還原真實產品研發(fā)過程及其生產工藝，設計項目式課程

李世媛 張文 楊佳樂 任益 申賽男 趙雅萍 朱葉

果汁飲料是一種深受廣大中學生青睞的飲品，也是現(xiàn)代食品加工必不可少的產品之一。高中化學新課標[1]在選修課程STSE 綜合實踐主題中建議“調查食品中添加劑的使用并進行相關的實驗探究”。生物新課標[2]也在選修課程“食品安全與檢疫”模塊開設建議中提出“要了解食品生產的途徑”。人教版高中《化學》（必修第1 冊）[3]中介紹了幾種食品添加劑的作用，學生對食品添加劑有初步的認識，但很難體會食品生產過程中的問題解決思路和方法。

本文以“制作一款果汁飲料”為主題，通過對果汁生產史的文獻研究和工廠實際調研， 設計了用于教學的果汁飲料制作探究活動，并對產品設計類項目式課程的開發(fā)進行了反思與討論。

挖掘真人真事，外顯問題解決思路

早在18 世紀人們就發(fā)現(xiàn)了用加熱對果汁進行保鮮的方法，然而要提升果汁的品質，將其制作成產品則經歷了漫長的探索過程。我們對果汁生產史上作出重大貢獻的真人真事[4]進行梳理，提煉了其問題解決的方法如表1 所示。

基于對這些真人真事及其問題解決方法的梳理，不難發(fā)現(xiàn)：果汁飲料生產技術的突破往往是源于實際的需求，然后在實驗研究的基礎上發(fā)現(xiàn)可以解決該問題的物質或方法，再將其遷移應用到實際生產，從而實現(xiàn)提升產品質量的目標。例如，科學家發(fā)現(xiàn)維生素C 具有抗氧化的性質[5]，然后把它應用于果汁等食品的保鮮。

進一步通過對今麥郎、安德利等飲品公司研發(fā)人員的專訪及文獻研究，明確了果汁飲料的生產工藝流程[6]，將其轉化為產品設計類項目的展開思路：首先明確目標產品，然后將目標拆解為若干子問題（例如：如何改善果汁飲料的口感、如何防止果汁褐變等），而后進行概念設計（如果汁生產中的調配等），找到解決子問題的途徑，再通過精細化設計、權衡優(yōu)化統(tǒng)整，得到詳細的產品設計方案，最后進一步提煉總結該項目的問題解決思路。

項目拆解與任務活動規(guī)劃

結合高中生的實際學情，將制作一款果汁飲料的項目拆解為4 個任務，形成項目框架（見表2）。

項目展開的具體設計

項目導引

通過查閱資料讓學生了解常見果蔬的出汁率，再結合貯存條件選擇制作蘋果汁作為產品目標，使學生明確項目的目標，并依據(jù)果汁飲料的生產工藝流程，初步形成對本項目的規(guī)劃。

設計意圖：讓學生結合查閱到的信息，思考實現(xiàn)項目目標要解決的問題及步驟，初步形成問題解決的路徑，培養(yǎng)在真實情境下的分析和解決問題的能力。

任務 1：初步設計蘋果汁飲料的配方

本任務可拆分為3 個活動。活動1 調研已有產品和用戶需求，對市售蘋果汁的分類及成分進行調研，了解目標用戶的消費習慣和需求，認識食品添加劑的種類及其功能?；顒? 讓學生選取不同品種的蘋果進行榨汁并過濾，通過對比選擇口感好的品種?；顒? 在發(fā)現(xiàn)原榨蘋果汁的問題和不足的基礎上，讓學生從口感、色澤等角度初步形成蘋果汁飲料的配方，并了解《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》。

設計意圖：通過實際調研培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力，通過自制蘋果汁并初步設計配方，培養(yǎng)學生獨立解決問題的意識和能力，最后通過了解《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》培養(yǎng)學生的食品安全意識。

任務 2：蘋果汁飲料配方的優(yōu)化

本任務是對學生初步形成的蘋果汁飲料配方進行探究和優(yōu)化?；顒? 是通過探究果膠酶的作用及適宜用量和條件，提高蘋果的出汁率?；顒? 通過探究白砂糖、檸檬酸的適宜用量，改善蘋果汁飲料的口感?；顒?通過比較不同色素的效果差異、探究蘋果香精的適宜用量提升蘋果汁飲料的色澤和風味。活動4 通過探究維生素C 的性質和用量防止蘋果汁飲料發(fā)生褐變，同時減少維生素等營養(yǎng)成分的損失，最后讓學生明確蘋果汁飲料的精細化制作方案（可參考圖3）。各活動的開放度可根據(jù)高中生的實際學情，做彈性化處理。

設計意圖：通過對果膠酶、維生素C 等食品添加劑的定性和定量探究，使學生深刻理解食品添加劑的功能，體會控制變量及系統(tǒng)分析的科學思想方法，并在小組合作中培養(yǎng)團隊合作意識。

任務 3：制作蘋果汁飲料

本任務是讓學生在熟悉蘋果汁飲料的詳細配方以后，動手制作蘋果汁飲料，并進行感官評定（見表3）。然后通過交流研討選擇合適的材料，設計蘋果汁飲料的包裝。

設計意圖：通過動手制作和感官評定讓學生學會評價果汁飲料的方法，體驗達成目標的成就感。通過飲料包裝的設計，使學生體會材料化學及藝術的重要作用。

任務 4：設計蘋果汁飲料加工廠

本任務首先讓學生討論設計蘋果汁飲料的生產工藝流程圖及配套設備。然后選擇合適的飲料加工廠廠址，并形成總體平面設計圖。

設計意圖：通過蘋果汁生產工藝、設備及加工廠的設計，使學生體會工業(yè)生產與科學探究的差別，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W思維習慣及社會責任感。

成果交流

在完成了本項目后，組織學生設計產品的廣告，基于產品特點進行宣傳和營銷，還可以舉辦產品發(fā)布會，進一步交流項目實施過程中的心得，總結問題解決思路。

設計意圖：在設計廣告和進行宣傳營銷的過程中，從科學、藝術、商業(yè)等各方面發(fā)展學生的綜合素質，使學生能夠學以致用，提高表達交流能力。

反思與討論

分析文獻深入調研

基于產品及其生產工藝設計的項目式課程的開發(fā)，首先需要通過文獻研究尋找問題解決的真人真事，梳理其問題解決的思路和方法，然后對相關的產品研發(fā)部門進行調研，從而對已有問題解決思路進行優(yōu)化，最后結合實際學情將實際生產的問題解決思路轉化為項目的展開思路，并拆解為若干核心任務及學生活動。

化繁為簡把握重點

產品的實際生產流程往往較為復雜，在轉化為項目時不必面面俱到，把握關鍵要素和環(huán)節(jié)即可，重要的是通過蘊含著重要科學思想和方法的、學生可以動手實現(xiàn)的活動，發(fā)展學生的問題解決能力和創(chuàng)新思維能力，充分發(fā)揮其教學功能。

角色轉換統(tǒng)籌兼顧

雖然項目式學習發(fā)生在課堂上，然而教師和學生的視野卻要高于課堂，將自己的角色轉換成產品研發(fā)人員，對所涉及到的各領域的知識進行全方位的思考和應用，統(tǒng)籌規(guī)劃各項問題，在解決真問題的過程中全面發(fā)展核心素養(yǎng)，培養(yǎng)科學意識和社會責任感。