“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與思考

欒廣忠，胡亞云，郭春鋒，鄭建梅，李文浩

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌 712100）

“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與思考

欒廣忠，胡亞云，郭春鋒，鄭建梅，*李文浩

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌 712100）

通過介紹西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院“食品物性學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教材、內(nèi)容設(shè)置、儀器設(shè)備配制及師資配備等基本情況，對如何在實(shí)驗(yàn)儀器臺（套）數(shù)少、學(xué)生人數(shù)多的情況下利用多媒體手段等方式提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，以及如何利用綜合性實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生分析問題、解決問題能力的做法進(jìn)行了總結(jié)，并對“食品物性學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)提出建議。

食品物性學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；本科教學(xué)；大型儀器

食品物性學(xué)（Physical Properties of Foods） 也稱食品物理學(xué)（Food Physics），主要研究食品原料、中間產(chǎn)品、半成品及成品的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)等物理性質(zhì)的一門科學(xué)[1-2]。國際上，食品物性學(xué)、食品化學(xué)及營養(yǎng)生理學(xué)被稱為是食品科學(xué)與食品工程研究領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)學(xué)科，日本、韓國、歐美等許多國家高校中的食品相關(guān)專業(yè)均開設(shè)此課程[3-4]。隨著國內(nèi)高校食品科學(xué)與工程研究平臺建設(shè)的快速發(fā)展，流變儀、質(zhì)構(gòu)儀、差示掃描量熱儀（Differential scanning calorimeter，DSC）、快速黏度分析儀（Rapid visco analyser，RAV）、激光粒度儀等先進(jìn)儀器呈現(xiàn)普及化發(fā)展趨勢。上述儀器均用于食品力學(xué)、熱學(xué)、顆粒特征等物理性質(zhì)的測量，在食品科學(xué)與工程領(lǐng)域科學(xué)研究中占據(jù)非常重要的地位，成為食品科學(xué)與工程領(lǐng)域科學(xué)研究及新產(chǎn)品開發(fā)的重要手段[2，5-6]?！笆称肺镄詫W(xué)”課程的實(shí)踐性非常強(qiáng)，因此課程實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)非常必要。但目前我國還沒有正規(guī)出版的實(shí)驗(yàn)教材，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、儀器設(shè)備配置等方面還處于探索階段。本文對西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院近5年來“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的基本情況進(jìn)行總結(jié)和討論，以期為“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展和完善提供有益參考。

1 “食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展的基本情況

1.1 實(shí)驗(yàn)教材與內(nèi)容設(shè)置

目前，我國還沒有正規(guī)出版的“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)教材或指導(dǎo)書，因此課程組自編了《食品物性學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，主要內(nèi)容包含食品質(zhì)構(gòu)測定與分析（4學(xué)時）、食品熱物性測定（2學(xué)時）、食品顏色測定（1學(xué)時）、食品動態(tài)流變學(xué)測定（2學(xué)時）、液態(tài)食品黏度測定（1學(xué)時）、面粉粉質(zhì)測定與分析（2學(xué)時）及粉狀食品顆粒度測定（1學(xué)時）等7個實(shí)驗(yàn)。

西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)包含在“食品物性學(xué)”課程教學(xué)中，而非獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課。課程開設(shè)對象為食品科學(xué)與工程專業(yè)（必選課）及食品質(zhì)量與安全專業(yè)（選修課），總共33學(xué)時，其中理論教學(xué)24學(xué)時、實(shí)驗(yàn)9學(xué)時；開設(shè)內(nèi)容從實(shí)驗(yàn)講義中任選9學(xué)時。近年來，實(shí)際開設(shè)實(shí)驗(yàn)主要以食品質(zhì)構(gòu)測定與分析及食品顏色測定為主，其他的實(shí)驗(yàn)每年都有所不同。由于與糧油食品工藝方面課程的實(shí)驗(yàn)課相沖突，面粉粉質(zhì)測定與分析實(shí)驗(yàn)未開設(shè)。

