒精和二氧化碳。

3.2 遷移與應(yīng)用——發(fā)酵與生活

遷移與應(yīng)用實(shí)質(zhì)上要求學(xué)生具備舉一反三的能力，能用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際生活中的問題。同時(shí)也對(duì)教師提出了更高的要求，要在學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將知識(shí)進(jìn)行有效內(nèi)化，并使學(xué)生在新的情境下產(chǎn)生新的認(rèn)知。

3.2.1 實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐——釀酒

通過分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生已經(jīng)了解了釀酒的原理，但是在實(shí)際生產(chǎn)生活中不可能利用葡萄糖釀酒，成本太高，而且在單一成分下只產(chǎn)生酒精，酒的口感不好。教師引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生從祖先的釀酒工藝中尋找答案。

教師播放“舌尖上的中國—轉(zhuǎn)化的智慧—釀造米酒”視頻的部分，創(chuàng)設(shè)情境，提出問題：古老而智慧的中國人在幾千年前就發(fā)現(xiàn)了釀酒的秘密。學(xué)習(xí)了釀酒原理后，小熊想釀一壺米酒送給辛勞的爸爸，你能給他提供相關(guān)的技術(shù)支持嗎？應(yīng)提前對(duì)糯米、器具做怎樣的處理，為什么？只用酵母菌可以嗎，為什么？何時(shí)加入酒曲比較合適？釀酒的時(shí)間越長越好嗎？

設(shè)計(jì)意圖：教師促進(jìn)學(xué)生在知識(shí)與生產(chǎn)之間進(jìn)行有效的銜接，并嘗試根據(jù)已有的知識(shí)儲(chǔ)備解決新遇到的問題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移與應(yīng)用。

3.2.2 可聞到的發(fā)酵——釀醋

分組實(shí)驗(yàn)和釀酒介紹使學(xué)生容易形成誤解：發(fā)酵只有酵母菌能夠進(jìn)行；同時(shí)只要原料足夠酵母菌就能一直產(chǎn)酒，發(fā)酵的時(shí)間越長越好，產(chǎn)物會(huì)越來越多。因此，教師要及時(shí)給學(xué)生傳遞兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生酒精并不是發(fā)酵的終點(diǎn)；能夠發(fā)酵的微生物不止酵母菌一種。

教師給學(xué)生提供資料：釀酒的時(shí)間過長，在有氧條件下醋酸桿菌會(huì)將酒精轉(zhuǎn)化為醋酸，即食用的醋。并展示果醋的圖片，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生思考：在現(xiàn)代食品行業(yè)上人們巧妙的利用水果釀造的果醋成為時(shí)下流行的健康飲品。泡菜的酸味不同于醋，來自乳酸，是由乳酸菌分解葡萄糖而來。請根據(jù)釀酒的過程及發(fā)酵原理，以牛奶和醋酸菌為原料制作酸奶.請以小組為單位寫出實(shí)驗(yàn)方案。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過舉例驗(yàn)證、設(shè)計(jì)發(fā)酵過程等活動(dòng)，讓學(xué)生真正將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，深度理解發(fā)酵的特點(diǎn)。

這個(gè)世界充斥著危險(xiǎn)，有烈焰、巨石等各種隱患，而疼痛能教人躲開它們。如果沒有疼痛，我們會(huì)很容易受傷，甚至一不小心就一命嗚呼。此外，許多動(dòng)植物如果沒有感受疼痛的本領(lǐng)，也沒法生存下來。一個(gè)沒有疼痛的世界將會(huì)是一個(gè)噩夢。

3.2.3 可看見的發(fā)酵——豆腐乳

上述酵母菌、醋酸菌、乳酸菌等的發(fā)酵過程都屬于單細(xì)胞的發(fā)酵，學(xué)生雖然可以看到和品嘗到最終的產(chǎn)品，但是肉眼很難看到微生物在這個(gè)過程中發(fā)生的變化。因此，為了讓學(xué)生完整的了解微生物發(fā)酵，教師再介紹多細(xì)胞真菌的發(fā)酵過程。

教師請學(xué)生分享品嘗豆腐乳的感受，并提出問題：豆腐乳的原料是什么？豆腐乳與豆腐相比在口感和口味上有哪些不同？學(xué)生總結(jié)豆腐乳與豆腐相比咸、鮮、細(xì)膩柔滑。教師引導(dǎo)學(xué)生知道豆腐乳的特點(diǎn)都與其制作工藝相關(guān)，出示豆腐乳的制作工藝：讓豆腐上長出毛霉→加鹽腌制→加鹵湯裝瓶→密封腌制。學(xué)生根據(jù)本節(jié)課的所學(xué)知識(shí)推測真正的發(fā)酵發(fā)生在第一步，讓豆腐上長出毛霉，即南方居民非常喜愛的一種美食—毛豆腐。

教師播放“毛豆腐的制作過程”視頻，追問：豆腐主要含哪種有機(jī)物？豆腐上的白毛和黑點(diǎn)是什么？豆腐發(fā)生了怎樣的物質(zhì)轉(zhuǎn)化？請描述毛豆腐的制作過程。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過品嘗—觀看制作過程—追問等過程，從感性上認(rèn)識(shí)發(fā)酵過程中微生物及原材料的變化，并與酵母菌、乳酸菌的發(fā)酵過程進(jìn)行比較，區(qū)分它們之間的不同，真正做到知識(shí)的融會(huì)貫通，學(xué)以致用。

