“學(xué)實(shí)結(jié)合”“食品物性學(xué)分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式及方法探索

劉金光，劉玉茜，徐龍華，王文良，王嘉瑞，李雪嬌

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（泰安 271018）

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是高等教育的重要使命[1]。本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)食品專業(yè)人才的關(guān)鍵階段和橋梁紐帶，為科研院所輸送科研型研究生，為食品行業(yè)輸送應(yīng)用型工程師。特別是2016年我國工程教育認(rèn)證的實(shí)施，以學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力[2]。伴隨本科高校教學(xué)改革的推進(jìn)，除了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)儀器外，更多的精密科研儀器、設(shè)備和信息化教具應(yīng)用到本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如色譜技術(shù)“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等[3-4]。

“食品物性學(xué)分析實(shí)驗(yàn)”是普通高等院校食品專業(yè)的重要實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，培養(yǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能?，F(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)中多采用測(cè)試市售食品（如牛奶、面包等）的基礎(chǔ)理化指標(biāo)的教學(xué)模式，而食品加工的工藝教學(xué)屬于其他學(xué)科課程，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生僅掌握實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)試方法，而對(duì)食品工藝了解甚少。學(xué)生只有親自參與食品的加工過程，動(dòng)手實(shí)踐食品的生產(chǎn)工藝，才能真正掌握產(chǎn)品品質(zhì)的核心技術(shù)。提升工程實(shí)踐能力和專業(yè)技能，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的檢測(cè)、加工技術(shù)的不足，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力，并建立起培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。此外，由于物性分析儀屬于精密科研儀器，配套數(shù)量的限制和系統(tǒng)操作復(fù)雜，導(dǎo)致無法滿足本科學(xué)生動(dòng)手操作，導(dǎo)致學(xué)生課后記憶含混，沒有全面掌握實(shí)驗(yàn)。

針對(duì)傳統(tǒng)的“食品物性學(xué)分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式存在問題，加強(qiáng)專業(yè)技能的實(shí)踐應(yīng)用和基礎(chǔ)科研能力的培養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入食品工藝課程的生產(chǎn)實(shí)踐，使用物性分析儀測(cè)試品質(zhì)指標(biāo)，從實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)科研教學(xué)等方面介紹“學(xué)實(shí)結(jié)合”食品物性分析綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式及方法，旨在鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)基礎(chǔ)科研技能，為食品專業(yè)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

1 傳統(tǒng)的“食品物性學(xué)分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中存在問題

1.1 教學(xué)模式及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)陳舊

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中存在問題有：（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研脫節(jié)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)所用材料和器具僅限于基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，科研儀器僅供參觀教學(xué)或者僅有個(gè)別同學(xué)操作演示；（2）實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)課程的理論知識(shí)僅指導(dǎo)課程實(shí)驗(yàn)，食品專業(yè)課程設(shè)置有食品工藝實(shí)踐課程，2類課程同屬于食品專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，卻沒有綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用[5]。實(shí)驗(yàn)課程的知識(shí)和技能最終目的是要學(xué)生領(lǐng)會(huì)和應(yīng)用，僅注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)，與基礎(chǔ)科研教學(xué)脫節(jié)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力；僅注重課程實(shí)驗(yàn)，與工藝生產(chǎn)脫節(jié)，不利于鍛煉學(xué)生融會(huì)貫通和技能應(yīng)用的能力。

傳統(tǒng)的“食品物性學(xué)分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式與其他基礎(chǔ)食品分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式類似，教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過程在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展，實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法講解后，學(xué)生按照預(yù)定實(shí)驗(yàn)方案講義完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方案陳舊、不新穎，陳舊的實(shí)驗(yàn)方法已落后于時(shí)代前沿技術(shù)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程乏味、質(zhì)量差。此外，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單，缺乏基礎(chǔ)科研儀器的使用，難以有效提升學(xué)生的科研實(shí)踐技能，以及探索和創(chuàng)新的能力。雖然前期改革完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，但程序化的實(shí)驗(yàn)方案導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程仍然屬于接受式學(xué)習(xí)模式。此外，教育信息化、智能化的提出和完善，更加要求傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)一步完善，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和發(fā)散思維能力，滿足培養(yǎng)食品專業(yè)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的教學(xué)要求。

1.2 教學(xué)儀器限制

“食品物性學(xué)分析實(shí)驗(yàn)”需要使用物性分析儀，此類精密科研分析儀器在普通院校的配備數(shù)量遠(yuǎn)不能滿足人均1臺(tái)或2人小組1臺(tái)的本科教學(xué)需要。此外，受課時(shí)數(shù)量限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通常采用多人小組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，?dǎo)致僅有個(gè)別同學(xué)能夠動(dòng)手操作儀器，嚴(yán)重影響課程質(zhì)量和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。

2 教學(xué)模式與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)模式改革

普通高等院校是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要搖籃，專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)應(yīng)用技能的重要方式[6]。工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方向應(yīng)該是不斷更新教學(xué)方式，綜合應(yīng)用各類教育資源，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鍛煉學(xué)生的應(yīng)用能力[3]。

