食品物理加工技術(shù)專業(yè)課實驗教學(xué)與探討

梁秋芳，任曉鋒，2，馬海樂，2

(1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212013；2.江蘇大學(xué)食品物理加工研究院，江蘇 鎮(zhèn)江212013)

0 引言

《食品物理加工技術(shù)前沿》是江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院為食品與工程專業(yè)的本科、碩士及博士開設(shè)的專業(yè)選修課，是利用現(xiàn)代聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)等物理學(xué)新技術(shù)研究改進傳統(tǒng)食品加工過程的一門學(xué)科[1-2]。通過學(xué)習(xí)食品加工中采用的物理技術(shù)原理及特點、國際發(fā)展前沿、食品工業(yè)中應(yīng)用實例，分析可能存在的潛在問題，學(xué)生可以掌握食品物理加工技術(shù)的基礎(chǔ)知識，了解食品物理加工技術(shù)的發(fā)展動態(tài)[2]。對于本科生，《食品物理加工技術(shù)前沿》課程是一門應(yīng)用性很強的課程，能夠?qū)⒗碚撝R和應(yīng)用技術(shù)很好地連接起來，其內(nèi)容涉及食品化學(xué)、食品生物學(xué)、食品微生物學(xué)及食品物理學(xué)等學(xué)科，是食品和物理的交叉新興學(xué)科。具有食品物理加工技術(shù)背景的學(xué)生，在畢業(yè)后能夠從事更前沿的食品加工工作，或者可以在食品物理加工領(lǐng)域繼續(xù)深造，對于后續(xù)攻讀碩士、博士學(xué)位，從事相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究工作具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，本科生開設(shè)該課程的時間為第6學(xué)期，總課時32學(xué)時，其中理論課28學(xué)時，實驗課4學(xué)時，即兩次實驗課。理論是實踐的指導(dǎo)者，而實踐則是理論的檢驗者。在每次實驗課，選擇一項物理加工技術(shù)進行實踐操作。對于大三本科生，他們從未接觸過食品物理加工技術(shù)設(shè)備且實驗操作技能相對薄弱，在如此短的學(xué)時中，為了讓學(xué)生能把課堂理論知識應(yīng)用于食品物理加工實際操作，增加學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、理解問題及解決問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，則需要實驗指導(dǎo)教師根據(jù)以往的實驗教學(xué)經(jīng)驗進行總結(jié)，就出現(xiàn)的問題進行適度調(diào)整，對實驗內(nèi)容進行科學(xué)的改革，從而使得實驗時間把握得恰到好處，實驗內(nèi)容深入淺出，實驗步驟井然有序，可操作性強。本課程的實驗課已經(jīng)開設(shè)了兩屆，對象為2016級和2017級的食品科學(xué)與工程專業(yè)的本科生。現(xiàn)在就這兩年的實驗課(以超聲輔助蛋白酶解為例)進行一些探討和總結(jié)，以便后期能更好地開展本課程的實驗教學(xué)工作，也希望能為同類院校開設(shè)食品物理加工技術(shù)實驗教學(xué)提供可以借鑒的經(jīng)驗。

1 精選實驗內(nèi)容，合理安排實驗

本課程包括食品超聲波加工技術(shù)、食品超高壓技術(shù)、食品磁場加工技術(shù)、食品紅外加工技術(shù)及脈沖強光加工技術(shù)等。江蘇大學(xué)食品物理加工研究院創(chuàng)建了江蘇省食品智能制造裝備工程實驗室、江蘇省食品智能制造工程技術(shù)研究中心、國家農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)分中心等工程研究平臺，擁有多種食品物理加工設(shè)備，如自主研發(fā)的具有不同工作模式的超聲波設(shè)備20多臺套、紅外加工設(shè)備4臺套、磁場設(shè)備4臺套及亞臨界設(shè)備3臺套，以上設(shè)備為物理加工技術(shù)實驗課的展開提供了諸多選擇。江蘇大學(xué)食品物理加工研究院建成了食品酶解/發(fā)酵/提取柔性制造加工示范線1條，果蔬鮮切加工示范線1條，紅外干法殺青的脫水蔬菜加工示范線1條。