在開設(shè)的7個實(shí)驗(yàn)中，力學(xué)部分占4個，熱學(xué)及光學(xué)部分各1個。在食品質(zhì)構(gòu)測定與分析實(shí)驗(yàn)中，主要內(nèi)容為2種不同火腿腸的質(zhì)構(gòu)剖面分析（Texture profile analysis，TPA）及應(yīng)力松弛（Stress relaxation）實(shí)驗(yàn)、餅干的3點(diǎn)彎折（3 Points bending）實(shí)驗(yàn)、果凍強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)（Puncture） 及酸奶的反向擠出（Back extrusion）實(shí)驗(yàn)。食品動態(tài)流變學(xué)測定主要內(nèi)容為利用時間掃描（Time sweep）觀察在一定溫度下以葡萄糖酸內(nèi)酯為凝固劑，大豆蛋白分散液或豆?jié){膠凝（Gelling） 過程中儲存模量（Storage modulus，G'）、損失模量（Loss modulus，G''）及損失角（Loss angle，θ）等黏彈性參數(shù)隨時間變化的情況。液態(tài)食品黏度測定主要內(nèi)容為牛奶、乳酸飲料及酸奶等流體食品的表觀黏度值。面粉粉質(zhì)測定與分析主要內(nèi)容為利用粉質(zhì)儀檢測強(qiáng)筋及底筋粉粉質(zhì)曲線，并對粉質(zhì)參數(shù)進(jìn)行比較。

粉狀食品顆粒度測定主要內(nèi)容為利用激光粒度儀測定淀粉、面粉、大豆粉等粉體食品的粒度分布。

食品顏色測定主要內(nèi)容為利用比較測色計(jì)（羅維朋比色劑）測定啤酒、可樂等液態(tài)食品顏色，以及利用色彩色差計(jì)測定面粉白度以及蘋果等食品顏色。食品熱物性測定主要內(nèi)容為利用差式掃描熱量測定（Differential scanning calorimetry，DSC） 小麥、綠豆等不同類型淀粉的糊化特性，以及大豆蛋白熱變形特性。

1.2 實(shí)驗(yàn)課程儀器設(shè)備配置

實(shí)驗(yàn)儀器配置及來源統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器配置及來源統(tǒng)計(jì)

所涉及的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備中，除色彩色差計(jì)、比較測色計(jì)及旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)外，其他均為大型儀器，占62.5%，因此該實(shí)驗(yàn)課所配置大型儀器占大部分。由此可見，除比較測色計(jì)及旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)外，其他可用于實(shí)驗(yàn)大型儀器均為1臺（套）。另外，全院內(nèi)可協(xié)調(diào)使用的儀器為5類，其中色彩色差計(jì)需從科研實(shí)驗(yàn)室借用。需要通過大型儀器共享平臺使用的仍有3類。目前，全院大型儀器共享平臺主要面向科研，在如何向本科教學(xué)開放內(nèi)有具體的規(guī)定，比如如何預(yù)約和申請、經(jīng)費(fèi)如何劃撥、儀器管理人員在實(shí)驗(yàn)中承擔(dān)哪些任務(wù)及工作量如何計(jì)算等。因此，“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)存在所需大型儀器比例高、臺（套）數(shù)少及需要跨學(xué)院或部門協(xié)調(diào)使用的問題。

1.3 師資配備

“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)教師配備情況見表2。

表2 “食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)教師配備情況

通過課程建設(shè)的不斷推進(jìn)，指導(dǎo)教師從1人增加到3人，專職實(shí)驗(yàn)教師從1人增加到2人，課程組總?cè)藬?shù)從2人增加到5人，師生比到2015年下降到1/37。目前的課程組中有高級職稱2人、中級職稱3人，具有博士學(xué)歷教師4人、碩士學(xué)歷1人，基本可滿足教學(xué)的需要。

2 提高“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的實(shí)際措施與效果

2.1 通過多媒體手段提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

在質(zhì)構(gòu)儀實(shí)驗(yàn)中使用了多媒體以提高教學(xué)效果，具體做法是將利用質(zhì)構(gòu)儀所配電腦視頻接口（VGA接口）鏈接投影儀及攝像頭。

