基于STEM理念的中职生物学实验创新设计——如何鉴别油橄榄鲜果的品质优劣*

程子良 祁惠芳 孔维宝** 马君义 牛亚胜

（1 西北师范大学生命科学学院 甘肃兰州 730070 2 天水农业学校 甘肃天水 741400）

1 实验设计思路

油橄榄（Olea europaeaL．）属木犀科（Oleaceae）木樨榄属（Olea）植物，是世界四大著名的木本食用油料树种之一［2］。以新鲜的油橄榄果实不经加热和化学处理，直接冷榨而成的初榨橄榄油是一种高品质食用油脂，脂肪酸比例协调（含10%饱和脂肪酸、82%单不饱和脂肪酸和7%多不饱和脂肪酸），富含抗氧化酚类物质、维生素及角鲨烯等，具有延缓衰老、预防心血管疾病、降血脂和抗癌等作用，被誉为“植物油皇后”“液体黄金”“地中海甘露”［3-5］。油橄榄果实由2%的种子、16%的果核和82%的果肉构成，大部分油储存在果肉中，果实的品质直接决定了橄榄油的口感、品质和营养价值［6-7］。行标《油橄榄鲜果（LY/T 1532—1999）》等规定：油用果实质量标准为鲜果含油率（%）≥15%，含水率（%）≥50%，新鲜度（%）≥95%，成熟度≤6（0～3 为一等，3～5 为二等，5～6 为三等），无法满足以上要求则不能投入生产［8］。因此，定期测定生产线上果实的质量标准工作是极为重要的环节，可起到良好的品质监控作用。

目前，判断油橄榄果实品质的方法较为完善，通常先对新鲜的油橄榄进行感官鉴别，判断其成熟度和新鲜度，然后将经鼓风干燥箱烘干至恒重的果实粉碎，以石油醚为油脂萃取剂，用脂肪测定仪进行油脂抽提，利用公式计算其含水率和含油率。实验操作简单、应用性强，用到的化学试剂较少，实验材料绿色环保，实验过程安全有效。该实验可增加学习的趣味性与真实性，并通过合作学习、小组探讨等形式，探究不同品种果实的差异性，掌握实验技能，为将来走向社会做好充分的准备。

2 教学目标

1）知识目标：①通过查阅相关资料，了解油橄榄果实的形态特征和实用价值；②掌握脂肪测定的原理，并能解释提取橄榄油过程中出现各种现象的原因；③了解比较不同果实品种质量、品质的差异性。

2）技能目标：①学会对橄榄果实的成熟度进行分类，计算成熟度指数和新鲜度等指标；②能熟练操作脂肪测定仪（海能SOX406）、高速粉碎机等实验设备，掌握橄榄油的提取技术，能运用公式计算含水率和含油率。

3）情感态度与价值观目标：①了解一线生产，产生浓厚的学习兴趣；②通过团队合作完成实验，增强学生的集体协作精神，提高自我效能感。

3 实验组织

准备阶段：学生分组，每组6 人，组长负责实验数据的记录及实验的统筹安排；实验开始前各组查找相关资料，讨论实验步骤做好相关准备。

实验分2 个课时完成。第1 课时主要是认识油橄榄果实，通过感官判断成熟度和新鲜度，鉴别果实是否败坏，这是果实投入生产的第1 步；第2课时主要是将鲜果烘干，利用脂肪测量仪进行提油，计算不同果实含油率和含水率，比较实验结果并进行分析讨论，建立起良好的科学素养和探究能力。实验过程中教师给予指导与点评。

以雷达所在位置为原点，在纵平面上，目标位置信息主要由观测距离r以及俯仰角θ来表征，其中观测距离标准差为σr，俯仰角标准差为σθ，则对应的协方差矩阵为

实验结束，各组汇报实验结果，比较不同品种果实之间性状特征的差异性，并进行分析讨论。

4 材料与仪器

1）试剂：石油醚（沸程为30～60℃）。

2）仪器：电子天平、鼓风干燥箱、高速粉碎机、海能SOX406 脂肪测定仪、铝箔皿、干燥皿、滤纸、不锈钢小刀、铝制抽提杯、滤纸架、脱脂棉。

3）实验材料准备：教师提前购置6 种单品种果实，分别为莱星、皮削利、鄂植8 号、佛奥、豆果及科拉蒂，置于0～4℃的冰箱中低温保存，备用。

5 实验过程

5.1 认识油橄榄果实 教师将6 种单品种分别发给6 个组，组长领取果实后做好登记。准备8 个烧杯（或用其他透明容器代替）分别标上0～7 编号（0～7 表成熟度）待用；随机取出100 粒果实，按表1和图1提示进行成熟度的分类，注意在辨别成熟度为4～7 的果实时，需用不锈钢小刀切开斜面观察果肉颜色进行区分；分类结束后将每个成熟度指数级别的果实数量填入表2，计算类别编号与该类果实粒数的乘积，并计算成熟度，如公式（1）所示；同时，在这100 粒果实中检查形态是否完好，挑出破坏和损伤、腐败的果实，记作N，计算新鲜度，如公式（2）所示。整个过程小组6 人共同完成，在遇到模棱两可的果实时一定要做好协商，确保对果实进行正确的成熟度分类。

表1 油橄榄果实成熟度类别及含义［8］

图1 油橄榄果实成熟度分类图

表2 油橄榄果实成熟度指数计算表

5.2 测含水率［9］称量铝箔皿的质量m1（精确至0.01 g，下同），随机选取50 颗鲜果放入铝箔皿中精确称量质量m2，然后将待测样品置于80 ℃烘箱中干燥12 h 至恒重后称量记为m3，根据果实烘干前后的质量差，计算水分含量，如公式（3）所示。

