基于理實一體化教學模式的“制糖工業(yè)分析”與“儀器分析”課程整合

陳 碧，王小明，張春艷

（廣西科技師范學院食品與生化工程學院，廣西來賓 546199）

“制糖工業(yè)分析”是食品科學與工程（制糖）專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課程，其任務是研究制糖工業(yè)生產(chǎn)中含蔗糖較多的物料分析，一般是指原材料（甘蔗、甜菜等）、半制品、成品和副產(chǎn)品的主要成分及含量分析，及其生產(chǎn)工藝流程中工藝參數(shù)的測定。要求學生能夠按照制糖工業(yè)分析工作崗位要求，掌握常見項目分析方法的基本原理和基本操作技能，具備運用現(xiàn)代分析技術對制糖工業(yè)中原材料、半制品、成品和副產(chǎn)品和工藝流程進行全面質量控制能力，準確理解生產(chǎn)進行情況，改進工藝過程和設備降低生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質。現(xiàn)代儀器分析技術具有簡單、快速、無損、環(huán)保、重現(xiàn)性好和專屬性高等特點。為了實現(xiàn)制糖工業(yè)分析的實時分析、在線檢測、過程分析和遙感監(jiān)測，往往需要利用儀器分析技術進行分析，儀器分析技術逐漸成為制糖工業(yè)分析研究領域的主流技術和檢測手段，同時在科研方面，制糖工業(yè)分析也向現(xiàn)代儀器分析方面延伸。

“理實一體化”即“理論教學與實踐教學一體化”的簡稱，是一種理論知識講解和實踐技能訓練并重的教學模式。基于此，將“儀器分析”這一“理”融入到“制糖工業(yè)分析”這一“實”中，整合為一門“理實一體化”課程進行教學，在學習經(jīng)典的制糖工業(yè)分析方法基礎上，通過延續(xù)性和對比性教學方法指導學習現(xiàn)代儀器分析技術分析，提高教學效率、加強知識前沿性和連貫性的學習、提升學生的學習興趣、專業(yè)素養(yǎng)和綜合應用分析實踐能力，使學生能夠更快、更好地進入專業(yè)角色和社會崗位。

1 “制糖工業(yè)分析”課程教學現(xiàn)狀

目前，針對“制糖工業(yè)分析”可選教材版本較少，主要為20世紀80年代由華南工學院合編《制糖工業(yè)分析》和2016年杜國軍主編《現(xiàn)代甜菜制糖工業(yè)分析》2類教材。針對于甘蔗為原材料制糖相應的教材未及時更新，課程內(nèi)容主要闡述的傳統(tǒng)的化學分析方法，多數(shù)分析時間較長、項目單一和試劑消耗量大、不利于快速分析、不便于實時在線檢測、不利于指導工藝流程的改進、不符合現(xiàn)代制糖工業(yè)分析的要求。另外，“制糖工業(yè)分析”課程內(nèi)容除了進行如水分、錘度、糖度、色值和還原糖分等常規(guī)項目的分析外，隨著食糖GB 13104—2014國家標準的實施，增加了污染限量和食品添加劑在食糖中的使用規(guī)定。其中，污染限量的檢測項目類型多，如農(nóng)藥殘留、重金屬殘留和放射性物質等，而經(jīng)典分析方法難以滿足基質復雜和食糖國家標準中眾多檢測項目的需求。

2 “制糖工業(yè)分析”與“儀器分析”課程整合步驟

（1）緒論內(nèi)容融合講授，介紹“制糖工業(yè)分析”的主要研究任務、范圍和特性，同時介紹儀器分析技術先進技術與方法特點及其應用范圍，如旋光法測定不純糖液中蔗糖的含量往往不夠準確，為解決這一問題，不少國家和地區(qū)的研究者采用高效液相色譜法[1-2]、離子色譜法[3]、近紅外光譜法[4-6]測定原材料（甘蔗、甜菜等）、半制品、成品中的糖分，這些方析法分能夠得出真實、準確的蔗糖含量。通過對比、歸類和案例分析方法教學手段，激發(fā)學生求知欲和學習興趣，增強對課程內(nèi)容融入和整合的認同感。

（2）第一部分講授制“糖工業(yè)分析”基本知識，主要包括樣品的采集與處理、檢測項目特性與檢測方法和檢測儀器。重點介紹國際糖品法典標準（CAC） Codex Stan 212及其食糖國家安全標準GB 13104—2014的標準內(nèi)容，其中重點介紹知識點為不同分析項目所采用的樣品采集方法、前處理方式、標準的分析方法和相應分析方法中所運用的現(xiàn)代儀器。

（3）第二部分針對不同分析項目和實例，在講授“制糖工業(yè)分析”常用經(jīng)典分析方法基礎，導入現(xiàn)代儀器分析方法其對應分析項目的應用，以原材料分析、制品檢驗、成品檢驗、水質分析和污水處理為5類主線，引導學生了解各類主線分析項目種類、項目特點，根據(jù)各類主線中不同項目性質結構和分析原理選擇相應的檢測儀器，培養(yǎng)學生綜合已有理論知識和現(xiàn)有儀器條件選擇簡單、快速、無損、環(huán)保檢測方法。

