“酵母菌的應(yīng)用”校本課程的開發(fā)實例

劉曉菊

生物學(xué)科與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，在校本課程開發(fā)方面存在著很大空間，如我校開設(shè)了“校園植物分類調(diào)查”“我縣常見農(nóng)作物生理與增產(chǎn)常識”等內(nèi)容的選學(xué)校本課程。這些課程使學(xué)生能把理論上的生物學(xué)拉近到生活中，親身體驗，避免了“紙上談兵”的現(xiàn)象，對學(xué)生將來走向社會、適應(yīng)社會有很大的好處，有利于提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)生參與的積極性很高，并且在結(jié)課后往往能與家長共同實踐、交流并反饋給任課教師一些建議。

下面以我校校本課程開設(shè)的一個典型實例——“酵母菌的應(yīng)用”為例來說明校本課程的。

1課程開設(shè)背景

河北秦皇島市屬于全國聞名的旅游城市，秦皇島市盧龍縣是古代“孤竹國”之中心，這里盛產(chǎn)葡萄。每9、10月份，游客云集，紛紛來采摘葡萄，旅游發(fā)展的同時帶動了葡萄酒的銷售。這是我縣縣域經(jīng)濟的一條支柱產(chǎn)業(yè)，葡萄酒是怎么釀制的呢？高中生物課程中也涉及這部分內(nèi)容。在此背景下，筆者所在學(xué)校嘗試開設(shè)了“酵母菌的應(yīng)用”這一校本課程，讓學(xué)生親自動手把常吃的“葡萄”變成美味的“葡萄酒”;此外，還教會了學(xué)生利用酵母菌“發(fā)面”蒸饅頭，培養(yǎng)學(xué)生善于運用所學(xué)知識、從勞動實踐中獲得知識的科學(xué)素養(yǎng)。

2課程內(nèi)容要求

“酵母菌的應(yīng)用”校本課程共開設(shè)7課時，授課對象為對“酵母菌的細胞呼吸”相關(guān)知識已經(jīng)有所了解的高中二年級的學(xué)生?！袄媒湍妇勚破咸丫啤惫?課時，此課程開設(shè)需要在9月下旬到10月中旬葡萄成熟的季節(jié)開設(shè)，“利用酵母菌發(fā)面蒸饅頭”共2課時，沒有時間季節(jié)的要求。

3課程實施過程：

3.1資料搜集（1課時）

學(xué)生課前搜集資料，并分5個小組展示以下內(nèi)容：酵母菌種類、分布、代謝、結(jié)構(gòu)及特點等相關(guān)知識，第六組收集并概括介紹酵母菌在生產(chǎn)生活上的應(yīng)用。學(xué)生的課前搜集活動結(jié)果如下：

（1）酵母菌種類較多，目前已知100多個屬，有700多種。

（2）酵母菌分布廣泛，在水果、蔬菜、花蜜和植物葉子的表面以及果園的土壤里。在牛奶、動物的排泄物以及空氣中也有酵母菌存在。大多數(shù)營腐生生活，少數(shù)營寄生生活。

（3）酵母菌為單細胞生物，營腐生或寄生生活，是一種兼性厭氧微生物，在有氧氣時主要進行有氧呼吸，把葡萄糖分解為CO2和H2O無氧時進行無氧呼吸，產(chǎn)生酒精和CO2。其生殖方式在環(huán)境條件良好時通常為出芽生殖，發(fā)育到一定階段時也可進行孢子生殖。

（4）酵母菌作為單細胞生物，屬于真核細胞，具有以下結(jié)構(gòu)：細胞壁、細胞膜、細胞核、液泡、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及其他內(nèi)含物等，有的菌體還有出芽痕。酵母菌的細胞壁與植物細胞壁、細菌細胞壁成分不同，由甘露聚糖和葡聚糖構(gòu)成。酵母細胞的細胞壁厚度0.1-0.3um，對細胞內(nèi)部起到保護作用。酵母菌含有單層膜包被的液泡，內(nèi)含水、有機酸、鹽類、和水解酶類，還有一些貯藏顆粒（如脂肪粒、異染顆粒等）。

（5）酵母菌特點小結(jié)：個體一般以單細胞狀態(tài)存在;多數(shù)營出芽繁殖;能利用糖類代謝釋放能量，無氧環(huán)境時可進行酒精發(fā)酵;細胞壁常含甘露聚糖、葡聚糖等成分;常生活在含糖量較高、酸度較大的水生環(huán)境中。

