食品機械與設備課程混合式教學的設計與實施
——以超高溫瞬時滅菌設備為例

李 寧

安徽師范大學生命科學學院 安徽蕪湖 241000

1 概述

食品機械與設備是食品科學與工程專業的核心課程,課程內容涉及食品加工中的一些通用機械,包括輸送機械與設備、清洗機械與設備、干燥機械與設備、殺菌機械與設備、包裝機械與設備等[1]。學生通過掌握這些機械設備的結構組成、工作原理、性能參數,熟悉加工設備并達到設備選型、性能改進、生產線設計的目的,對培養學生在工程素質方面的能力具有十分重要的作用,為其畢業走向工作崗位從事相關生產研究打下基礎。但是由于食品加工設備種類繁多,結構復雜,工作原理抽象難懂,學生又很少有機會親臨生產線,接觸食品機械,因此對這些設備缺乏感性認識[2]。而傳統的教學模式中,教師只是灌輸性地通過語言或者圖片單薄地去傳授知識,很難讓學生從抽象的設備結構和枯燥的原理學習中產生對這門課程的興趣,不具活力。

隨著教育信息技術的飛速發展,線上線下混合式教學因其融合了在線教育和傳統課堂教學的雙重優勢而得到廣泛應用[3]。該教學模式通過線上線下教學的有效融合,構建“隨時隨地可學”的自主學習場景,變革了傳統課堂中教師“一言堂”的教學方式,改變了學生被動學習的學習狀態,營造了輕松愉悅的學習氛圍。因此,將此教學模式應用在食品機械與設備課程的教學中,以混合式教學平臺為抓手,分解課程任務,化解課程重難點,激發學生學習動力,最終實現提高課堂教學效率,達成人才培養的目標。

2 “食品機械與設備”混合式教學設計

2.1 課前

教師根據教學大綱構建教學內容,科學規劃教學目標,分析教學內容、教學方法、教學過程設計、教學評價和教學反思等內容,完成本次課混合式教學設計,創設有效的教學程序[4]。

教師在學習通上傳課程資源,布置預習任務,按照預習要求,學生查看課件、微視頻、圖片、文獻等教學資源,自主學習相關內容后完成測試或討論,教師可根據平臺學生預習情況分析共性問題,并重新調整課堂教學策略。

2.2 課中

課堂教學包括情境引入、概念解析、重難點講解、案例討論、歸納總結等教學環節,由于本課程涉及很多晦澀難懂的機械設備構造和原理,教師可靈活運用多種教學方法,同時輔助教學工具的交互作用等方式激發學生學習興趣。

例如,教師可精心選擇或設計一段視頻、一個案例、一個事件、一個提問、一個故事等吸引學生注意,在講解干燥設備時,可以以紅棗干和奶粉生產工藝引入,探討兩種工藝的區別,引出熱風干燥和噴霧干燥兩種不同的干燥方式以及干燥設備;在介紹包裝機械與設備時,可以通過觀看可樂的歷史,了解可樂包裝瓶的發展過程,對教材中的包裝材料:玻璃瓶、金屬罐、塑料瓶有更直觀的認識;介紹濃縮設備時,結合教師參與濃縮蘋果汁中試生產的經歷,放映相關視頻圖片,增加學生對設備的感性認識,豐富學習體驗。

再是以活動為載體,充分利用互動來提高學生的積極性和參與度,教師可由學習通下發教學任務,比如搶答、主題討論、投票、測驗等活動,學生以小組或者個人為單位,實施任務,并且通過手機及時反饋答案。通過學生任務的實施,教師檢測學生學習效果,了解學生學習行為再做重點指導,確保學生的關注度和學習的有效性。

2.3 課后

教師整理課堂內容,并根據課堂學習情況發布課后拓展作業,學生在學習通里完成課后作業并梳理知識點,可分享自己的觀點或提出疑問,和同學老師共同探索解惑。教師進行教學反思,在后續教學中持續改進和優化教學設計,不斷提升教學效果。

3 混合式教學在“超高溫瞬時滅菌設備”中的實施

3.1 教學內容分析

本課程選用的是普通高等教育“十三五”規劃教材,《食品機械與設備》第二版,由科學出版社出版,主編是馬榮朝、楊曉清。本文以教材中第九章《食品殺菌設備》第三節《超高溫瞬時滅菌設備》為例。

