基于STEM理念的中職生物學實驗創(chuàng)新設(shè)計
——如何鑒別油橄欖鮮果的品質(zhì)優(yōu)劣*

程子良 祁惠芳 孔維寶** 馬君義 牛亞勝

（1 西北師范大學生命科學學院 甘肅蘭州 730070 2 天水農(nóng)業(yè)學校 甘肅天水 741400）

1 實驗設(shè)計思路

油橄欖（Olea europaeaL．）屬木犀科（Oleaceae）木樨欖屬（Olea）植物，是世界四大著名的木本食用油料樹種之一［2］。以新鮮的油橄欖果實不經(jīng)加熱和化學處理，直接冷榨而成的初榨橄欖油是一種高品質(zhì)食用油脂，脂肪酸比例協(xié)調(diào)（含10%飽和脂肪酸、82%單不飽和脂肪酸和7%多不飽和脂肪酸），富含抗氧化酚類物質(zhì)、維生素及角鯊烯等，具有延緩衰老、預防心血管疾病、降血脂和抗癌等作用，被譽為“植物油皇后”“液體黃金”“地中海甘露”［3-5］。油橄欖果實由2%的種子、16%的果核和82%的果肉構(gòu)成，大部分油儲存在果肉中，果實的品質(zhì)直接決定了橄欖油的口感、品質(zhì)和營養(yǎng)價值［6-7］。行標《油橄欖鮮果（LY/T 1532—1999）》等規(guī)定：油用果實質(zhì)量標準為鮮果含油率（%）≥15%，含水率（%）≥50%，新鮮度（%）≥95%，成熟度≤6（0～3 為一等，3～5 為二等，5～6 為三等），無法滿足以上要求則不能投入生產(chǎn)［8］。因此，定期測定生產(chǎn)線上果實的質(zhì)量標準工作是極為重要的環(huán)節(jié)，可起到良好的品質(zhì)監(jiān)控作用。

目前，判斷油橄欖果實品質(zhì)的方法較為完善，通常先對新鮮的油橄欖進行感官鑒別，判斷其成熟度和新鮮度，然后將經(jīng)鼓風干燥箱烘干至恒重的果實粉碎，以石油醚為油脂萃取劑，用脂肪測定儀進行油脂抽提，利用公式計算其含水率和含油率。實驗操作簡單、應(yīng)用性強，用到的化學試劑較少，實驗材料綠色環(huán)保，實驗過程安全有效。該實驗可增加學習的趣味性與真實性，并通過合作學習、小組探討等形式，探究不同品種果實的差異性，掌握實驗技能，為將來走向社會做好充分的準備。

2 教學目標

1）知識目標：①通過查閱相關(guān)資料，了解油橄欖果實的形態(tài)特征和實用價值；②掌握脂肪測定的原理，并能解釋提取橄欖油過程中出現(xiàn)各種現(xiàn)象的原因；③了解比較不同果實品種質(zhì)量、品質(zhì)的差異性。

2）技能目標：①學會對橄欖果實的成熟度進行分類，計算成熟度指數(shù)和新鮮度等指標；②能熟練操作脂肪測定儀（海能SOX406）、高速粉碎機等實驗設(shè)備，掌握橄欖油的提取技術(shù)，能運用公式計算含水率和含油率。

3）情感態(tài)度與價值觀目標：①了解一線生產(chǎn)，產(chǎn)生濃厚的學習興趣；②通過團隊合作完成實驗，增強學生的集體協(xié)作精神，提高自我效能感。

3 實驗組織

準備階段：學生分組，每組6 人，組長負責實驗數(shù)據(jù)的記錄及實驗的統(tǒng)籌安排；實驗開始前各組查找相關(guān)資料，討論實驗步驟做好相關(guān)準備。

實驗分2 個課時完成。第1 課時主要是認識油橄欖果實，通過感官判斷成熟度和新鮮度，鑒別果實是否敗壞，這是果實投入生產(chǎn)的第1 步；第2課時主要是將鮮果烘干，利用脂肪測量儀進行提油，計算不同果實含油率和含水率，比較實驗結(jié)果并進行分析討論，建立起良好的科學素養(yǎng)和探究能力。實驗過程中教師給予指導與點評。

以雷達所在位置為原點，在縱平面上，目標位置信息主要由觀測距離r以及俯仰角θ來表征，其中觀測距離標準差為σr，俯仰角標準差為σθ，則對應(yīng)的協(xié)方差矩陣為