（6）酵母菌的應(yīng)用：

①酵母菌在食品方面的應(yīng)用主要是：釀酒、制作面包、生產(chǎn)調(diào)味品等。

②酵母菌在在醫(yī)藥方面的應(yīng)用有生產(chǎn)酵母片、核糖核酸、核黃素、細胞色素C、B族維生素、一些酶類等。

③酵母菌在化工方面的應(yīng)用：如使石油脫臘、以石油為原料生產(chǎn)檸檬酸等。

④酵母菌在農(nóng)業(yè)方面可用于生產(chǎn)飼料（例如單細胞蛋白SCP）。

⑤酵母菌在生物工程方面可作為基因工程的受體菌，例如利用酵母菌生產(chǎn)人的胰島素。

3.2學(xué)生展示“家庭釀制葡萄酒”的原理和方法（1課時）

由家住本縣產(chǎn)葡萄旅游區(qū)并曾隨母親做過“家庭葡萄酒釀造”工作的學(xué)生介紹“家庭釀制葡萄酒”的原理和方法。

（1）利用酵母菌釀酒的原理：在釀酒酵母菌作用下將果汁中的葡萄糖等發(fā)酵生成酒精并且產(chǎn)生二氧化碳。在這個復(fù)雜的生化過程，在酵母菌體內(nèi)一系列酶的作用下，在無氧條件下通過發(fā)酵作用而完成的。其過程中生成的乙醇（即酒精），在繼續(xù)陳釀的過程中再與酒中含有的其他有機酸進一步，反應(yīng)形成具有特殊芳香的酯類物質(zhì)，并且葡萄果實中的花青素等有益物質(zhì)溶解在酒中，使酒質(zhì)色澤美觀、清晰透明、口感醇和，滋味芳香。

（2）利用酵母菌釀酒的方法：

準備材料和用具：選好約5kg葡萄除去梗和雜質(zhì)并用清水清洗干凈并晾干水分備用，稱取釀酒酵母10g果膠酶1g白砂糖250 g。器皿：釀酒用大口玻璃瓶2個（開水燙過消毒）、紗布一塊、塑料虹吸管一條、儲存酒用的專用木桶一個（2000-3000 mL）。

開始釀酒：

①加料：向玻璃瓶中先加入用手捏碎的葡萄若干（約占瓶子容積的3/4），然后加入適量用葡萄汁活化（即用葡萄汁溶解）的釀酒酵母，果膠酶0.5 g，白砂糖250 g，并進行一次倒瓶（從一個瓶中倒入另一個瓶中），目的是讓葡萄與輔料混合均勻，同時也使酵母菌在瓶內(nèi)分散均勻。

②蓋好紗布封住瓶口靜置，不能蓋蓋子完全密封（為的是讓酵母菌有氧呼吸，大量繁殖），靜置12 h后，酒汁會變成了紅色，因產(chǎn)生CO2氣體而起帽，要用不銹鋼勺壓帽。

③室溫下發(fā)酵4-6 d后，瓶內(nèi)會分三層，最上部是較輕的葡萄皮，中間是酒，下部是死亡的酵母菌和葡萄子等較重的沉淀。此時，主發(fā)酵就基本結(jié)束，釀成新酒，分離皮渣，用塑料管虹吸，將酒吸入另一消過毒的瓶中。

④7-9 d后密封陳釀。此時，酵母菌進行無氧呼吸，進一步生成酒精和CO2，酒精與酒中含有的有機酸進一步反應(yīng)形成具有特殊芳香的酯類物質(zhì)，陳釀期間需要隔段時間開蓋放氣一次，防止炸瓶。

⑤最后陳釀，用虹吸法把酒虹吸入木桶，保持滿桶（利于給酵母菌創(chuàng)造無氧環(huán)境，進一步發(fā)酵產(chǎn)生酒精），密封陳釀1個月左右，釀酒即成。

3.3小組實踐（共3課時）

第3課時：分小組實踐釀酒。全班分成8個實驗小組，在教師幫助下分組釀制葡萄酒。學(xué)生到實驗室準備材料和用具，并按上一節(jié)課所學(xué)，進行釀酒第一步瓶內(nèi)加料、倒瓶等工作，并蓋好紗布靜置。

第4課時：靜置12 h后，酒汁已經(jīng)變成紅色，并且瓶內(nèi)起帽。各組觀察后，用消毒不銹鋼勺進行壓帽處理，此時學(xué)生操作都很小心，要防止混入雜菌，否則會導(dǎo)致釀酒失敗。

第5課時：需在5 d后（即釀酒第七天）開設(shè)，學(xué)生進入實驗室觀察自己的釀酒瓶，已經(jīng)出現(xiàn)了分三層現(xiàn)象。各組小心地進行了皮渣分離工作，蓋上瓶蓋密封，為下一步陳釀做準備。此后，每天2次開蓋放氣工作，每個組都會派代表在特定時間來觀察完成。最后，在釀酒室中進行長達30 d的最后陳釀。30 d后，學(xué)生分組品酒互評打分，有些小組由于混入雜菌釀酒失敗，酒的味道偏酸，教師組織學(xué)生分析失敗原因。