為保障食品食用的安全,殺菌是食品加工中不可缺少的一個加工手段[5]。超高溫瞬時滅菌廣泛應用于乳品、果汁等液體食品的殺菌中,相對于巴氏滅菌,產品無須冷藏,保質期長,更能滿足消費者對食品營養安全又方便的要求,而深受廣大消費者認可和喜愛[6]。

通過對前言和包裝食品的殺菌設備的學習,學生已經基本了解殺菌的目的、殺菌方法、殺菌設備的分類。在前面課程學習的基礎上,以超市中常見到的巴殺奶和超高溫滅菌奶為例進行教學設計,完成從超高溫瞬時滅菌定義、設備分類、裝置組成的完整教學過程。

3.2 教學方法

基于問題教學法是以學生為中心,圍繞實際問題創設教學情境的教育方法[7]。為吸引學生注意,教師可在課程中精心設計一些實例性、啟發性的問題,將枯燥的學習內容設置成有梯度、有層次的問題鏈[8],同時輔助提問搶答討論投票等課堂互動方式調動學生積極性,師生在高效的互動中通過問題的一一解決而推進教學過程,最終促進學生專業知識和行為能力的雙重發展。

本次教學從產品出發,到技術的學習,再到設備的分解,通過問題的推動逐一攻克教學重難點。

3.3 教學目標

通過區分超高溫滅菌乳與巴氏殺菌乳的特性,探究不同的殺菌方式優缺點,培養學生養成全面思考問題的能力;通過理解掌握超高溫瞬時滅菌的技術,培養學生分析問題、解決問題的能力;通過遴選超高溫瞬時滅菌設備的類型,掌握直接間接加熱式超高溫瞬時滅菌設備的組成和工藝加工流程,初步具備設備選型和生產線設計的能力。

3.4 設計思路

以理論知識為出發點,充分利用網絡課程平臺和手機APP、設備相關圖片、微課視頻、動畫、虛擬仿真等教學資源和信息化手段,使線上和線下進行有效的結合,開展“課前導預習、課上導學習、課后導拓展”的教學活動,如圖1所示。

圖1 “超高溫瞬時滅菌設備”混合式教學流程

3.5 教學過程

3.5.1 課前預習

(1)在網絡教學平臺中上傳預習資源(PPT、微視頻、動畫、小測驗),并發布預習任務,去超市調查牛奶的種類有哪些。

(2)學生查看預習任務、自主學習,完成測驗和超市調查,并在學習通上提交作業。

(3)教師通過平臺數據反饋,分析學生預習完成情況。

3.5.2 課中導學

3.5.2.1 預習反饋有目的

對預習測驗情況進行反饋,明確測驗情況,更有目的地進行本次學習,加深學生對本次課的認知。

3.5.2.2 情景導入引思考

根據學生超市的調查,討論牛奶的種類,以超市中常見到的巴氏殺菌奶和超高溫滅菌奶為例,提出殺菌方式的不同得到的牛奶的兩種類型。教師提出問題:兩種牛奶有何不同?并在學習通發布主題討論,探討兩種牛奶的區別,提出問題一:超高溫瞬時滅菌和巴氏殺菌的區別是什么?通過學生回答引導學生關注在儲存方式和保質期占有優勢的超高溫滅菌乳,最終引出本次課的學習內容:超高溫瞬時滅菌。

設計意圖:聯系生活實際,激發學生熱烈討論,關注不同的殺菌方式,并引入“超高溫瞬時滅菌”概念。

3.5.2.3 概念解析知技術

教師展示PPT,超高溫瞬時滅菌概念:加熱溫度為135～145℃,加熱時間為2～8s,加熱后產品達到商業無菌要求的殺菌過程稱為超高溫瞬時滅菌。由概念引出“溫度”“時間”兩個關鍵詞的討論。組織學生小組探討:問題二:如何實現高的殺菌溫度和短的加熱時間?學生帶著問題查閱課本資料,教師引導學生從加熱介質和接觸面積角度分析,師生總結得出溫度足夠高的加熱介質和充分的熱接觸面積可以實現高溫和短時,以此從技術自然過渡到設備。