實驗結(jié)束，各組匯報實驗結(jié)果，比較不同品種果實之間性狀特征的差異性，并進行分析討論。

4 材料與儀器

1）試劑：石油醚（沸程為30～60℃）。

2）儀器：電子天平、鼓風干燥箱、高速粉碎機、海能SOX406 脂肪測定儀、鋁箔皿、干燥皿、濾紙、不銹鋼小刀、鋁制抽提杯、濾紙架、脫脂棉。

3）實驗材料準備：教師提前購置6 種單品種果實，分別為萊星、皮削利、鄂植8 號、佛奧、豆果及科拉蒂，置于0～4℃的冰箱中低溫保存，備用。

5 實驗過程

5.1 認識油橄欖果實 教師將6 種單品種分別發(fā)給6 個組，組長領(lǐng)取果實后做好登記。準備8 個燒杯（或用其他透明容器代替）分別標上0～7 編號（0～7 表成熟度）待用；隨機取出100 粒果實，按表1和圖1提示進行成熟度的分類，注意在辨別成熟度為4～7 的果實時，需用不銹鋼小刀切開斜面觀察果肉顏色進行區(qū)分；分類結(jié)束后將每個成熟度指數(shù)級別的果實數(shù)量填入表2，計算類別編號與該類果實粒數(shù)的乘積，并計算成熟度，如公式（1）所示；同時，在這100 粒果實中檢查形態(tài)是否完好，挑出破壞和損傷、腐敗的果實，記作N，計算新鮮度，如公式（2）所示。整個過程小組6 人共同完成，在遇到模棱兩可的果實時一定要做好協(xié)商，確保對果實進行正確的成熟度分類。

表1 油橄欖果實成熟度類別及含義［8］

圖1 油橄欖果實成熟度分類圖

表2 油橄欖果實成熟度指數(shù)計算表

5.2 測含水率［9］稱量鋁箔皿的質(zhì)量m1（精確至0.01 g，下同），隨機選取50 顆鮮果放入鋁箔皿中精確稱量質(zhì)量m2，然后將待測樣品置于80 ℃烘箱中干燥12 h 至恒重后稱量記為m3，根據(jù)果實烘干前后的質(zhì)量差，計算水分含量，如公式（3）所示。

5.3 測含油率［9］將烘干的果實置于高速粉碎機中粉碎后，稱取10 g 裝入包有濾紙筒的濾紙架內(nèi)，記作m，用脫脂棉塞上后放入脂肪測定儀中（如圖2a 所示）；稱量鋁制抽提杯m4，在杯內(nèi)倒入40 mL 石油醚放在脂肪儀加熱板上，壓下扳手使密封圈緊壓抽提環(huán)，移動滑珠使裝有樣品的濾紙筒的1／2 浸入石油醚中，同時打開冷凝水，將閥門調(diào)至豎直狀態(tài)，在60℃的加熱板上抽提12 h（圖2b）；結(jié)束后取下抽提杯并置于60℃的烘箱中烘4 h，然后取出置于干燥皿內(nèi)，待其溫度降至室溫時稱量記為m5，計算干基含油率和鮮果含油率，如公式（4）、（5）所示。整個過程需要小組內(nèi)每人制作一個樣品，體驗操作過程，學會提油技術(shù)。

圖2 測定含油率部分儀器展示

實驗結(jié)束后，清理實驗臺面，將各實驗設(shè)備歸置原位（注意：由于整個實驗持續(xù)時間長，尤其是在烘干操作時，也要保持實驗臺面整潔，并合理利用資源與時間）。抽提杯洗凈放在烘箱內(nèi)烘干后，放入干燥皿以備下次實驗使用；濾紙筒內(nèi)的干基粉末倒入指定地點，切不可隨意丟棄；檢查脂肪測定儀設(shè)備，確保實驗安全。

6 實驗注意事項

1）油橄欖果實在秋季結(jié)果，建議該實驗放在秋季進行，購置的樣品需低溫保存，盡量在48 h之內(nèi)使用，避免影響實驗效果。

2）對鮮果進行烘干時，若果實顆粒較大，可用小刀劃幾道口子，使水分蒸發(fā)更快，確保在規(guī)定時間內(nèi)達到恒重；溫度不宜過高，否則果實會被烘焦，影響橄欖油的品質(zhì)。

3）利用高速粉碎機粉碎時，一定要注意安全，務(wù)必將蓋子擰緊；完成粉碎后，先關(guān)閉電源再進行下一步操作；此外，稱量干基即烘干粉碎后的果實時需要將粉末攪拌均勻，減少實驗誤差。