3.4利用酵母菌發(fā)面蒸饅頭（共2課時）

第6課時：主要由教師通過多媒體課件講解酵母菌發(fā)面的原理及優(yōu)點，并播放教師利用酵母菌發(fā)面的方法步驟，然后學(xué)生動手操作發(fā)面過程。

（1）酵母菌發(fā)面原理：酵母菌在面團中分解有機物釋放二氧化碳時，產(chǎn)生的氣體使面團變得蓬松。其中，面粉是由蛋白質(zhì)、糖類、無機鹽等成分組成的，在面包發(fā)酵過程中，起主要作用的是蛋白質(zhì)和糖類。面粉中的蛋白質(zhì)主要由麥膠蛋白、麥谷蛋白、麥清蛋白和麥球蛋白等組成，麥谷蛋白、麥膠蛋白能吸水膨脹形成面筋質(zhì)。這種面筋質(zhì)能隨面團發(fā)酵過程中二氧化碳氣體的膨脹而膨脹，并能阻止二氧化碳氣體的溢出，提高面團的保氣能力;淀粉中所含的淀粉酶在適宜的條件下，能將淀粉轉(zhuǎn)化為麥芽糖，進而繼續(xù)轉(zhuǎn)化為葡萄糖供給酵母發(fā)酵所需要的能量。面團中淀粉的轉(zhuǎn)化作用對酵母的生長具有重要作用。當面團加入酵母菌后，酵母菌即可吸收面團中的養(yǎng)分生長繁殖，并產(chǎn)生二氧化碳氣體，使面團形成膨大、松軟、蜂窩狀的組織結(jié)構(gòu)。如果酵母菌用量過多，面團中產(chǎn)氣量增多，面團內(nèi)的氣孔壁迅速變薄，短時間內(nèi)面團持氣性很好，但時間延長后，面團很快成熟過度，持氣性變劣。因此，酵母菌的用量要根據(jù)面筋品質(zhì)和制品需要而定。水可以使面粉中的蛋白質(zhì)充分吸水，形成面筋網(wǎng)絡(luò);也可以使面粉中的淀粉受熱吸水而糊化;還可以促進淀粉酶對淀粉進行分解，幫助酵母生長繁殖。

（2）酵母菌發(fā)面優(yōu)點：酵母菌發(fā)酵，不僅讓面食味道好，還提高了它的營養(yǎng)價值。酵母菌是一種可食用的、營養(yǎng)豐富的單細胞微生物，營養(yǎng)學(xué)上把它叫做“取之不盡的營養(yǎng)源”。除了蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類以外，酵母還富含多種維生素、礦物質(zhì)和酶類。因此，饅頭、面包中所含的營養(yǎng)成分比大餅、面條要高出3或4倍。發(fā)酵后的酵母還是一種很強的抗氧化物，可以保護肝臟，有一定的解毒作用。酵母里的硒、鉻等礦物質(zhì)能抗衰老、抗腫瘤、預(yù)防動脈硬化，并提高人體的免疫力。發(fā)酵后，面粉里一種影響鈣、鎂、鐵等元素吸收的有機酸可被分解，從而提高人體對這些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。

（3）發(fā)面過程：用水先活化酵母菌（選擇35%溫水和15%冷水便于對比），加適量面粉（0.2 kg），和面使水、酵母粉、面粉混合均勻，靜置25 min后，觀察面團發(fā)起的情況。為檢驗實際效果，面發(fā)好后做成饅頭，熱水蒸15 min左右，對比饅頭蒸起的效果。

第7課時：觀察對比相同質(zhì)量的面粉在用不同溫度（15%和35℃）的水和面、發(fā)面25 min后的效果。接著，學(xué)生把發(fā)好的面做成饅頭，待饅頭蒸熟后，進行對比。組內(nèi)討論后，學(xué)生總結(jié)出“溫水和面”利用酵母菌發(fā)酵，并能在總結(jié)原因時聯(lián)系到“溫度對酶活性的影響”的知識。最后，學(xué)生分吃了自己的勞動成果。

4課程的意義

“酵母菌的應(yīng)用”校本課程，主要讓學(xué)生聯(lián)系所學(xué)生物學(xué)知識，進一步認識酵母菌及人類對酵母菌的利用，讓學(xué)生體驗身邊的生活、生產(chǎn)中發(fā)生的生物學(xué)變化。學(xué)生親身體驗了“家庭葡萄酒的釀制”，在今后的生活中若能學(xué)以致用，將增加生活中的別樣情趣，因此，有極大的熱情。讓學(xué)生親自動手體驗酵母菌在“發(fā)面蒸饅頭”這項家務(wù)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生將學(xué)科知識應(yīng)用到生活實際中的能力，培養(yǎng)學(xué)生熱愛家庭、熱愛勞動、熱愛生活的情感。

總之，這項課程的開設(shè)不僅是對生物學(xué)課堂教學(xué)的有益補充，還有助于提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。