還原真實(shí)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程及其生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)項(xiàng)目式課程

李世媛 張文 楊佳樂 任益 申賽男 趙雅萍 朱葉

果汁飲料是一種深受廣大中學(xué)生青睞的飲品，也是現(xiàn)代食品加工必不可少的產(chǎn)品之一。高中化學(xué)新課標(biāo)[1]在選修課程STSE 綜合實(shí)踐主題中建議“調(diào)查食品中添加劑的使用并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究”。生物新課標(biāo)[2]也在選修課程“食品安全與檢疫”模塊開設(shè)建議中提出“要了解食品生產(chǎn)的途徑”。人教版高中《化學(xué)》（必修第1 冊(cè)）[3]中介紹了幾種食品添加劑的作用，學(xué)生對(duì)食品添加劑有初步的認(rèn)識(shí)，但很難體會(huì)食品生產(chǎn)過(guò)程中的問題解決思路和方法。

本文以“制作一款果汁飲料”為主題，通過(guò)對(duì)果汁生產(chǎn)史的文獻(xiàn)研究和工廠實(shí)際調(diào)研， 設(shè)計(jì)了用于教學(xué)的果汁飲料制作探究活動(dòng)，并對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)類項(xiàng)目式課程的開發(fā)進(jìn)行了反思與討論。

挖掘真人真事，外顯問題解決思路

早在18 世紀(jì)人們就發(fā)現(xiàn)了用加熱對(duì)果汁進(jìn)行保鮮的方法，然而要提升果汁的品質(zhì)，將其制作成產(chǎn)品則經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索過(guò)程。我們對(duì)果汁生產(chǎn)史上作出重大貢獻(xiàn)的真人真事[4]進(jìn)行梳理，提煉了其問題解決的方法如表1 所示。

基于對(duì)這些真人真事及其問題解決方法的梳理，不難發(fā)現(xiàn)：果汁飲料生產(chǎn)技術(shù)的突破往往是源于實(shí)際的需求，然后在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)可以解決該問題的物質(zhì)或方法，再將其遷移應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)。例如，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)維生素C 具有抗氧化的性質(zhì)[5]，然后把它應(yīng)用于果汁等食品的保鮮。

進(jìn)一步通過(guò)對(duì)今麥郎、安德利等飲品公司研發(fā)人員的專訪及文獻(xiàn)研究，明確了果汁飲料的生產(chǎn)工藝流程[6]，將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品設(shè)計(jì)類項(xiàng)目的展開思路：首先明確目標(biāo)產(chǎn)品，然后將目標(biāo)拆解為若干子問題（例如：如何改善果汁飲料的口感、如何防止果汁褐變等），而后進(jìn)行概念設(shè)計(jì)（如果汁生產(chǎn)中的調(diào)配等），找到解決子問題的途徑，再通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)、權(quán)衡優(yōu)化統(tǒng)整，得到詳細(xì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，最后進(jìn)一步提煉總結(jié)該項(xiàng)目的問題解決思路。

項(xiàng)目拆解與任務(wù)活動(dòng)規(guī)劃

結(jié)合高中生的實(shí)際學(xué)情，將制作一款果汁飲料的項(xiàng)目拆解為4 個(gè)任務(wù)，形成項(xiàng)目框架（見表2）。

項(xiàng)目展開的具體設(shè)計(jì)

項(xiàng)目導(dǎo)引

通過(guò)查閱資料讓學(xué)生了解常見果蔬的出汁率，再結(jié)合貯存條件選擇制作蘋果汁作為產(chǎn)品目標(biāo)，使學(xué)生明確項(xiàng)目的目標(biāo)，并依據(jù)果汁飲料的生產(chǎn)工藝流程，初步形成對(duì)本項(xiàng)目的規(guī)劃。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生結(jié)合查閱到的信息，思考實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)要解決的問題及步驟，初步形成問題解決的路徑，培養(yǎng)在真實(shí)情境下的分析和解決問題的能力。

任務(wù) 1：初步設(shè)計(jì)蘋果汁飲料的配方

本任務(wù)可拆分為3 個(gè)活動(dòng)。活動(dòng)1 調(diào)研已有產(chǎn)品和用戶需求，對(duì)市售蘋果汁的分類及成分進(jìn)行調(diào)研，了解目標(biāo)用戶的消費(fèi)習(xí)慣和需求，認(rèn)識(shí)食品添加劑的種類及其功能。活動(dòng)2 讓學(xué)生選取不同品種的蘋果進(jìn)行榨汁并過(guò)濾，通過(guò)對(duì)比選擇口感好的品種。活動(dòng)3 在發(fā)現(xiàn)原榨蘋果汁的問題和不足的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生從口感、色澤等角度初步形成蘋果汁飲料的配方，并了解《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)際調(diào)研培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力，通過(guò)自制蘋果汁并初步設(shè)計(jì)配方，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的意識(shí)和能力，最后通過(guò)了解《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》培養(yǎng)學(xué)生的食品安全意識(shí)。