設計意圖:通過關鍵詞的導入思索分析,加深對概念的理解。通過問題的進一步討論,為后續設備講解做鋪墊,培養學生自我學習和分析問題的能力。

3.5.2.4 任務分解懂設備

圍繞設備繼續拋出問題,根據加熱介質和物料是否直接接觸,將超高溫瞬時滅菌設備分為直接加熱式和間接加熱式。教師提出問題三:什么是直接加熱式?什么是間接加熱式?學習通發布搶答,隨后展示直接間接加熱式超高溫滅菌設備圖片進一步加深學生印象。

教師介紹直接加熱式超高溫滅菌設備,通過超高溫滅菌概念回顧,提出問題四:直接加熱式滅菌裝置的關鍵設備是什么?引導學生思考加熱介質(熱蒸汽)和物料接觸實現熱交換的場所,得出關鍵設備1:蒸汽加熱器,在直接熱接觸的過程中學生自然產生“蒸汽進入牛奶中變成冷凝水使牛奶變稀”的疑惑,教師趁機提出問題五:如何去除蒸汽冷凝得到的冷凝水,引導學生探索關鍵設備2:閃蒸罐,閃蒸罐的作用是什么?通過學習通發布問題六,學生不難得出“去除冷凝水和降溫”的答案。隨后學生思維發散,再思考閃蒸的其他應用,作為課后的拓展學習。將設備回歸到殺菌裝置中,教師展示殺菌設備工藝流程圖,通過殺菌流程進一步熟悉殺菌設備的原理和功能。

設計意圖:設備的學習是重點難點,需要學生高度關注。以邏輯清晰、相互鋪墊的問題鏈搭建知識框架,深入思考超高溫瞬時滅菌的設備組成和工作過程。師生共同參與,相互探討,培養合作探索的團隊精神。教師可將重點知識通過板書設計幫助學生建立思維聯系,如圖2所示。

圖2 “超高溫瞬時滅菌設備”板書設計

3.5.2.5 知識梳理做小結

總結知識要點,歸納梳理,培養學生歸納總結的能力。最后教師編寫順口溜帶領學生一起回顧課堂知識:超高溫滅菌難不難,溫度時間是關鍵。高溫蒸汽把菌殺,為保品質時間短。牛奶蒸汽一接觸,直接間接很明顯。蒸汽牛奶熱交換,殺菌效果看得見,蒸汽冷凝變成水,還得需要閃蒸罐。超高溫滅菌難不難,仔細學來才知不簡單。

3.5.3 課后拓展

由學習通發布課后作業:介紹直接加熱式超高溫瞬時滅菌的工藝流程,檢驗學生對課堂知識的掌握情況;同時教師發布文獻閱讀任務“山羊奶中使用閃蒸殺菌的工藝控制”,討論閃蒸的其他作用;搜索超高溫滅菌在其他食品中的應用,拓展學生思維,學生利用學習通完成課后作業并上傳。

3.6 學習評價

注重過程性評價,提高過程性評價在最終成績中的所占比例,以學生的預習完成情況、學生與教師的互動情況、平時課程小測的成績、課后作業的完成質量、訪問次數等內容作為過程性評價的指標。課前預習完成度,測試分數以學習通系統計分,課上教師點評超市調查結果并根據牛奶種類調查全面給予不同加分。課堂中設置的問題由教師以難易程度通過不同的形式(搶答、投票、測試、主題討論)發放給學生,搶答根據回答的準確度由教師給分,投票測試直接由學習通統計計分,教師點評課堂討論并給每小組打分。課后作業由教師點評答疑并給分。同時強化正向引導,教師及時反饋獎勵得分以調動學生學習積極性,公開設置評價項目以及各項權重體現評價結果的公平性。

結語

通過以上教學實踐發現,將混合式教學模式應用在枯燥的工科課程的課堂中,學生學習更加主動積極,教學過程更加輕松愉悅,教學效果更加有效突出。混合式教學模式變革了傳統的教學觀念、教學方法和教學結構,同時也對教師和學生提出了更高的要求,在隨后的教學改革研究中,教師仍要持續探索線上線下混合教學的最佳方式,適時合理地使用信息技術手段,不斷提高自身信息技術素養,跟進完善混合式教學設計方案,以學生為中心,最終實現提高學生綜合素養,促進學生全面發展的育人目標。