《食品添加劑》課程開放實驗項目的設計與實施

陳學紅

摘要：食品添加劑實驗教學是為了開拓學生智能，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和良好的實驗素養(yǎng)，提高學生的動手能力、分析問題、解決問題的能力和獨立工作的能力。以植物果膠的提取及其特性研究為例，闡述了開放實驗教學方案的制定與實施、實驗方法的設計和實驗的教學效果。

關鍵詞：食品添加劑；開放實驗；設計

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）38-0254-02

實驗室是進行實驗教學、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要場所，也是開展科學研究的重要基地[1]。開放實驗教學是針對傳統(tǒng)的封閉式實驗教學的改革，讓學生成為實驗的主體[2-3]。開放實驗中，學生通過查閱相關資料，自擬實驗方案，并獨立完成實驗過程的實施[4]。實驗室的開放能夠最大限度地激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情和興趣[5]。《食品添加劑》課程是我校食品科學與工程學院重要的專業(yè)課程之一，具有很強的實踐性。為了提高學生運用理論知識解決實際問題的能力，為了培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，我們在《食品添加劑》課程中不斷加強學生的開放性實驗，為提高學生的綜合能力發(fā)揮積極的作用。

下面以食品添加劑實驗中“植物果膠的提取及其特性的研究”為例來說明開放實驗項目的實施與運行。

一、學生自主設計開放實驗方案

首先，指導教師召集學生給出開放實驗項目題目，并簡要講解實驗設計的基本原理。學生自主查閱與題目相關的文獻資料，并依此制定出實驗方案；待學生提交實驗方案后，指導教師與學生一起對設計方案進行討論，指導修訂，確定出合理適宜的實驗方案。比如，“植物果膠的提取及其特性的研究”開放實驗，其重點在于植物果膠提取方法的確定及果膠特性的研究。果膠的提取方法有多種，學生可根據(jù)自身的專業(yè)知識背景及對相關文獻的熟悉程度，自主地選擇適宜的植物性原料，通過查閱大量的文獻了解各種提取方法的優(yōu)缺點和操作要點，確定出果膠的提取方案。之后，根據(jù)理論課程中所學到的增稠劑的性質，查閱文獻確定研究果膠的哪些特性，并確定出研究方案。整個實驗方案制定的過程中，學生通過與老師交流、探討，并進行摸索性的實驗，修改、分析，論證實驗方案的切實可行。當學生提交初步方案后，指導教師與學生共同探討，確定篩選植物果膠的提取方案，為了對各種提取方法進行對比分析，以提取果膠的得率和含量為依據(jù)，確定果膠的最佳提取方法和提取條件。針對實驗室現(xiàn)有的條件，學生在實驗室中通過摸索性的實驗，確定果膠的特性可重點研究粘度特性和膠凝特性。由此，在整個開放實驗方案的設計制定過程中，學生經歷了資料收集整理、信息分析、制作和調試等整個過程，培養(yǎng)了學生的信息檢索能力、思維能力和操作能力，提高了學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

二、學生獨立完成開放實驗方案的實施

開放實驗的實施過程，實行以學生為主體，學生學習與教師講授、輔導相結合的模式。教師只在相關實驗知識、操作規(guī)程和主要儀器的使用上給予重點講解，由學生自己決定實驗時間，獨立完成全部實驗[6]。在食品添加劑“植物果膠的提取及其特性的研究”開放實驗項目中，學生接觸較少的地方是果膠樣品的提取方法及果膠的特性。因此，指導教師可在這兩個關鍵點給予學生較為細致詳要的指導，包括儀器設備的操作使用及注意事項。下面以植物果膠的提取及其特性的研究為例，介紹開放實驗項目的實施過程。

1.果膠的提取。柑橘、檸檬、柚子等果皮中約含30%果膠，是果膠的最豐富來源。在食品工業(yè)中，果膠主要是從柑橘皮、山楂、西瓜皮等原料中提取出來的。在植物原料的選取方面，學生可根據(jù)所查文獻及自身的知識背景，選擇適宜的富含果膠物質的材料提取果膠。果膠的提取方法有多種，最傳統(tǒng)的方法是酸法提取，此外還有酶法提取、微波輔助提取、超聲波輔助提取及離子交換樹脂提取法。酸提取法工藝簡單，各種條件比較容易控制，無污染，得到的果膠質量好、純度高。因此，在學生的開放實驗中可采用酸法提取果膠，并結合微波輔助提取、超聲波輔助提取考察果膠的得率。通過不同提取方法的實踐，依據(jù)果膠得率及果膠含量，確定出果膠的適宜提取方法。提取方法確定后，下一步就是果膠提取條件的優(yōu)化了，這一步教師指導學生采用響應曲面法對果膠的提取條件進行優(yōu)化，由于學生對響應曲面法不太了解，指導教師對于該軟件的應用給予學生指導，學生依次確定出適宜的果膠提取條件。通過果膠樣品的提取這部分實驗，學生經歷了自己選材，自己安置裝置，獨立地分析問題、解決問題，實際動手操作能力得到了鍛煉，實驗技能得到了提高，綜合應用知識的能力進一步得到加強。

