基于認(rèn)知心理學(xué)規(guī)律的學(xué)生干燥單元操作內(nèi)化和應(yīng)用能力提升研究

宋茹　韋榮編　王陽光

摘要以認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)知規(guī)律為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合干制食品設(shè)計(jì)，從以食品干燥目的為出發(fā)點(diǎn)反饋干燥核心基礎(chǔ)理論和以干燥過程中問題為導(dǎo)向培養(yǎng)學(xué)生分析問題和糾偏能力角度，闡述了學(xué)生如何在干燥單元操作知識(shí)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的創(chuàng)造性應(yīng)用。實(shí)踐結(jié)果不僅豐富了食品工程原理多種教學(xué)方法的實(shí)施，而且也為食品科學(xué)專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞認(rèn)知心理學(xué)；知識(shí)內(nèi)化；干燥單元操作；應(yīng)用能力

中圖分類號(hào)S-01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）33-257-02

Improvement of Internalization and Application of Drying Operation for Students Based on Cognitive Psychology

SONG Ru1，WEI Rongbian2， WANG Yangguang1

（1. Food and Pharmaceutical College， Zhejiang Ocean University， Zhoushan， Zhejiang 316022；2.College of Marine Science and Technology， Zhejiang Ocean University， Zhoushan， Zhejiang 316022）

AbstractBased on the principle of cognitive psychology and the design of drying food， the present study stated the two sides including feedback the basic theory of drying operation using the aim of food drying as the starting point and training students analysis and correction abilities using the problems occurred in drying process as the orientation， with the aim to elaborate how students can realize the creative application of knowledge in the drying operation. The results of practice not only enrich the implementation of "Principle of Food Engineering" with various teaching methods， but also could lay the foundation for culturing professional applied talents in Food Science.

Key wordsCognitive psychology；Internalization of knowledge；Drying operation；Ability of application

美國心理學(xué)家奈瑟提出的認(rèn)知心理學(xué)是對(duì)知識(shí)認(rèn)知規(guī)律的智慧總結(jié)，認(rèn)為知識(shí)的獲得是個(gè)體與環(huán)境互動(dòng)后的結(jié)果，知識(shí)可以分為陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)兩大類，分別回答“是什么”和“怎么用”問題。其中認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為程序性知識(shí)的應(yīng)用內(nèi)化，即創(chuàng)造性應(yīng)用，是其思想的精華所在[1-3]。干燥是食品加工中常用的單元操作，主要通過加熱方式將食品中的自由水除去，從而達(dá)到降低食品水分含量的目的。筆者以干燥單元操作為例，結(jié)合筆者食品工程原理課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，闡述如何基于認(rèn)知心理學(xué)規(guī)律提高學(xué)生對(duì)食品干燥單元操作知識(shí)的創(chuàng)造性應(yīng)用。

1以食品干燥目的為出發(fā)點(diǎn)反饋干燥核心基礎(chǔ)理論

干制食品是人們生活中經(jīng)常見到，也經(jīng)常食用的一大類食品。食物材料通過干制加工，不僅可以獲得特殊風(fēng)味，而且有利于延長食品的保藏期。以學(xué)生作為產(chǎn)品開發(fā)人員，設(shè)計(jì)一款新型的干制食品，規(guī)定在一個(gè)星期內(nèi)完成。要求在實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制作成品，記錄不同時(shí)間下食品的質(zhì)量變化過程，粗算出成本，并且成品在課堂上向教師和學(xué)生展示。任務(wù)下達(dá)后，學(xué)生們特別興奮，有的要重現(xiàn)家鄉(xiāng)傳統(tǒng)干制品美食，有的要開發(fā)新產(chǎn)品，有的想對(duì)現(xiàn)有干制食品進(jìn)行改良等?！皸l條大路通羅馬”，學(xué)生的做事風(fēng)格也不一樣，有的是直接到實(shí)驗(yàn)室開始做實(shí)驗(yàn)，有的是寫設(shè)計(jì)方案再實(shí)施，有的是對(duì)照網(wǎng)上資料實(shí)施等。一個(gè)星期期限結(jié)束，食品工程原理課程也進(jìn)行到干燥單元操作部分。學(xué)生帶著制作的成品來到了課堂上，接受師生點(diǎn)評(píng)，而教師也開啟了案例教學(xué)方式，把干燥核心理論知識(shí)的講解融入其中。例如：一組學(xué)生用脆棗干和巧克力為原料，制作名為“‘棗已入‘泥的心”的巧克力脆棗片，其創(chuàng)造靈感來源于市場上“巧絲”“脆香米”這類產(chǎn)品，該產(chǎn)品的目的是結(jié)合巧克力與紅棗風(fēng)味和營養(yǎng)，迎合年輕人的浪漫需求。該產(chǎn)品要求紅棗保持脆性，外面包裹的巧克力保持柔滑感。學(xué)生品評(píng)后認(rèn)為有部分棗片還不夠脆，認(rèn)為水分去除不徹底。