3 “制糖工業(yè)分析”與“儀器分析”課程整合存在的問題及解決方法

3.1 課程安排問題及教學方法的調整

“制糖工業(yè)分析”作為食品科學與工程（制糖）專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課程，在開設該課程之前并未開設“儀器分析”課程，而“儀器分析”課程是一門綜合學科，其儀器分析的方法、原理及應用廣泛且各個領域特點不盡相同，在較短的學時內(nèi)學生難以掌握相關領域的儀器分析的理論知識和操作方法，增加了教與學的難度。針對上述問題，在教學過程中采用以下方法來解決：①研讀食糖國家安全標準GB 13104—2014中檢測項目，并按照分析項目性質特點進行分類并加以總結與歸納，使學生更快和更好地掌握其中的規(guī)律。例如，食糖中陰離子的測定，首先了解需要檢測的陰離子的種類，然后熟悉并詳細介紹每種離子經(jīng)典檢測方法及其經(jīng)典方法的優(yōu)缺點，最后延伸出現(xiàn)代儀器分析離子色譜儀在陰離子檢測的應用，并對比學習方法來學習經(jīng)典方法與現(xiàn)代儀器分析方法各自的特點。②采用“理實一體化”教學模式，倡導“以學生為中心，以教師為主導，教、學、做一體化”。在介紹現(xiàn)代儀器的教學過程中，比如對于陰離子的檢測，要求學生分組課前預習，預習的內(nèi)容包括現(xiàn)代儀器分析中哪類儀器可用于檢測食糖中的陰離子、指導學生查閱國內(nèi)相關文獻和查閱相關資料，在查閱資料和文獻的基礎上要求學生理解并掌握這類儀器的檢測原理、結構和定量分析和定性分析的依據(jù)。上課時，首先學生小組交流文獻查閱情況，形成小組意見；然后，小組之間進行討論和辯論，在這個過程中，教師起主導和引導作用；辯論結束后，教師總結反饋知識點，形成共識后再進行實際操作。實驗項目的選擇要基于工作的需求，即要“實”；實驗的技術要與儀器分析的基本理論有關，即有“理”，做到“理中有實，實中有理”。在教學過程中實行理論教學與實踐教學“雙管齊下”，在實驗操作過程中不斷強化學生操作技能，同時通過理論知識指導正確規(guī)范的實驗操作，從而提高課程理論教學的質量與效率，有利于培養(yǎng)生產(chǎn)一線需要的高素質、創(chuàng)新性技能型人才。③課后注意教學反饋，對理論上課討論情況和實驗操作情況進行總結并書寫成書面材料，根據(jù)學生的反饋意見整理教學內(nèi)容、改進教學方法和完善教學模式，為下次課程教學提供方向和經(jīng)驗。④介紹制糖工業(yè)分析技術的發(fā)展趨勢并滲透前沿學科信息，帶入學生積極主動地關注實時動態(tài)和市場需求。

3.2 理論教學和實驗教學問題及解決方法

在“制糖工業(yè)分析”實驗教學中，分析項目眾多而且每一種項目下又有多種分析方法。例如，還原糖分的測定就有4種測定方法，在實驗教學中由于時間關系不可能將每種實驗方法進行操作，因此如何開設實驗也是一個關鍵性問題。針對上述問題，在教學過程中采用以下方法來解決：選擇經(jīng)典實驗開設，如還原糖的測定開設實驗為經(jīng)典蘭－艾農(nóng)法，此方法基于費林試劑與還原糖發(fā)生氧化還原反應，由于此法的化學反應及顯色機理比較復雜，同時反應終點受空氣中氧氣干擾，另外此實驗操作時間偏長和需要配制試劑種類多且復雜，分析人員必須嚴格控制分析條件才能獲得準確和可靠的測定結果，學生在實驗操作過程容易出現(xiàn)不同的問題，讓學生圍繞實驗出現(xiàn)問題通過查閱資料和相關文獻尋找解決方案，這種“問題教學方法（Problem-Based Learning，PBL）”培養(yǎng)了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，提高學生在教學過程中的參與度，容易激起學生的求知欲和探索欲[8]。解決實驗過程中配制糖液滴定體積的影響，可采用蘭－艾農(nóng)恒容法；解決實驗過程中反應終點顏色判定誤差，從而提高分析結果的準確度，可采用分光光度法；解決實驗過程中試劑配制和多組分不能同時分析的問題，可采用高效液相色譜法[2]和離子色譜法[9]。在介紹各種分析方法過程中采用對比教學方法歸納總結各種方法的優(yōu)缺點。