3.3 本質(zhì)與變式——發(fā)酵真面目

把握本質(zhì)的過程，是去除非本質(zhì)屬性的干擾、分辨本質(zhì)與非本質(zhì)屬性區(qū)別的過程，也是對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行深度加工的過程。活動(dòng)會(huì)讓學(xué)生對(duì)事件形成一定的認(rèn)識(shí)，教師適時(shí)的引導(dǎo)能夠觸發(fā)學(xué)生產(chǎn)生本質(zhì)認(rèn)知。

3.3.1 發(fā)酵與微生物培養(yǎng)

3.3.2 發(fā)酵與腐敗

學(xué)生根據(jù)知識(shí)儲(chǔ)備，小組討論分析發(fā)酵與腐敗的異同點(diǎn)。學(xué)生展示討論結(jié)果：其實(shí)發(fā)酵和腐敗都是細(xì)菌或真菌分解食物中有機(jī)物的過程，如果代謝產(chǎn)物對(duì)人類有利就是發(fā)酵，對(duì)人類有害就是腐敗，所以嚴(yán)格的說，發(fā)酵是一類對(duì)人類有利的腐敗。

3.3.3 發(fā)酵與時(shí)長

教師提醒：正如本節(jié)課介紹的酵母菌釀酒時(shí)間過長，酒就變酸成醋了。因此，發(fā)酵需要適時(shí)終止，發(fā)酵的時(shí)間需要人為的控制，時(shí)間過長食物中的有機(jī)物會(huì)被完全分解，也就不能獲取微生物的代謝產(chǎn)物了，失去發(fā)酵的意義了。

3.3.4 發(fā)酵的底物

通過分析釀酒、酸奶、醋、毛豆腐等發(fā)酵過程，學(xué)生提出：發(fā)酵的底物除了糖類，還有蛋白質(zhì)等，其實(shí)在發(fā)酵上糖類、脂肪、蛋白質(zhì)都可作為發(fā)酵的原料。

3.3.5 發(fā)酵的本質(zhì)

在學(xué)生認(rèn)識(shí)不同微生物發(fā)酵的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：其中的有機(jī)物在這個(gè)過程中發(fā)生了什么變化？如果沒有微生物的參與有機(jī)物會(huì)發(fā)生這種變化嗎？學(xué)生總結(jié)出發(fā)酵的實(shí)質(zhì)是人類通過大規(guī)模培養(yǎng)微生物，使其在分解有機(jī)物的過程中除獲得生存必須的能量外，還能生產(chǎn)對(duì)人類有利的代謝產(chǎn)物的過程。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)—比較—?dú)w納等方式，總結(jié)出發(fā)酵的本質(zhì)，深層次認(rèn)識(shí)了發(fā)酵的過程及特征，培養(yǎng)了科學(xué)思維和生命觀念。

3.4 價(jià)值與評(píng)價(jià)

深度學(xué)習(xí)將教學(xué)的“價(jià)值與評(píng)價(jià)”自覺化、明晰化，自覺幫助學(xué)生形成正確的價(jià)值觀、形成有助于學(xué)生自覺發(fā)展的核心素養(yǎng)，自覺引導(dǎo)學(xué)生能夠有根據(jù)地評(píng)判所遭遇的人、事與活動(dòng)。

①作業(yè)超市（每位同學(xué)任選一個(gè)作業(yè)）：搜集資料類：醬、醬油、甜面醬、豆瓣醬的生產(chǎn)工藝；金華火腿的制作工藝；味精的制作工藝。動(dòng)手實(shí)踐類：饅頭、米酒、酸奶任選一樣做給辛苦工作的爸媽。可采用視頻、照片、PPT、實(shí)物等形式進(jìn)行成果交流。

②學(xué)生根據(jù)本節(jié)課的深度學(xué)習(xí)，構(gòu)建思維導(dǎo)圖（圖1）。

圖1 學(xué)生構(gòu)建的思維導(dǎo)圖示例

設(shè)計(jì)意圖：教師通過思維導(dǎo)圖等形式的作業(yè)，使學(xué)生對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)做一個(gè)有效的評(píng)價(jià)，并讓學(xué)生在給父母做發(fā)酵食品的過程中培養(yǎng)學(xué)生的孝心。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課上，學(xué)生通過品嘗、實(shí)驗(yàn)、視頻、設(shè)計(jì)方案、比較、實(shí)際應(yīng)用等多種方式，認(rèn)識(shí)了發(fā)酵的過程、產(chǎn)物、特點(diǎn)等，通過對(duì)知識(shí)深層次理解與處理，總結(jié)出發(fā)酵的本質(zhì)，能夠全面深入地掌握發(fā)酵的概念。教師從深度學(xué)習(xí)走向深度教學(xué)，通過對(duì)知識(shí)深層次理解和處理，用深度教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)的完整理解和深刻學(xué)習(xí)，真正落實(shí)以生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任相融合的生物學(xué)核心素養(yǎng)實(shí)質(zhì)。