本課程以上述強大硬件設(shè)備為支撐，但只有兩次實驗課的機會，那么選擇什么設(shè)備進行實驗，則是一大難題。實驗課通常安排在學(xué)生進行理論課學(xué)習(xí)之后，一般在后半學(xué)期。之前的實驗課都是教師選擇自己擅長的技術(shù)設(shè)備進行實驗設(shè)計，在進行實驗的時候發(fā)現(xiàn)，有的學(xué)生對該設(shè)備不太感興趣，或者有的學(xué)生在利用超聲波進行實驗后，也想對其他設(shè)備的實驗有所了解。在選擇實驗設(shè)備進行實驗時，實驗教師應(yīng)該以學(xué)生為主導(dǎo)，可以采取投票的形式選擇實驗設(shè)備，然后教師給出實驗大范圍題目，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案。在上述過程中，教師只是起到指導(dǎo)、給出建議及答疑的輔助作用。

教師應(yīng)該對兩個學(xué)時進行精確的時間分割和把握。如利用超聲波輔助玉米黃粉進行酶解的實驗，教師應(yīng)該把時間分為5大塊：利用10 min時間介紹實驗設(shè)備，包括實驗室目前擁有哪些超聲波設(shè)備，超聲波設(shè)備工作的原理，超聲波設(shè)備組成，各部分的功能等；學(xué)生利用10 min時間陳述實驗方案；利用50 min時間進行實驗；利用10 min時間開展小組討論和教師答疑；最后留出10 min時間組織學(xué)生參觀對應(yīng)設(shè)備的生產(chǎn)線，開闊眼界，使學(xué)生在學(xué)校就能真切感受到物理加工技術(shù)在食品生產(chǎn)中舉足輕重的地位。此外，實驗教師可以把學(xué)院研究生利用物理加工設(shè)備進行實驗的過程錄成視頻，對于有興趣想多了解其他設(shè)備實驗的同學(xué)，可以通過視頻的形式，讓學(xué)生在課后觀看，彌補實驗課課時短的缺點。

2 嚴格要求，規(guī)范實驗過程

規(guī)范的實驗操作、嚴謹?shù)膶嶒炦^程是實驗順利進行、短時間內(nèi)實驗成功的基礎(chǔ)[3]。在前兩年的實驗教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，不規(guī)范操作是阻礙學(xué)生取得良好實驗結(jié)果的主要原因之一。為了使學(xué)生能夠規(guī)范操作、順利完成實驗并得到正確的結(jié)果，應(yīng)采取如下措施。

(1)對于實驗課涉及到的生化實驗操作，教師應(yīng)提前告知學(xué)生，讓其提前預(yù)習(xí)，回顧相關(guān)的實驗操作，為實驗課做好充分準備。實驗前，教師應(yīng)該講解實驗用品的使用規(guī)范、安全使用說明，讓學(xué)生明確每一步操作所涉及的安全注意事項。

(2)對學(xué)生進行分組，每組學(xué)生不超過5人，每組選定一個組長，確保每個學(xué)生都能動手操作食品物理加工設(shè)備。實驗室裝備有數(shù)臺不同工作模式的超聲設(shè)備，學(xué)生可以每一小組操作一臺，充分鍛煉其動手能力。教師可以對操作不規(guī)范的學(xué)生及時給予糾正，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，確保每位學(xué)生得到教師的指導(dǎo)。

(3)每次實驗課學(xué)生都有專用的實驗記錄本，用于記錄實驗數(shù)據(jù)和實驗過程遇到的問題。實驗結(jié)束后，教師檢查無誤，簽名登記后才可以離開。

(4)實驗結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)該對所使用的實驗設(shè)備進行清洗和維護，認真打掃實驗室衛(wèi)生，回歸原樣。

3 傳統(tǒng)實驗教學(xué)與其他實驗教學(xué)模式相結(jié)合

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)往往都是教師先設(shè)計好實驗內(nèi)容，準備好實驗原料、試劑，學(xué)生只需要跟著教師的步伐走，按照實驗步驟機械操作，僅僅是為了完成實驗而做實驗[4]。在整個實驗過程中，學(xué)生很少會主動思考問題，甚至一遇到問題就問教師。

針對這種現(xiàn)象，引入了一種新的教學(xué)模式——以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)(problem-based learning，PBL)[5]。這種教學(xué)模式注重的是以學(xué)生為主體，從問題入手，讓學(xué)生主動積極地參與實驗方案的設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的興趣和探索的熱情，讓實驗教學(xué)從被動轉(zhuǎn)化到主動，從而提高教學(xué)質(zhì)量。目前，美國、新加坡等國家的藥學(xué)院、生物技術(shù)學(xué)院等都啟用了這種PBL教學(xué)模式[6]。