2.果膠特性的研究。果膠作為多糖，具有顯著的功能特性。在學生的開放實驗中，重點研究所提取天然果膠的溶解度、粘度和膠凝作用。在這部分實驗內容中，所用到的實驗儀器主要有粘度計和質構儀。食品科學與工程學院實驗室有毛細管粘度計和旋轉粘度計兩種粘度計，教師講解了粘度計的使用方法后，學生可自行選擇儀器測定粘度。對于提取果膠的膠凝作用，由于高甲氧基果膠與低甲氧基果膠形成凝膠的條件不同，所以為了確定果膠形成凝膠的條件，必須明確所提果膠的酯化度，高甲氧基果膠酯化度≥50%（甲氧基含量≥7%），低甲氧基果膠酯化度<50%（甲氧基含量<7%）。高甲氧基果膠形成凝膠需要糖和酸，通常是氫鍵和部分甲酯基團的疏水作用促成了凝膠。高甲氧基果膠在糖濃度很高（55%以上）酸性條件下（pH低于3.6）可形成凝膠。低甲氧基果膠的膠凝是兩個果膠分子鏈間的羧基通過鈣橋實現(xiàn)離子連接以及氫鍵的共同作用的結果。低甲氧基果膠的凝膠作用與高甲氧基果膠不同，它并不完全以pH和糖類作為形成凝膠的制約因素，需要與鈣離子結合后才能形成凝膠。所以，學生需在確定所提果膠酯化度的基礎上，自行設計果膠形成凝膠的條件使其形成凝膠。果膠凝膠強度可采用質構儀進行測定，質構儀的操作使用學生不熟悉，關鍵在于條件的設定。這時候教師需要耐心講解選擇質構儀條件的原則，并簡單演示整個操作過程，讓學生先有直接的感性認識，再運用到實驗中。學生進行實驗后，質構儀條件的選擇即能完善進行。從中，可以提高學生實際操作、觀察分析及邏輯推理的綜合能力，逐漸養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度[7-10]。

三、學生開放實驗結果的評價

完成實驗項目后，為了進一步啟發(fā)思維，整理整個思路過程，總結實踐經驗，學生需撰寫上交一篇實驗小論文，內容包括實驗中的操作步驟、結果及對實驗結果的分析和討論。對于寫得比較好的論文，指導老師可給予指導并推薦到有關刊物發(fā)表。通過這樣一個整理總結的過程，學生的分析能力和實際操作能力等各方面能力確實得到了提高。

四、開放實驗教學的效果

“植物果膠的提取及其特性的研究”的開放實驗教學，歷時5周，其中2周用來讓學生查閱相關資料并設計開展實驗的方案及策略，2周實施實驗方案，1周用來撰寫實驗小論文并進行匯報。教學實踐表明，該實驗項目很適合本科食品添加劑實驗課程。學生由以往被動的學習狀態(tài)，轉變?yōu)榉e極主動參與。整個實驗方案全部由學生自己設計，自己實施。并且在實施實驗方案的過程中，會遇到各種預料不到的問題，學生需自己動腦分析去解決，因此很大程度地提高了學生分析問題和解決問題的能力。整個開放實驗的實施過程中，所用到儀器、設備、方法均涉及到多個學科層面，強化了學生綜合應用知識的能力和實驗技能，使學生進一步掌握從事科學研究工作的方法和實驗技能。

五、結束語

開放實驗項目強調了以學生為中心的教學模式，大大地增加了學生進入實驗室的靈活度，全面地提升了學生的自主學習、動手實踐和主動創(chuàng)新能力。學生依據(jù)個人的實驗基礎和學習興趣設計創(chuàng)新實驗，充分發(fā)揮了學生的想象力和創(chuàng)造力，全面培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，有利于促進學生的個性化和全面發(fā)展，有利于提高學生的綜合素質。另外，開放實驗教學項目，也對指導教師提出了更高的要求。指導教師需做好充分的準備，并需要增加和學生之間的溝通與交流，不斷更新自身的知識儲備，提高教學水平和教學質量，提高綜合素質。

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