4）在使用脂肪測定儀提油時，注意控制回流速度在1～2 s／滴，避免石油醚難以回流；抽提完成后，須將抽提杯放入烘箱內(nèi)，以除去杯內(nèi)未蒸發(fā)完全的溶劑和水分等雜質(zhì)。

5）實驗過程中抽提杯、裝有粉碎樣品的濾紙筒等材料，在暫時未用到時要及時放在干燥皿內(nèi)避免過多暴露在空氣中，防止被氧化而產(chǎn)生實驗誤差。

7 實驗結(jié)果與分析

實驗結(jié)束后,教師組織學生先以小組為單位進行分析討論，包括操作過程中出現(xiàn)的問題等，由組長匯總結(jié)果后提交給教師整理。

表3所示為不同品種油橄欖果實的成熟度和新鮮度，可知6 個品種中，鄂植8 號的成熟度最高，科拉蒂的成熟度最低，按等級分類可知：皮削利、豆果和科拉蒂為一等果，萊星、鄂植8 號和佛奧為二等果；新鮮度指標中，萊星、鄂植8 號、佛奧、豆果和科拉蒂均在95%以上，符合生產(chǎn)標準，但是皮削利和佛奧新鮮度在95%以下，分析原因可能是在運輸和保存過程中，時間過長果實霉變或腐爛，或者由于機械損傷引起的敗壞。

圖3所示為不同品種油橄欖果實的含油率和含水率比較，可知干基含油率從大到小依次為：科拉蒂＞鄂植8 號＞萊星＞佛奧＞皮削利＞豆果，鮮果含油率依次為：佛奧＞萊星＞鄂植8 號＞科拉蒂＞皮削利＞豆果，含水率依次為：皮削利＞豆果＞科拉蒂＞萊星＞鄂植8 號＞佛奧。其中，皮削利和豆果的鮮果含油率在15%以下，佛奧的含水率在50%以下。因此結(jié)合表3和圖3各項指標可判定，實際生產(chǎn)中，皮削利、豆果和佛奧這3 個品種不符合生產(chǎn)標準，不能投入生產(chǎn)。

在實驗過程中，大部分學生都能按照步驟完成實驗并取得較好的實驗效果，但是也有一些學生在利用脂肪測定儀提油時出現(xiàn)提取杯無油的現(xiàn)象。學生討論后得出2 個結(jié)論：1）可能是由于長期使用自來水產(chǎn)生污垢堵住了冷凝管，導致無法出現(xiàn)回流狀態(tài)；2）也可能是在將濾紙架放在抽提軸上時，磁鐵未能牢牢吸住從而產(chǎn)生的實驗誤差。

表3 不同品種油橄欖果實的成熟度與新鮮度

圖3 不同品種油橄欖果實的含油率和含水率指標

8 實驗教學總結(jié)與反思

1）以學生為中心，以差異為基礎(chǔ)，重視合作學習。教師根據(jù)學生各方面的特點進行有效分組，尊重學生的差異性，組員之間合作學習，相互探討。教師全程關(guān)注學生操作的規(guī)范性，及時糾正不當?shù)膶嶒灢僮?，對遇到的問題給予引導。

2）以技能為目標，以實踐為紐帶，提升自我效能感。中職學生知識基礎(chǔ)差、社會認同度低，存在嚴重的自卑感，但動手操作能力比較強，在教學過程中重視技能的作用，體驗 “做中學、做中求進步”的思想，以技能帶來的滿足感替代學習成績帶來的榮譽感，進而提升其自我效能感。

3）以興趣為導向，以實際生產(chǎn)為情境，激發(fā)學習動機。目前中職生物學實驗教學涉及的實驗內(nèi)容大多以生物學基礎(chǔ)研究為主，與實際生活脫軌，既無法引起學生的學習興趣，又與職業(yè)教育導向的應(yīng)用知識的學習相違背。如何選擇教學內(nèi)容并組織好課堂教學，使學生產(chǎn)生足夠的學習興趣與學習動機等至關(guān)重要，教師需要慎重思考，這也是當前新一輪課程改革的重點研究方向。在本次教學中，內(nèi)容來源于企業(yè)生產(chǎn)實踐，通過對油橄欖果實的鑒定讓原本枯燥無味的植物油提取技術(shù)、感官分類等更好地融入學習過程，增強了學生的自信心，激發(fā)學習動機，也為將來就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。