支架式教学法在食品化学的应用

【摘要】食品化学是从化学的角度研究食品组成，在生产、加工、贮藏、运输、销售过程中发生的变化和这些变化对食品品质和安全性影响的一门科学。食品化学课程为学生进一步学习食品加工与保藏的理论和技术提供支持，在食品专业的课程设置中起着承上启下的作用；实践教学为学生更好地理解理论知识，做到理论联系实践提供了重要支持，是课程中的一个重要环节。本文介绍“支架式教学法”在食品化学实验教学中的应用，通过构建支架、创设情景、引导学生由浅入深自主完成相关实验学习，不仅让学生掌握知识还能培养学生自主学习的意识，提升灵活运用知识解决实践问题的能力。

【关键词】食品化学；实验教学；支架式教学法；探索；解决

1前言

食品化学是从化学的角度在分子水平上研究食品的组成、结构、理化性质、营养和安全性以及它们在生产、加工、贮藏、运输、销售过程中发生的变化和这些变化对食品品质和安全性影响的科学。食品化学课程是食品科学与工程和食品质量与安全专业的专业基础课程，其综合性强，与化学、植物学、动物学、预防医学、食品营养与卫生、环境化学和分子生物学等学科有着密切而广泛的联系。食品化学既为学生进一步学习食品加工与保藏的理论和技术提供支持，同时也为学生今后从事食品加工、保藏和相关领域的研究和产品开发打下一个较宽广的理论基础，其在食品专业学习中起着承上启下的作用[1,2]。为了更好地实现教学目标，该课程同时开设了实践教学环节，包括验证性实验、设计性实验和综合性实验。本着以学生为中心、教学为主导的理念，我们在实践教学过程中引进了支架式教学法，通过构建支架、创设情境、激励学生通过独立探索和协作学习，层层深入地掌握相关的实验技能和理论知识，并应用所学知识从事后期专业的学习、科学研究和新产品开发。

2支架式教学法

关于支架式教学的理论，研究者们认为其来源于维果茨基的社会建构主义理论和最近发展区（ZPD）概念。根据欧共体“远距离教育与训练项目”（DGXIII），支架式教学被定义为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架，这种框架中的概念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的。支架式教学法主要包括搭建支架、创设情景、独立探索、协作学习和效果评价这5个环节。在搭建支架前，要准确地判断学生的“最近发展区”，它是支架式教学法运用过程中关键一环。“最近发展区”是指实际的发展水平与潜在的发展水平之间的差距。教师根据这一差距为学生搭建学习支架，为学生达到潜在的发展水平提供帮助；在教学过程中，随着学生知识水平和能力的发展，最近发展区也在不断的变化，相应地教师提供的支架也要不断地更换，从而促进学生不断的发展。教师作为引导者，根据学生的情况提供适当的帮助，而学生则在学习中和教师在教学过程中不断地学习交流，分享资源与收获，从而实现知识的内构和技能的提升[3]。

3传统实验教学中存在的问题

传统实验教学中，教师和学生处于相对割裂的状态，主要表现为：（1）教师直接将实验原理、实验过程及实验中注意事项等灌输给学生，学生只是被动地接受。（2）学生根据老师所讲内容，按步骤完成实验工作，课后根据实验现象和结果撰写实验报告，并按规定时间将实验报告交于教师批改。（3）实验报告质量参差不齐。部分同学会根据实验现象和结果进行系统地分析与讨论，而相当多的同学只是简单的记录数据，根据公式计算结果，对于结果的正确与否并没有进行分析、总结；实验结果偏差大的没有分析实验过程的哪一步操作造成的[4]。这种传统的教学模式下，一定程度上培训了学生的实验技能，加深了对基础知识的理解和掌握，但学生学习兴趣不高，有的同学动手参与度不高，还有的学生为应付学习任务，课后的实验报告是抄袭同学的。传统的教学模式没有充分发挥学生的主观能动性，学生的创新能力没有得到提高，学生的分析问题、解决问题的能力得不到足够的锻炼。针对上述问题，我们在实验教学中引入支架式教学法，由浅到深的引导学生在实验中能够自己主动积极学习，发现问题及解决问题，充分体会到自主学习的乐趣，从而进一步激发学生自主学习的潜能[5]。