任務(wù) 2：蘋果汁飲料配方的優(yōu)化

本任務(wù)是對(duì)學(xué)生初步形成的蘋果汁飲料配方進(jìn)行探究和優(yōu)化。活動(dòng)1 是通過(guò)探究果膠酶的作用及適宜用量和條件，提高蘋果的出汁率。活動(dòng)2 通過(guò)探究白砂糖、檸檬酸的適宜用量，改善蘋果汁飲料的口感。活動(dòng)3通過(guò)比較不同色素的效果差異、探究蘋果香精的適宜用量提升蘋果汁飲料的色澤和風(fēng)味。活動(dòng)4 通過(guò)探究維生素C 的性質(zhì)和用量防止蘋果汁飲料發(fā)生褐變，同時(shí)減少維生素等營(yíng)養(yǎng)成分的損失，最后讓學(xué)生明確蘋果汁飲料的精細(xì)化制作方案（可參考圖3）。各活動(dòng)的開放度可根據(jù)高中生的實(shí)際學(xué)情，做彈性化處理。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)果膠酶、維生素C 等食品添加劑的定性和定量探究，使學(xué)生深刻理解食品添加劑的功能，體會(huì)控制變量及系統(tǒng)分析的科學(xué)思想方法，并在小組合作中培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

任務(wù) 3：制作蘋果汁飲料

本任務(wù)是讓學(xué)生在熟悉蘋果汁飲料的詳細(xì)配方以后，動(dòng)手制作蘋果汁飲料，并進(jìn)行感官評(píng)定（見表3）。然后通過(guò)交流研討選擇合適的材料，設(shè)計(jì)蘋果汁飲料的包裝。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)動(dòng)手制作和感官評(píng)定讓學(xué)生學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)果汁飲料的方法，體驗(yàn)達(dá)成目標(biāo)的成就感。通過(guò)飲料包裝的設(shè)計(jì)，使學(xué)生體會(huì)材料化學(xué)及藝術(shù)的重要作用。

任務(wù) 4：設(shè)計(jì)蘋果汁飲料加工廠

本任務(wù)首先讓學(xué)生討論設(shè)計(jì)蘋果汁飲料的生產(chǎn)工藝流程圖及配套設(shè)備。然后選擇合適的飲料加工廠廠址，并形成總體平面設(shè)計(jì)圖。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)蘋果汁生產(chǎn)工藝、設(shè)備及加工廠的設(shè)計(jì)，使學(xué)生體會(huì)工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)探究的差別，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維習(xí)慣及社會(huì)責(zé)任感。

成果交流

在完成了本項(xiàng)目后，組織學(xué)生設(shè)計(jì)產(chǎn)品的廣告，基于產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行宣傳和營(yíng)銷，還可以舉辦產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，進(jìn)一步交流項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的心得，總結(jié)問題解決思路。

設(shè)計(jì)意圖：在設(shè)計(jì)廣告和進(jìn)行宣傳營(yíng)銷的過(guò)程中，從科學(xué)、藝術(shù)、商業(yè)等各方面發(fā)展學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，提高表達(dá)交流能力。

反思與討論

分析文獻(xiàn)深入調(diào)研

基于產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的項(xiàng)目式課程的開發(fā)，首先需要通過(guò)文獻(xiàn)研究尋找問題解決的真人真事，梳理其問題解決的思路和方法，然后對(duì)相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)部門進(jìn)行調(diào)研，從而對(duì)已有問題解決思路進(jìn)行優(yōu)化，最后結(jié)合實(shí)際學(xué)情將實(shí)際生產(chǎn)的問題解決思路轉(zhuǎn)化為項(xiàng)目的展開思路，并拆解為若干核心任務(wù)及學(xué)生活動(dòng)。

化繁為簡(jiǎn)把握重點(diǎn)

產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)流程往往較為復(fù)雜，在轉(zhuǎn)化為項(xiàng)目時(shí)不必面面俱到，把握關(guān)鍵要素和環(huán)節(jié)即可，重要的是通過(guò)蘊(yùn)含著重要科學(xué)思想和方法的、學(xué)生可以動(dòng)手實(shí)現(xiàn)的活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新思維能力，充分發(fā)揮其教學(xué)功能。

角色轉(zhuǎn)換統(tǒng)籌兼顧

雖然項(xiàng)目式學(xué)習(xí)發(fā)生在課堂上，然而教師和學(xué)生的視野卻要高于課堂，將自己的角色轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品研發(fā)人員，對(duì)所涉及到的各領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行全方位的思考和應(yīng)用，統(tǒng)籌規(guī)劃各項(xiàng)問題，在解決真問題的過(guò)程中全面發(fā)展核心素養(yǎng)，培養(yǎng)科學(xué)意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。