食品物理加工技术专业课实验教学与探讨

梁秋芳，任晓锋，2，马海乐，2

(1.江苏大学食品与生物工程学院，江苏 镇江212013；2.江苏大学食品物理加工研究院，江苏 镇江212013)

0 引言

《食品物理加工技术前沿》是江苏大学食品与生物工程学院为食品与工程专业的本科、硕士及博士开设的专业选修课，是利用现代声学、光学、电学、磁学和力学等物理学新技术研究改进传统食品加工过程的一门学科[1-2]。通过学习食品加工中采用的物理技术原理及特点、国际发展前沿、食品工业中应用实例，分析可能存在的潜在问题，学生可以掌握食品物理加工技术的基础知识，了解食品物理加工技术的发展动态[2]。对于本科生，《食品物理加工技术前沿》课程是一门应用性很强的课程，能够将理论知识和应用技术很好地连接起来，其内容涉及食品化学、食品生物学、食品微生物学及食品物理学等学科，是食品和物理的交叉新兴学科。具有食品物理加工技术背景的学生，在毕业后能够从事更前沿的食品加工工作，或者可以在食品物理加工领域继续深造，对于后续攻读硕士、博士学位，从事相关领域的科学研究工作具有重要的指导意义。

目前，本科生开设该课程的时间为第6学期，总课时32学时，其中理论课28学时，实验课4学时，即两次实验课。理论是实践的指导者，而实践则是理论的检验者。在每次实验课，选择一项物理加工技术进行实践操作。对于大三本科生，他们从未接触过食品物理加工技术设备且实验操作技能相对薄弱，在如此短的学时中，为了让学生能把课堂理论知识应用于食品物理加工实际操作，增加学生的兴趣，培养学生分析问题、理解问题及解决问题的能力，提高学生的创新能力，则需要实验指导教师根据以往的实验教学经验进行总结，就出现的问题进行适度调整，对实验内容进行科学的改革，从而使得实验时间把握得恰到好处，实验内容深入浅出，实验步骤井然有序，可操作性强。本课程的实验课已经开设了两届，对象为2016级和2017级的食品科学与工程专业的本科生。现在就这两年的实验课(以超声辅助蛋白酶解为例)进行一些探讨和总结，以便后期能更好地开展本课程的实验教学工作，也希望能为同类院校开设食品物理加工技术实验教学提供可以借鉴的经验。

1 精选实验内容，合理安排实验

本课程包括食品超声波加工技术、食品超高压技术、食品磁场加工技术、食品红外加工技术及脉冲强光加工技术等。江苏大学食品物理加工研究院创建了江苏省食品智能制造装备工程实验室、江苏省食品智能制造工程技术研究中心、国家农产品加工技术研发分中心等工程研究平台，拥有多种食品物理加工设备，如自主研发的具有不同工作模式的超声波设备20多台套、红外加工设备4台套、磁场设备4台套及亚临界设备3台套，以上设备为物理加工技术实验课的展开提供了诸多选择。江苏大学食品物理加工研究院建成了食品酶解/发酵/提取柔性制造加工示范线1条，果蔬鲜切加工示范线1条，红外干法杀青的脱水蔬菜加工示范线1条。

本课程以上述强大硬件设备为支撑，但只有两次实验课的机会，那么选择什么设备进行实验，则是一大难题。实验课通常安排在学生进行理论课学习之后，一般在后半学期。之前的实验课都是教师选择自己擅长的技术设备进行实验设计，在进行实验的时候发现，有的学生对该设备不太感兴趣，或者有的学生在利用超声波进行实验后，也想对其他设备的实验有所了解。在选择实验设备进行实验时，实验教师应该以学生为主导，可以采取投票的形式选择实验设备，然后教师给出实验大范围题目，引导学生自主设计实验方案。在上述过程中，教师只是起到指导、给出建议及答疑的辅助作用。

教师应该对两个学时进行精确的时间分割和把握。如利用超声波辅助玉米黄粉进行酶解的实验，教师应该把时间分为5大块：利用10 min时间介绍实验设备，包括实验室目前拥有哪些超声波设备，超声波设备工作的原理，超声波设备组成，各部分的功能等；学生利用10 min时间陈述实验方案；利用50 min时间进行实验；利用10 min时间开展小组讨论和教师答疑；最后留出10 min时间组织学生参观对应设备的生产线，开阔眼界，使学生在学校就能真切感受到物理加工技术在食品生产中举足轻重的地位。此外，实验教师可以把学院研究生利用物理加工设备进行实验的过程录成视频，对于有兴趣想多了解其他设备实验的同学，可以通过视频的形式，让学生在课后观看，弥补实验课课时短的缺点。

2 严格要求，规范实验过程

规范的实验操作、严谨的实验过程是实验顺利进行、短时间内实验成功的基础[3]。在前两年的实验教学中发现，不规范操作是阻碍学生取得良好实验结果的主要原因之一。为了使学生能够规范操作、顺利完成实验并得到正确的结果，应采取如下措施。