4支架式教学法在食品化学实验教学中的应用

近几年，我们食品化学课程组主要从教学内容、教学方法和教学手段方面进行多种尝试。在实验教学上，我们主要从教学内容的重构和教学方法的改革两方面开展教学改革。我们把支架式教学法运用在实验教学中，根据最近发展区的理论，不仅在验证性实验项目的基础上，增加了在综合性和设计性的的实验项目，还根据每个实验的目的对相应实验教学过程进行有机的构建[6]。图1是关于支架式教学法的教学模式。4.1教学内容的重构。在我们食品科学与工程和食品质量与安全两个专业的课程体系中，食品化学的先修课程是无机化学、分析化学和有机化学，这几门基础化学课程的研究对象是相对简单的化合物，而食品化学研究的对象是组成复杂的各类物质的混合物。从这个角度上看，课程目标之一是使学生了解食品材料中主要成分的结构与性质，食品组分之间的相互作用和这些组分在食品生产、加工、贮藏、运输、销售过程中发生的物理变化、化学变化和生物化学变化，并在掌握这些变化的基础上，理解其对食品品质和安全性的影响；而课程另一个目标是在掌握食品化学基础知识的基础上，树立正确的研究方法。因此，我们课程组在原有教材的基础上，重新修订了《食品化学实验双语教程》，教材中编制了水分活度、淀粉胶、蛋白质功能性质、非酶褐变、食品中丙烯酰胺的测定、高效液相色谱法测定饮料中的咖啡因和气质联用法测定食品中的香气成分等23个实验项目，其中涉及水分活度、淀粉糊化、蛋白质功能性质、酶促褐变和非酶褐变等重要理论教学的实验项目设置为必修内容，而其它实验项目作为可选实验，在每期授课中，根据学生的最近发展区的判断，对实验项目进行有机的组合，这样让学生有机会对理念知识开展实验研究的同时，又可以因材施教，帮助学生达到更高的发展水平。4.2支架的构建。合理的支架构建在支架式教学法顺利实施的关键。在食品化学实验教学过程，我们把支架构建分为课程支架和实验项目支架2个层次。关于课程支架，由于食品化学课程是安排在大学的第二学年上，有大部分学生没有太多的分析仪器操作经验，经过对学生专业知识和实验能力的调查和分析，主要可以分为理论知识、常规实验操作技能、几种常用仪器的工作原理与操作技能、大型仪器工作原理与操作技能、统筹安排实验工作的能力、数据分析与讨论能力这6个方面。在确定了课程的支架后，我们再根据具体的实验项目设置更明确的支架，帮助大家更好地开展实验课程的学习。实验项目支架与课程的理论知识密切相关，下面我们将以非酶褐变和高效液相色谱法测定饮料中的咖啡因实验为例，简单介绍支架式教学法的应用。对于非酶褐变实验，我们设置的支架为：（1）非酶褐变的类型和美拉德反应的物质基础；（2）影响美拉德反应的外在因素（温度，时间，酸碱度等）；（3）能简单有效地研究美拉德反应的模拟体系的设置；（4）应用分光光度计测定美拉德反应程度的原理和操作；（5）如何对固态模拟体系和液态模拟体系的实验结果进行分析。在高效液相色谱法测定饮料中的咖啡因实验教学过程所设置的支架是：（1）咖啡因的理化性质；（2）饮料中咖啡因含量的差异；（3）高效液相色谱法分析的原理和操作方法；（4）高效液相色谱图解析及定量分析。4.3情景创设。在进行教学过程中，为了提升学生的学习兴趣，我们在实验教学中根据课程内容创设相应合适的情景。在进行非酶褐变的实验过程中，通过提出问题的方式创设情景，首先提出的问题是：（1）大家在面包店和蛋糕店里，大家能闻到的气味是怎样的？（2）为什么面包和蛋糕烤制后，不仅有诱人的香味，还有金黄的颜色？随着前面2个问题的提出，帮助同学们联想到理论课程中的美拉德反应的物质基础，由此联系到制作面包和蛋糕等焙烤食品的原料中富含羰基的成分与氨基酸，肽类或蛋白质发生了美拉德反应。在此基础之上，接着提出另外2个问题：（1）同是面粉做原料的包子，在蒸煮后，为什么大多是白白的，而且香味和烤面包有这么多的差别？（2）如果你是食品科学家，如何通过简单的实验设计比较这两种加工方式对产品特性的影响？同学们带着问题考虑影响美拉德反应的条件，随之，实验设计中的采用固体模拟体系和液体模拟体系的实验方法就自然地带来同学们面前。根据模拟体系的方法，同学们完成了不同反应温度，反应介质和反应时间的实验过程，采用分光光度计得到液体模型中样品的吸光度值随反应时间的变化趋势为实验提供了充分的数据；同时，固体模型中滤纸片上快速呈现的现象则给学生带来更直观的感性认识。在高效液相色谱法测定饮料中的咖啡因的实验中，我们给学生创设的情景是：（1）我们可以用有机化学实验中测定叶绿素的方法测定可乐、咖啡和茶这三种饮料中的咖啡因可以吗？（2）高效液相色谱法是怎样做到快速分离后检测的？（3）分光光度法，传统色谱法和高液液相色谱法这几种方法相比，各有什么优点和不足？4.4效果评价。关于课程的评价，我们综合了学生自评、实验小组成员的互评和教师对学生的评价三方面进行。同时，还跟踪实验课程的教学效果对学生后续学习的影响，包括食品分析、食品工艺学、食品营养等任课老师的授课反馈；学生在后续参加创新工程和挑战杯等科技项目及在毕业论文等学习中所展现的动手能力与创新能力方面的表现等。经过对4届学生的跟踪分析，可以发现：大部分积极参与教学过程的学生展现出更强的逻辑思维能力和自学能力，可见支架式教学法在激发学生学习的主观能动性和培养学习能力方面有着显著的效果[6]。