攝像頭可以在講解儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)時將所講結(jié)構(gòu)及操作動作等畫面通過投影儀投射到大屏幕上，或在儀器運(yùn)行時將曲線變化情況透射到大屏幕上，從而較好地解決了單臺（套）大型儀器實(shí)驗(yàn)中結(jié)構(gòu)原理及操作過程的講解問題，使教學(xué)效率及效果大大提高。

2.2 設(shè)置合理的單組實(shí)驗(yàn)人數(shù)

“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)中大型儀器設(shè)備較多，一般只能配備單臺（套）。當(dāng)學(xué)生每組人員過多時，無法達(dá)到教學(xué)效果；若人數(shù)過少、分組數(shù)量過多，則儀器設(shè)備占用時間及教師工作量大幅提高，也較難實(shí)現(xiàn)的。

以質(zhì)構(gòu)實(shí)驗(yàn)為例，在食品質(zhì)量與安全專業(yè)采用了每組5～7人的形式，分成6組；在食品科學(xué)與工程專業(yè)采用了每班2個大組，大組里分2個小組的形式。在之后進(jìn)行的調(diào)查問卷中，食品質(zhì)量與安全專業(yè)有81.3%的學(xué)生認(rèn)為分組人數(shù)合適，18.7%的學(xué)生認(rèn)為分組人數(shù)過多；其他班級有73.1%的學(xué)生認(rèn)為分組人數(shù)合適，有26.9%的學(xué)生認(rèn)為分組人數(shù)過多。從實(shí)際的教學(xué)效果來看，分成小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)利于組織，學(xué)生動手操作充分、效果好。分成兩大組相對混亂，容易出現(xiàn)爭搶儀器的現(xiàn)象。對使用單臺（套）大型儀器的實(shí)驗(yàn)，將1個班30名同學(xué)分成3批次安排實(shí)驗(yàn)，每批次10人左右。在每一批中又分成2～3小組（每小組3～5人），每小組同學(xué)輪流進(jìn)樣品的測試，所得測試數(shù)據(jù)可以全組或全班共享，這樣可以保證所有同學(xué)都有動手操作的機(jī)會。

2.3 通過綜合性實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生分析、解決問題的能力

為了提高學(xué)生分析、解決問題的能力，設(shè)置綜合性實(shí)驗(yàn)。例如，在火腿腸的質(zhì)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)中，除了利用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行2種不同類型火腿腸TPA及應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，還安排了感官評價實(shí)驗(yàn)，并要求學(xué)生通過產(chǎn)品標(biāo)簽記錄2種火腿腸的產(chǎn)品類型、配料、營養(yǎng)成分，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等信息。要求學(xué)生利用統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)處理方法，對應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)進(jìn)行回歸分析，解析出黏彈性參數(shù)，利用質(zhì)構(gòu)儀軟件分析處理TPA測試結(jié)果。結(jié)合質(zhì)構(gòu)儀測試結(jié)果、感官評價結(jié)果、產(chǎn)品的配料及工藝，對結(jié)果進(jìn)行綜合分析。在餅干的質(zhì)構(gòu)儀測試實(shí)驗(yàn)中，也有類似的安排及要求。通過這樣的綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生將食品的力學(xué)性質(zhì)與感官品質(zhì)相關(guān)聯(lián)的意識和能力，并且能結(jié)合配料、成分及工藝對產(chǎn)品品質(zhì)變化的原因進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生從多方位、多角度分析和解決問題的能力。

3 思考與建議

3.1 應(yīng)加快實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)

目前，還沒有正式出版的“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)教材或指導(dǎo)書，因此各高校及研究機(jī)構(gòu)間應(yīng)加強(qiáng)交流與合作，加快加強(qiáng)“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)速度和力度，盡早彌補(bǔ)這一短板。

