陳學(xué)紅

摘要：食品添加劑實驗教學(xué)是為了開拓學(xué)生智能，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的實驗素養(yǎng)，提高學(xué)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(xué)方案的制定與實施、實驗方法的設(shè)計和實驗的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：食品添加劑；開放實驗；設(shè)計

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

實驗室是進行實驗教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要場所，也是開展科學(xué)研究的重要基地[1]。開放實驗教學(xué)是針對傳統(tǒng)的封閉式實驗教學(xué)的改革，讓學(xué)生成為實驗的主體[2-3]。開放實驗中，學(xué)生通過查閱相關(guān)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(xué)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(xué)與工程學(xué)院重要的專業(yè)課程之一，具有很強的實踐性。為了提高學(xué)生運用理論知識解決實際問題的能力，為了培養(yǎng)學(xué)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(xué)生的開放性實驗，為提高學(xué)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(xué)生自主設(shè)計開放實驗方案

首先，指導(dǎo)教師召集學(xué)生給出開放實驗項目題目，并簡要講解實驗設(shè)計的基本原理。學(xué)生自主查閱與題目相關(guān)的文獻(xiàn)資料，并依此制定出實驗方案；待學(xué)生提交實驗方案后，指導(dǎo)教師與學(xué)生一起對設(shè)計方案進行討論，指導(dǎo)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(xué)生可根據(jù)自身的專業(yè)知識背景及對相關(guān)文獻(xiàn)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(xiàn)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(xué)到的增稠劑的性質(zhì)，查閱文獻(xiàn)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(xué)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(dāng)學(xué)生提交初步方案后，指導(dǎo)教師與學(xué)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(xué)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(shè)計制定過程中，學(xué)生經(jīng)歷了資料收集整理、信息分析、制作和調(diào)試等整個過程，培養(yǎng)了學(xué)生的信息檢索能力、思維能力和操作能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

二、學(xué)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(xué)生為主體，學(xué)生學(xué)習(xí)與教師講授、輔導(dǎo)相結(jié)合的模式。教師只在相關(guān)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(xué)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(xué)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(dǎo)教師可在這兩個關(guān)鍵點給予學(xué)生較為細(xì)致詳要的指導(dǎo)，包括儀器設(shè)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(xué)生可根據(jù)所查文獻(xiàn)及自身的知識背景，選擇適宜的富含果膠物質(zhì)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(zhì)量好、純度高。因此，在學(xué)生的開放實驗中可采用酸法提取果膠，并結(jié)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(dǎo)學(xué)生采用響應(yīng)曲面法對果膠的提取條件進行優(yōu)化，由于學(xué)生對響應(yīng)曲面法不太了解，指導(dǎo)教師對于該軟件的應(yīng)用給予學(xué)生指導(dǎo)，學(xué)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(xué)生經(jīng)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(yīng)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(xué)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(nèi)容中，所用到的實驗儀器主要有粘度計和質(zhì)構(gòu)儀。食品科學(xué)與工程學(xué)院實驗室有毛細(xì)管粘度計和旋轉(zhuǎn)粘度計兩種粘度計，教師講解了粘度計的使用方法后，學(xué)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?qū)崿F(xiàn)離子連接以及氫鍵的共同作用的結(jié)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(jié)合后才能形成凝膠。所以，學(xué)生需在確定所提果膠酯化度的基礎(chǔ)上，自行設(shè)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(zhì)構(gòu)儀進行測定，質(zhì)構(gòu)儀的操作使用學(xué)生不熟悉，關(guān)鍵在于條件的設(shè)定。這時候教師需要耐心講解選擇質(zhì)構(gòu)儀條件的原則，并簡單演示整個操作過程，讓學(xué)生先有直接的感性認(rèn)識，再運用到實驗中。學(xué)生進行實驗后，質(zhì)構(gòu)儀條件的選擇即能完善進行。從中，可以提高學(xué)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(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度[7-10]。

三、學(xué)生開放實驗結(jié)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(jié)實踐經(jīng)驗，學(xué)生需撰寫上交一篇實驗小論文，內(nèi)容包括實驗中的操作步驟、結(jié)果及對實驗結(jié)果的分析和討論。對于寫得比較好的論文，指導(dǎo)老師可給予指導(dǎo)并推薦到有關(guān)刊物發(fā)表。通過這樣一個整理總結(jié)的過程，學(xué)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(xué)的效果

“植物果膠的提取及其特性的研究”的開放實驗教學(xué)，歷時5周，其中2周用來讓學(xué)生查閱相關(guān)資料并設(shè)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(xué)實踐表明，該實驗項目很適合本科食品添加劑實驗課程。學(xué)生由以往被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動參與。整個實驗方案全部由學(xué)生自己設(shè)計，自己實施。并且在實施實驗方案的過程中，會遇到各種預(yù)料不到的問題，學(xué)生需自己動腦分析去解決，因此很大程度地提高了學(xué)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(shè)備、方法均涉及到多個學(xué)科層面，強化了學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力和實驗技能，使學(xué)生進一步掌握從事科學(xué)研究工作的方法和實驗技能。

五、結(jié)束語

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

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