5结束语

食品化学实验课程是理论课程的一个重要环节，如何根据创新人才培养的要求讲好这门课程，还有很多值得尝试的方面。支架式教学法被认为是能够更好地因材施教，不断提高学习积极性和自主学习能力的教学方法。我们在采用支架式教学过程中，通过分析不同学生的最近发展区，构建合适的支架，创设学习情景等环节，不仅能够真正做到以学生为中心，根据学生的实际情况开展教学活动，培养学生分析问题和解决问题的逻辑思维能力，还能有效地激发学生的学习兴趣，帮助学生树立自主学习的意识，培养学生的创新思维，为学生面向未来多元的社会奠定基础。

参考文献

[1]阚建全.食品化学[M].北京:中国农业大学出版社,2008.

[2]李红,史苗苗,申瑞玲,等.《食品化学》双语教学示范课程建设与改革初探[J].轻工科技,2019,35(6):157-158.

[3]何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J].北京师范大学学报,1997,143(5):74-81.

[4]李春美,罗学林.对食品化学与分析实验改革的几点思考[J].华中农业大学学报,2002,45(3):96-98.

[5]郭磊,阚欢,和润喜,等.食品化学实验教学现状及改革探索[J].广西轻工业,2011,155(10):134-135.

[6]田安安.支架式教学模式在大学英语课堂中的应用[J].现代交际,2019(16):7-8.

作者:邱瑞霞 黄才欢 郑洁 张广文 单位:暨南大学食品科学与工程实验中心