3.2 應(yīng)加大大型儀器向本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放的力度

我國食品科學(xué)與工程領(lǐng)域科研條件不斷改善，大型先進(jìn)儀器設(shè)備數(shù)量不斷增加，呈現(xiàn)普及化趨勢。因此，食品專業(yè)本科生學(xué)習(xí)使用本學(xué)科領(lǐng)域大型高精尖儀器已逐步成為培養(yǎng)高水平、高素質(zhì)人才及創(chuàng)建雙一流大學(xué)的必然趨勢[7]。目前，許多高校有大型儀器共享系統(tǒng)，但大多針對科研項(xiàng)目未向本科教學(xué)開放使用[8]。建議在大型儀器共享平臺增加面向本科教學(xué)的功能模塊，并制定相應(yīng)的預(yù)約、使用、收費(fèi)等管理制度，使大型儀器在科研基礎(chǔ)上能更好地發(fā)揮人才培養(yǎng)的功能。

3.3 應(yīng)加大師資尤其是實(shí)驗(yàn)室工作人員的投入

大型儀器設(shè)備臺（套）數(shù)少，相對而言學(xué)生人數(shù)多，大多數(shù)針對本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)大多為演示型的，教學(xué)效果差。因此，為了高效利用大型儀器進(jìn)行本課程實(shí)驗(yàn)，為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果就要減少單組分組人數(shù)。如前所述每個班分3批，每組3～5人比較理想，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員的工作量會增加約0.75～1.50倍。因此，需要加大師資投入，并出臺相應(yīng)配套政策。

3.4 改善實(shí)驗(yàn)硬件條件

利用多媒體教學(xué)手段，可以較好地解決大型儀器在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中臺（套）數(shù)少的問題。增加的硬件設(shè)備主要有投影儀、攝像頭及VGA電纜線等常用多媒體硬件，且無技術(shù)難度。投影儀可以采用移動式，因此只需配備或臨時借用1臺即可滿足實(shí)驗(yàn)課程要求。這樣可以在花費(fèi)很小成本的情況下，大大改善實(shí)驗(yàn)條件和教學(xué)效果。如果有條件，可為每個大型設(shè)備安裝固定式投影儀，或是采用無線攝像系統(tǒng)。

[1]李里特．食品物性學(xué) [M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010：1-5.

[2]姜松，趙杰文．食品物性學(xué) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015：1-11.

[3]李云飛，殷涌光，徐樹來，等.食品物性學(xué) [M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2009：1-6.

[4]趙立．食品科學(xué)與工程專業(yè)設(shè)置食品物性學(xué)的思考 [J]．廣西輕工業(yè)，2009（8）：163-165.

[5]袁美蘭，趙利，蘇偉，等.高校食品科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)食品物性學(xué)的現(xiàn)狀和必要性 [J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（23）：36-38.

[6]李文浩，胡亞云，鄭建梅，等.食品質(zhì)量與安全專業(yè)“食品物性學(xué)”課程教學(xué)思考與探究 [J].教育教學(xué)論壇，2014（43）：178-180.

[7]夏燎原，胡云楚，吳義強(qiáng).開放大型儀器設(shè)備對提高本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量之思考 [J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2012（5）：160-162.

[8]吳建國，楊正宏.利用大型分析測試儀器開展本科學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué) [J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007（11）：130-132.◇

Practice and Thinking on the Experiment Teaching for the Course of Physical Properties of Foods

LUAN Guangzhong，HU Yayun，GUO Chunfeng，ZHENG Jianmei，*LI Wenhao
（College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

The basic situation，including textbook，contents，equipments，and the teaching team on the experiment teaching for the course of Physical Properties of Foods is described.The experiences on how to improve the teaching effects via multi-media methods under the condition of high number ratio of students to equipments，and on how to enhance the students' ability of analyzing and resolving problems by comprehensive experiment design are summarized.At last the advices are given on the construction of the experiment teaching for the course of Physical Properties of Foods.

Physical Properties of Foods；experiment teaching；undergraduate teaching；large equipment

G642

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.12.053

1671-9646（2016）12b-0080-03

2016-10-05

西北農(nóng)林科技大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JY1302071）。

欒廣忠（1968— ），男，博士，副教授，研究方向?yàn)榧Z油深加工技術(shù)及食品物性學(xué)。*

李文浩（1982— ），男，博士，副教授，研究方向?yàn)榧Z油深加工技術(shù)。