圖1中記錄了紅棗干燥速率（-dm/dt）與干燥時(shí)間（min）之間的關(guān)系，可以看出在前期干燥階段，干燥速率曲線波動(dòng)幅度較大，在5 min時(shí)速率最高，表示水分去除最快，而在40～105 min時(shí)，干燥速率曲線基本平穩(wěn)，說明此段時(shí)間下水分去除速率是均勻的。干燥過程是通過熱量的傳遞去除物料中水分的過程，所用的鼓風(fēng)式干燥箱的鼓風(fēng)作用能形成的熱風(fēng)，實(shí)際是熱對(duì)流過程，即對(duì)流干燥。熱風(fēng)最先接觸紅棗外表面，然后熱量向紅棗內(nèi)部傳遞，所以對(duì)流傳熱的熱量傳遞（傳熱）方向是從外向內(nèi)。再來看水分遷移（傳質(zhì)）過程，因?yàn)榧t棗外部最先接觸熱風(fēng)，所以該部分的水分被加熱散失，導(dǎo)致紅棗內(nèi)部水分含量高于外表面，形成了水分梯度，結(jié)果內(nèi)部水分就逐漸向外遷移，即水分遷移方向是從內(nèi)向外。外表面水分散失多少，內(nèi)部水分就補(bǔ)充多少，達(dá)到等速干燥階段，是水分快速除去的階段。隨著干燥過程的進(jìn)行，熱對(duì)流空氣仍不斷地接觸紅棗外表面，而紅棗內(nèi)部已經(jīng)沒有足量的水分到達(dá)外表面，結(jié)果外表面散失水少，相應(yīng)帶走的熱量就少，導(dǎo)致紅棗外表面開始升溫，此時(shí)達(dá)到干燥的降速階段。從圖1可以看出當(dāng)干燥時(shí)間超過105 min時(shí)，紅棗干燥速率降下來，接下來的干燥過程緩慢且升溫。

紅棗的水分含量表示問題參考該組數(shù)據(jù)說明：紅棗去核后原料為28.522 g，干燥后為17.110 g，則成品率=17.110/28.522×100%=60%。根據(jù)該組學(xué)生記錄數(shù)據(jù)，讓學(xué)生計(jì)算干燥前紅棗的水分含量，因?yàn)楦稍锴凹t棗是含水的，所以對(duì)應(yīng)的水分含量稱作濕基水分含量（w）（公式1），而干基含水量（X）（公式2）也是食品常用的一種水分含量表達(dá)方式，且濕基水分含量和干基水分含量之間可以相互換算（公式3、4）。經(jīng)計(jì)算，紅棗的濕基水分含量w為40.01%，干基水分含量X為66.70%，并且w和X之間關(guān)系符合公式3。

w=濕物料中水分的質(zhì)量濕物料的總質(zhì)量（1）

X=濕物料中水分的質(zhì)量濕物料中絕對(duì)干料的質(zhì)量（2）

w=X1+X（3）

X=w1-w（4）

該組案例的講解融合了食品干燥過程傳熱和傳質(zhì)的本質(zhì)，食品水分含量表示方法及相互關(guān)系，從食品干燥速率曲線可以獲取哪些關(guān)鍵信息。

2以干燥過程中問題為導(dǎo)向培養(yǎng)學(xué)生分析問題和糾偏能力

認(rèn)知心理學(xué)中程序性知識(shí)的掌握需要經(jīng)歷習(xí)得階段、變式階段和支配行為3個(gè)階段[1-2，4-6]。食品干燥核心基礎(chǔ)理論接觸和應(yīng)用于具體干制食品的設(shè)計(jì)，實(shí)際上學(xué)生已經(jīng)完成了知識(shí)的接觸性習(xí)得階段和對(duì)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用的變式階段。而支配行為階段則是在變式階段完成后，學(xué)生能夠自由支配知識(shí)，根據(jù)具體食品加工工藝目的，將大腦中存貯的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行調(diào)度組合，能夠具體問題具體分析，提出解決問題的方法，即糾偏方法。