融入培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才的實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色，設(shè)計(jì)“食品物性學(xué)分析實(shí)驗(yàn)”方案，新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，融合課程理論、工藝實(shí)踐和基礎(chǔ)科研等教學(xué)環(huán)節(jié)為一體，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)原料準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)樣本制備、科研儀器操作和數(shù)據(jù)整理分析等實(shí)驗(yàn)全過程[7]。使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中掌握課堂教學(xué)的課程理論，并運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行食品加工工藝實(shí)踐并制備實(shí)驗(yàn)樣本，借助科研儀器和設(shè)備測(cè)試實(shí)驗(yàn)樣本的品質(zhì)特性，鍛煉學(xué)生的科研儀器操作技能，綜合性、系統(tǒng)化地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力、專業(yè)技能和基礎(chǔ)科研能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才夯實(shí)基礎(chǔ)[7]。

新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式注重提供學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)揮空間和工藝實(shí)踐自主權(quán)，學(xué)生通過食品工藝實(shí)驗(yàn)制備試驗(yàn)樣本，工藝實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生自主決策工藝流程各個(gè)環(huán)節(jié)的樣品狀態(tài)，充分發(fā)揮理論知識(shí)應(yīng)用的自主權(quán)，激發(fā)創(chuàng)新思維，借助基礎(chǔ)科研儀器測(cè)試實(shí)驗(yàn)樣本的品質(zhì)特性，培養(yǎng)科研思維和科研技能。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)樣本制備

挑選1 kg新鮮山楂果，清洗后去除果核和花蒂，切成3～5 mm厚度的山楂果片，加入同等質(zhì)量蒸餾水和0.5 g維生素C后漂燙5 min，瀝干水分并放入打漿機(jī)中，加入50 mL蒸餾水打漿2 min，制成山楂糊。

2.2.1.1 山楂膏

將山楂糊轉(zhuǎn)移到鍋中，加入500 mL蒸餾水，熬煮40 min至山楂糊完全軟爛，使用0.425 mm（40目）紗布過濾去除其中的粗纖維絲，山楂糊放入鍋中繼續(xù)熬煮，直至山楂糊呈現(xiàn)黏稠狀，冷卻后裝入玻璃瓶中制成山楂膏。

2.2.1.2 山楂糕

將山楂糊轉(zhuǎn)移到鍋中，加入與山楂糊同等質(zhì)量的白砂糖和1 000 mL蒸餾水，熬煮并持續(xù)攪拌直至山楂糊由黏稠狀變?yōu)樯介酄顟B(tài)，定量10 mL山楂泥放入模具中成型，于80 ℃烘箱烘干處理2～3 h，制成山楂糕。

2.2.1.3 山楂棒

將山楂糊轉(zhuǎn)移到鍋中，加入與山楂糊同等質(zhì)量的白砂糖和1 000 mL蒸餾水，持續(xù)熬煮并攪拌直至形成山楂泥，進(jìn)一步加熱，不斷翻炒直至山楂泥中白糖出現(xiàn)反砂并形成山楂團(tuán)狀態(tài)，稱取10 g山楂團(tuán)放入模具中擠壓成型，于90 ℃烘箱烘干處理3 h，制成山楂棒。

2.2.2 食品物性學(xué)指標(biāo)測(cè)試

為使學(xué)生更詳細(xì)了解物性分析儀，熟練掌握儀器的各種性能，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)以不同物理形態(tài)的3種山楂制品作為試驗(yàn)樣本，分別為山楂膏、山楂糕和山楂棒（圖1），使用物性分析儀分別測(cè)試3種試驗(yàn)樣本的硬度、黏度、彈性、咀嚼性和膠著性等品質(zhì)指標(biāo)，如表1所示。儀器參數(shù)設(shè)置：測(cè)前速度2.0 mm/s，測(cè)試速度1.0 mm/s，測(cè)后速度1.0 mm/s，壓縮比例50%，感應(yīng)力5.0 g[8-9]。儀器探頭的類型、型號(hào)及試驗(yàn)樣本的重量/形狀的選擇參考表2。每種樣本平行測(cè)試3次，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

表1 食品物性學(xué)品質(zhì)指標(biāo)

表2 儀器配件選擇和樣本尺寸信息表

圖1 測(cè)試樣品圖

2.3 數(shù)據(jù)分析

使用儀器自帶軟件分析測(cè)得的質(zhì)構(gòu)曲線并導(dǎo)出樣本品質(zhì)信息匯總表，如表3所示。使用樣本的品質(zhì)信息可以分析試驗(yàn)樣本的品質(zhì)特性，對(duì)比不同樣本間的差異，也可以依據(jù)品質(zhì)信息改進(jìn)并優(yōu)化試驗(yàn)樣本的生產(chǎn)工藝。

表3 測(cè)試樣本品質(zhì)信息

3 結(jié)語

以“食品物性學(xué)分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)為例，融合課程理論、工藝實(shí)踐和基礎(chǔ)科研的教學(xué)環(huán)節(jié)為一體，構(gòu)建一種“學(xué)實(shí)結(jié)合”的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。學(xué)生在食品工藝學(xué)實(shí)踐中了解食品工業(yè)化生產(chǎn)流程，鍛煉學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用實(shí)踐能力，通過基礎(chǔ)科研實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科研儀器操作技能，提升科研創(chuàng)新能力。這有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，提升課程的實(shí)用性和新穎性，培養(yǎng)食品專業(yè)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才?！皩W(xué)實(shí)結(jié)合”“食品物性學(xué)分析實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式對(duì)食品方向?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革提供了經(jīng)驗(yàn)。