5.3 测含油率［9］将烘干的果实置于高速粉碎机中粉碎后，称取10 g 装入包有滤纸筒的滤纸架内，记作m，用脱脂棉塞上后放入脂肪测定仪中（如图2a 所示）；称量铝制抽提杯m4，在杯内倒入40 mL 石油醚放在脂肪仪加热板上，压下扳手使密封圈紧压抽提环，移动滑珠使装有样品的滤纸筒的1／2 浸入石油醚中，同时打开冷凝水，将阀门调至竖直状态，在60℃的加热板上抽提12 h（图2b）；结束后取下抽提杯并置于60℃的烘箱中烘4 h，然后取出置于干燥皿内，待其温度降至室温时称量记为m5，计算干基含油率和鲜果含油率，如公式（4）、（5）所示。整个过程需要小组内每人制作一个样品，体验操作过程，学会提油技术。

图2 测定含油率部分仪器展示

实验结束后，清理实验台面，将各实验设备归置原位（注意：由于整个实验持续时间长，尤其是在烘干操作时，也要保持实验台面整洁，并合理利用资源与时间）。抽提杯洗净放在烘箱内烘干后，放入干燥皿以备下次实验使用；滤纸筒内的干基粉末倒入指定地点，切不可随意丢弃；检查脂肪测定仪设备，确保实验安全。

6 实验注意事项

1）油橄榄果实在秋季结果，建议该实验放在秋季进行，购置的样品需低温保存，尽量在48 h之内使用，避免影响实验效果。

2）对鲜果进行烘干时，若果实颗粒较大，可用小刀划几道口子，使水分蒸发更快，确保在规定时间内达到恒重；温度不宜过高，否则果实会被烘焦，影响橄榄油的品质。

3）利用高速粉碎机粉碎时，一定要注意安全，务必将盖子拧紧；完成粉碎后，先关闭电源再进行下一步操作；此外，称量干基即烘干粉碎后的果实时需要将粉末搅拌均匀，减少实验误差。

4）在使用脂肪测定仪提油时，注意控制回流速度在1～2 s／滴，避免石油醚难以回流；抽提完成后，须将抽提杯放入烘箱内，以除去杯内未蒸发完全的溶剂和水分等杂质。

5）实验过程中抽提杯、装有粉碎样品的滤纸筒等材料，在暂时未用到时要及时放在干燥皿内避免过多暴露在空气中，防止被氧化而产生实验误差。

7 实验结果与分析

实验结束后,教师组织学生先以小组为单位进行分析讨论，包括操作过程中出现的问题等，由组长汇总结果后提交给教师整理。

表3所示为不同品种油橄榄果实的成熟度和新鲜度，可知6 个品种中，鄂植8 号的成熟度最高，科拉蒂的成熟度最低，按等级分类可知：皮削利、豆果和科拉蒂为一等果，莱星、鄂植8 号和佛奥为二等果；新鲜度指标中，莱星、鄂植8 号、佛奥、豆果和科拉蒂均在95%以上，符合生产标准，但是皮削利和佛奥新鲜度在95%以下，分析原因可能是在运输和保存过程中，时间过长果实霉变或腐烂，或者由于机械损伤引起的败坏。

图3所示为不同品种油橄榄果实的含油率和含水率比较，可知干基含油率从大到小依次为：科拉蒂＞鄂植8 号＞莱星＞佛奥＞皮削利＞豆果，鲜果含油率依次为：佛奥＞莱星＞鄂植8 号＞科拉蒂＞皮削利＞豆果，含水率依次为：皮削利＞豆果＞科拉蒂＞莱星＞鄂植8 号＞佛奥。其中，皮削利和豆果的鲜果含油率在15%以下，佛奥的含水率在50%以下。因此结合表3和图3各项指标可判定，实际生产中，皮削利、豆果和佛奥这3 个品种不符合生产标准，不能投入生产。

在实验过程中，大部分学生都能按照步骤完成实验并取得较好的实验效果，但是也有一些学生在利用脂肪测定仪提油时出现提取杯无油的现象。学生讨论后得出2 个结论：1）可能是由于长期使用自来水产生污垢堵住了冷凝管，导致无法出现回流状态；2）也可能是在将滤纸架放在抽提轴上时，磁铁未能牢牢吸住从而产生的实验误差。

表3 不同品种油橄榄果实的成熟度与新鲜度

图3 不同品种油橄榄果实的含油率和含水率指标

8 实验教学总结与反思

1）以学生为中心，以差异为基础，重视合作学习。教师根据学生各方面的特点进行有效分组，尊重学生的差异性，组员之间合作学习，相互探讨。教师全程关注学生操作的规范性，及时纠正不当的实验操作，对遇到的问题给予引导。

2）以技能为目标，以实践为纽带，提升自我效能感。中职学生知识基础差、社会认同度低，存在严重的自卑感，但动手操作能力比较强，在教学过程中重视技能的作用，体验 “做中学、做中求进步”的思想，以技能带来的满足感替代学习成绩带来的荣誉感，进而提升其自我效能感。

3）以兴趣为导向，以实际生产为情境，激发学习动机。目前中职生物学实验教学涉及的实验内容大多以生物学基础研究为主，与实际生活脱轨，既无法引起学生的学习兴趣，又与职业教育导向的应用知识的学习相违背。如何选择教学内容并组织好课堂教学，使学生产生足够的学习兴趣与学习动机等至关重要，教师需要慎重思考，这也是当前新一轮课程改革的重点研究方向。在本次教学中，内容来源于企业生产实践，通过对油橄榄果实的鉴定让原本枯燥无味的植物油提取技术、感官分类等更好地融入学习过程，增强了学生的自信心，激发学习动机，也为将来就业打下坚实的基础。