仍以上述紅棗脆片加工為例，關(guān)于導(dǎo)致紅棗脆片部分不脆的原因，來看下該組學(xué)生紅棗干燥主要過程說明：①先將棗干浸泡在0.4%的檸檬酸溶液中30 min，用水洗凈，再用濃度為3%的白砂糖和奶粉調(diào)味，使紅棗充分吸收浸泡液中的糖分，并且具有濃濃的奶香味；②將棗片置于90 ℃鼓風(fēng)式干燥箱中，干燥4 h，將棗干放在室溫中（20 ℃左右）放置30 min，放入保鮮袋中密封，放于干燥環(huán)境下保存；③加熱將巧克力融化，降溫至45 ℃，每隔30 min加磷脂油，先后3次，前2次快速攪拌，第3次慢速攪拌，然后將巧克力漿倒入保溫缸中，45 ℃下保溫；④將脆棗片表面及中心涂上巧克力漿，室溫（20 ℃左右）中冷卻凝固，放置1 h，密封包裝，干燥環(huán)境下保存。

關(guān)于脆棗片軟化的原因，學(xué)生答案是一致的，因?yàn)樗侄?。該組學(xué)生除了記錄圖1中干燥速率曲線用時(shí)125 min外，整個(gè)干制過程在90 ℃鼓風(fēng)式干燥箱中整整持續(xù)了4 h，但為什么最終仍有部分棗片還含有一定水分，考慮“是干燥后又吸水，還是整個(gè)干燥過程水分未完全除掉？”在紅棗片調(diào)香調(diào)味操作中，學(xué)生加入糖和奶粉，目的是讓成品香而甜。但是，在90 ℃鼓風(fēng)干燥條件下，當(dāng)紅棗干燥進(jìn)入降速干燥階段時(shí)，隨著紅棗表面水分的較少，糖和奶粉的濃度增大，積聚在表面的熱量加熱了糖和奶粉，結(jié)果在表面形成黏性物質(zhì)，隨著干燥過程的進(jìn)行，這種表面結(jié)痂成殼的趨勢也越來越明顯，特別較大體積的紅棗片發(fā)生這種現(xiàn)象更明顯。所以，部分紅棗片不脆的原因之一是內(nèi)部水分還未充分逸出到表面，結(jié)果外表面形成的黏性層或硬殼阻礙了內(nèi)部水分的逸出。接下來探討怎樣糾偏以防止這種現(xiàn)象發(fā)生。有的學(xué)生說讓內(nèi)部水分有充足的時(shí)間達(dá)到外表面，有的說內(nèi)部水分遷移速度快些，有的說外表面不要那么快升溫等。在實(shí)際操作中思考采取哪些措施來實(shí)現(xiàn)這些想法，在教師的引導(dǎo)下層層剖析問題的本質(zhì)后，學(xué)生提出具體解決辦法，如紅棗片切得均勻些，這樣就能避免干燥不徹底；紅棗片切得薄些，這樣水分能快速擴(kuò)散到表面，干燥時(shí)間也短；干燥溫度低些，90 ℃下4 h都會(huì)焦糖化了；變溫干燥方式，先低溫讓水分充分遷移，再高溫快速除掉表面水分；用其他干燥方式，冷凍干燥等。提問：是否還有其他原因?qū)е麓嗥淮嗄?？如果室溫環(huán)境下的濕度很高會(huì)怎樣？巧克力上漿（45 ℃）后，不采取室溫自然冷卻會(huì)怎樣？教師進(jìn)一步深入挖掘問題，在探究各種不同糾偏措施過程中，學(xué)生進(jìn)一步鞏固干燥單元操作的知識(shí)，并且真切體會(huì)到知識(shí)創(chuàng)造性應(yīng)用的樂趣。

3結(jié)語

認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為程序性知識(shí)的應(yīng)用內(nèi)化是習(xí)得者能夠得心應(yīng)手地根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行知識(shí)的自由組合，出現(xiàn)問題時(shí)能夠從大腦中調(diào)動(dòng)相應(yīng)知識(shí)來解決問題。筆者在認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)識(shí)規(guī)律的基礎(chǔ)上，以食品干燥單元操作為例，結(jié)合具體案例，講解了如何實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)干燥知識(shí)的創(chuàng)造性應(yīng)用，不僅充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的認(rèn)知熱情，而且也為食品科學(xué)專業(yè)創(chuàng)新性、應(yīng)用型人才培養(yǎng)方式的改革奠定基礎(chǔ)。

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