(1)对于实验课涉及到的生化实验操作，教师应提前告知学生，让其提前预习，回顾相关的实验操作，为实验课做好充分准备。实验前，教师应该讲解实验用品的使用规范、安全使用说明，让学生明确每一步操作所涉及的安全注意事项。

(2)对学生进行分组，每组学生不超过5人，每组选定一个组长，确保每个学生都能动手操作食品物理加工设备。实验室装备有数台不同工作模式的超声设备，学生可以每一小组操作一台，充分锻炼其动手能力。教师可以对操作不规范的学生及时给予纠正，帮助学生养成良好的操作习惯，确保每位学生得到教师的指导。

(3)每次实验课学生都有专用的实验记录本，用于记录实验数据和实验过程遇到的问题。实验结束后，教师检查无误，签名登记后才可以离开。

(4)实验结束后，学生应该对所使用的实验设备进行清洗和维护，认真打扫实验室卫生，回归原样。

3 传统实验教学与其他实验教学模式相结合

传统的实验教学往往都是教师先设计好实验内容，准备好实验原料、试剂，学生只需要跟着教师的步伐走，按照实验步骤机械操作，仅仅是为了完成实验而做实验[4]。在整个实验过程中，学生很少会主动思考问题，甚至一遇到问题就问教师。

针对这种现象，引入了一种新的教学模式——以问题为基础的学习(problem-based learning，PBL)[5]。这种教学模式注重的是以学生为主体，从问题入手，让学生主动积极地参与实验方案的设计，激发学生的兴趣和探索的热情，让实验教学从被动转化到主动，从而提高教学质量。目前，美国、新加坡等国家的药学院、生物技术学院等都启用了这种PBL教学模式[6]。

超声波物理加工实验，教师可以抛出问题，如玉米黄粉的传统酶解蛋白转化率低，如何利用超声波提高玉米黄粉的蛋白转化率[7]。针对这个问题，在查阅玉米黄粉的相关资料后，学生基本了解如下知识点：玉米黄粉的蛋白含量，酶解的原理，酶解常用的酶，酶解条件，玉米黄粉蛋白转化率不高的原因，超声波应该施加在酶解的哪个阶段，超声波的条件又如何设置等。然后学生分组，派出代表与教师进行讨论，设计出可行的实验方案，开展实验、进行数据分析及撰写实验报告，同时尝试分析实验成功或失败的原因。针对实验过程中出现的问题，教师应该及时予以讨论和总结，并提示实验的重点和难点，详细解答学生提出的各类问题。学生经历了实验方案的设定，样品的准备，仪器的操作及数据的分析，整个实验以学生为主，教师为辅。这样的安排，提高了学生学习的积极性，引导学生主动思考问题，设计方案，团队合作，小组讨论，培养学生的创新性和团队合作能力。通过上述过程，逐步把传统的、被动式进行实验的教学模式转变为以问题为基础的，让学生主动参与实验方案设计的PBL教学模式。

4 完善成绩评定机制，考查综合能力

大部分的实验考核主要是实验操作和实验报告成绩各占一定比例，这种考核机制反映的还是学生被动接受知识。只要把实验做完了，把实验报告写得漂漂亮亮的，学生就可以获得理想的分数[8]。教学过程中，发现有的学生疲于应付，甚至涉及实验数据造假，或者抄袭其他同学的实验报告。这种考核制度不利于调动学生的实验积极性，不利于培养学生分析问题、解决问题的能力。

考核学生的实验成绩应该采用多元化的考核方式，包括实验方案的设计(20%)、上课的出勤(10%)、实验课上讲解和提问(20%)、实验操作(20%)、实验报告(30%)。每一项都要有严格的评分标准。如对实验报告的评分做出详细的要求如下：实验目的(10%)，实验原理(10%)，实验仪器和药品(10%)，实验步骤(10%)，数据处理(10%)，计算详细过程(10%)，实验注意事项(10%)，实验反思(30%)。实验报告的规范完成有助于学生梳理实验内容，有助于进一步加深学生对理论知识的理解[9]。针对在实验中出现的各种问题，引导学生分析其发生原因，特别是分析、讨论实验结果与理想结果不一致的各种原因，有助于培养学生分析实验问题、解决实验问题的能力[10]。

5 结束语

食品物理加工技术实验是一门新崛起的、理论与实践密切结合的课程，对“食品”和“物理”创新复合型高层次人才的培养发挥着重要的作用。在新工科教育背景下，通过实验教学模式改革等手段来培养和提升学生的创新能力及科研素养以满足经济与社会发展的需要已经成为工科专业教学要求的重要目标[11]。笔者对实验课教学模式的一些摸索和总结，希望为新工科教育背景下实验教学的改进起到借鉴作用。未来物理加工技术实验课的不断进步可以加强学生的动手能力，训练学生仪器操作技能，强化学生独立思考及创新性思维方式，构建完整的知识体系，为学生未来的工作和科研夯实基础。