問題教學方法（PBL） 基本流程見圖1。

圖1 問題教學方法（PBL）基本流程

“制糖工業(yè)分析”課程知識的自身的特殊性，在實際分析工作需要用的儀器種類較多，由于學校經(jīng)濟條件限制部分儀器不能做到每個學生一臺，特別是許多大型現(xiàn)代分析儀器設備。基于此種情況，充分利用在線仿真教學平臺，進行仿真實驗操作與測試。以原子吸收光譜法測定白砂糖中銅含量為例，在課堂教學中采用多媒體課件進行理論教學，在學生掌握原子吸收光譜儀的基本理論基礎上播放約15 min的原子吸收光譜儀的使用視頻，教師講解原子吸收光譜儀的注意事項，學生每人一臺電腦，結合理論教學內(nèi)容和使用視頻進行仿真模擬實驗，學生查看模擬評分并針對評分中薄弱環(huán)節(jié)進行針對性的反復練習，教師對學生模擬操作進行評估并進行提問，仿真實驗各子項目操作合格才能進行原子吸收儀器上機操作，增強學生的積極性、提高學習效果和軟件操作能力。

3.3 教師專業(yè)素質和綜合應用能力要求不斷提高

“制糖工業(yè)分析”與“儀器分析”課程的整合，打破了2門獨立課程的界限，這就要求教師不僅具備扎實的“制糖工業(yè)分析”理論知識、較強的實踐和分析檢測能力，且要求其能具有精深的現(xiàn)代儀器分析專業(yè)知識、精通多種現(xiàn)有儀器操作，并對同一個分析項目或同一類分析項目經(jīng)典分析方法和現(xiàn)代分析方法了然于胸，對各種分析項目和方法能夠做到融會貫通。一般情況下，從事食品科學與工程中制糖方向工作的教師對現(xiàn)代儀器分析技術了解不夠深入，而從事現(xiàn)代儀器分析檢測工作的教師對制糖工業(yè)流程和分析技術了解較少，缺乏綜合知識和教學經(jīng)驗。基于上述情況，首先教師進糖廠，了解糖廠制糖過程中分析的項目、流程，確保教師具有熟練的實踐操作能力；其次，不同專業(yè)的教師相互學習交流、查閱文獻和關注國際或國家標準學術研究，在現(xiàn)有的硬件和軟件基礎上，通過自己的開發(fā)研究去補充教學資源；最后，教師不能局限于獨立學科的教學，要樹立整體觀念、統(tǒng)籌兼顧和全局貫通的思想。

4 “制糖工業(yè)分析”與“儀器分析”課程整合的優(yōu)勢與成效

將“制糖工業(yè)分析”與“儀器分析”課程按模塊化進行整合，可以使用于模塊知識點教學的課時更加充分，有利于學生得到充分的鍛煉和訓練。其次，2門課程整合進行教學，使儀器分析技術與制糖工業(yè)分析實際緊密結合，理實一體，有利于激發(fā)學生的學習興趣，也使學生的知識更有條理性和系統(tǒng)性。最后，“制糖工業(yè)分析”與“儀器分析”整合后的教學方法遵循理實一體化的教學理念，有利于學生社會能力和方法能力的培養(yǎng)。在教學過程中，以學生為主體，遇到問題，學生自主查閱資料，進行信息搜集和加工處理；信息收集好后，小組成員和小組之間的交流和討論，可以培養(yǎng)學生的語言表達、邏輯推理和總結歸納的能力；實驗過程中，小組成員互相配合，協(xié)作完成實驗任務，可以培養(yǎng)學生團隊精神；實驗結束后，學生要對實驗中存在的不足和成功之處進行自我反思、自我評估。總之，“制糖工業(yè)分析”與“儀器分析”整合教學后，學生學習的興趣、積極性和主動性明顯提高，成就感和自我認同感強，方法能力和社會能力明顯提升，這對培養(yǎng)身心健康、高素質的應用型人才有重要意義。

5 結語

總之，“制糖工業(yè)分析”課程與“儀器分析”課程整合，按照實際社會需求重組了教學內(nèi)容，體現(xiàn)了知識的連通性、交叉性和綜合性，在充分掌握經(jīng)典的分析方法基礎上了解先進分析技術，從而通過對比學習并掌握現(xiàn)代先進分析技術，節(jié)省教學時間和教學資源。教師也不再局限于獨立學科的教學，樹立了整體觀念、統(tǒng)籌兼顧和全局貫通思想，同時在“制糖工業(yè)分析”課程教學過程打破理論知識與實踐操作相分離的傳統(tǒng)教學模式，在教學過程中實行理論教學與實踐教學“雙管齊下”和實行理實一體化，在實驗操作過程中不斷強化學生操作技能和加強理論知識運用，通過理論知識指導正確規(guī)范的實驗操作，從而提高課程理論教學的質量與效率，有利于培養(yǎng)生產(chǎn)一線需要的高素質、創(chuàng)新性技能型人才。