超聲波物理加工實驗，教師可以拋出問題，如玉米黃粉的傳統(tǒng)酶解蛋白轉(zhuǎn)化率低，如何利用超聲波提高玉米黃粉的蛋白轉(zhuǎn)化率[7]。針對這個問題，在查閱玉米黃粉的相關(guān)資料后，學(xué)生基本了解如下知識點：玉米黃粉的蛋白含量，酶解的原理，酶解常用的酶，酶解條件，玉米黃粉蛋白轉(zhuǎn)化率不高的原因，超聲波應(yīng)該施加在酶解的哪個階段，超聲波的條件又如何設(shè)置等。然后學(xué)生分組，派出代表與教師進行討論，設(shè)計出可行的實驗方案，開展實驗、進行數(shù)據(jù)分析及撰寫實驗報告，同時嘗試分析實驗成功或失敗的原因。針對實驗過程中出現(xiàn)的問題，教師應(yīng)該及時予以討論和總結(jié)，并提示實驗的重點和難點，詳細解答學(xué)生提出的各類問題。學(xué)生經(jīng)歷了實驗方案的設(shè)定，樣品的準備，儀器的操作及數(shù)據(jù)的分析，整個實驗以學(xué)生為主，教師為輔。這樣的安排，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動思考問題，設(shè)計方案，團隊合作，小組討論，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和團隊合作能力。通過上述過程，逐步把傳統(tǒng)的、被動式進行實驗的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詥栴}為基礎(chǔ)的，讓學(xué)生主動參與實驗方案設(shè)計的PBL教學(xué)模式。

4 完善成績評定機制，考查綜合能力

大部分的實驗考核主要是實驗操作和實驗報告成績各占一定比例，這種考核機制反映的還是學(xué)生被動接受知識。只要把實驗做完了，把實驗報告寫得漂漂亮亮的，學(xué)生就可以獲得理想的分數(shù)[8]。教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生疲于應(yīng)付，甚至涉及實驗數(shù)據(jù)造假，或者抄襲其他同學(xué)的實驗報告。這種考核制度不利于調(diào)動學(xué)生的實驗積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

考核學(xué)生的實驗成績應(yīng)該采用多元化的考核方式，包括實驗方案的設(shè)計(20%)、上課的出勤(10%)、實驗課上講解和提問(20%)、實驗操作(20%)、實驗報告(30%)。每一項都要有嚴格的評分標準。如對實驗報告的評分做出詳細的要求如下：實驗?zāi)康?10%)，實驗原理(10%)，實驗儀器和藥品(10%)，實驗步驟(10%)，數(shù)據(jù)處理(10%)，計算詳細過程(10%)，實驗注意事項(10%)，實驗反思(30%)。實驗報告的規(guī)范完成有助于學(xué)生梳理實驗內(nèi)容，有助于進一步加深學(xué)生對理論知識的理解[9]。針對在實驗中出現(xiàn)的各種問題，引導(dǎo)學(xué)生分析其發(fā)生原因，特別是分析、討論實驗結(jié)果與理想結(jié)果不一致的各種原因，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析實驗問題、解決實驗問題的能力[10]。

5 結(jié)束語

食品物理加工技術(shù)實驗是一門新崛起的、理論與實踐密切結(jié)合的課程，對“食品”和“物理”創(chuàng)新復(fù)合型高層次人才的培養(yǎng)發(fā)揮著重要的作用。在新工科教育背景下，通過實驗教學(xué)模式改革等手段來培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新能力及科研素養(yǎng)以滿足經(jīng)濟與社會發(fā)展的需要已經(jīng)成為工科專業(yè)教學(xué)要求的重要目標[11]。筆者對實驗課教學(xué)模式的一些摸索和總結(jié)，希望為新工科教育背景下實驗教學(xué)的改進起到借鑒作用。未來物理加工技術(shù)實驗課的不斷進步可以加強學(xué)生的動手能力，訓(xùn)練學(xué)生儀器操作技能，強化學(xué)生獨立思考及創(chuàng)新性思維方式，構(gòu)建完整的知識體系，為學(xué)生未來的工作和科研夯實基礎(chǔ)。