食品机械与设备课程混合式教学的设计与实施——以超高温瞬时灭菌设备为例

李 宁

安徽师范大学生命科学学院 安徽芜湖 241000

1 概述

食品机械与设备是食品科学与工程专业的核心课程,课程内容涉及食品加工中的一些通用机械,包括输送机械与设备、清洗机械与设备、干燥机械与设备、杀菌机械与设备、包装机械与设备等[1]。学生通过掌握这些机械设备的结构组成、工作原理、性能参数,熟悉加工设备并达到设备选型、性能改进、生产线设计的目的,对培养学生在工程素质方面的能力具有十分重要的作用,为其毕业走向工作岗位从事相关生产研究打下基础。但是由于食品加工设备种类繁多,结构复杂,工作原理抽象难懂,学生又很少有机会亲临生产线,接触食品机械,因此对这些设备缺乏感性认识[2]。而传统的教学模式中,教师只是灌输性地通过语言或者图片单薄地去传授知识,很难让学生从抽象的设备结构和枯燥的原理学习中产生对这门课程的兴趣,不具活力。

随着教育信息技术的飞速发展,线上线下混合式教学因其融合了在线教育和传统课堂教学的双重优势而得到广泛应用[3]。该教学模式通过线上线下教学的有效融合,构建“随时随地可学”的自主学习场景,变革了传统课堂中教师“一言堂”的教学方式,改变了学生被动学习的学习状态,营造了轻松愉悦的学习氛围。因此,将此教学模式应用在食品机械与设备课程的教学中,以混合式教学平台为抓手,分解课程任务,化解课程重难点,激发学生学习动力,最终实现提高课堂教学效率,达成人才培养的目标。

2 “食品机械与设备”混合式教学设计

2.1 课前

教师根据教学大纲构建教学内容,科学规划教学目标,分析教学内容、教学方法、教学过程设计、教学评价和教学反思等内容,完成本次课混合式教学设计,创设有效的教学程序[4]。

教师在学习通上传课程资源,布置预习任务,按照预习要求,学生查看课件、微视频、图片、文献等教学资源,自主学习相关内容后完成测试或讨论,教师可根据平台学生预习情况分析共性问题,并重新调整课堂教学策略。

2.2 课中

课堂教学包括情境引入、概念解析、重难点讲解、案例讨论、归纳总结等教学环节,由于本课程涉及很多晦涩难懂的机械设备构造和原理,教师可灵活运用多种教学方法,同时辅助教学工具的交互作用等方式激发学生学习兴趣。

例如,教师可精心选择或设计一段视频、一个案例、一个事件、一个提问、一个故事等吸引学生注意,在讲解干燥设备时,可以以红枣干和奶粉生产工艺引入,探讨两种工艺的区别,引出热风干燥和喷雾干燥两种不同的干燥方式以及干燥设备;在介绍包装机械与设备时,可以通过观看可乐的历史,了解可乐包装瓶的发展过程,对教材中的包装材料:玻璃瓶、金属罐、塑料瓶有更直观的认识;介绍浓缩设备时,结合教师参与浓缩苹果汁中试生产的经历,放映相关视频图片,增加学生对设备的感性认识,丰富学习体验。

再是以活动为载体,充分利用互动来提高学生的积极性和参与度,教师可由学习通下发教学任务,比如抢答、主题讨论、投票、测验等活动,学生以小组或者个人为单位,实施任务,并且通过手机及时反馈答案。通过学生任务的实施,教师检测学生学习效果,了解学生学习行为再做重点指导,确保学生的关注度和学习的有效性。

2.3 课后

教师整理课堂内容,并根据课堂学习情况发布课后拓展作业,学生在学习通里完成课后作业并梳理知识点,可分享自己的观点或提出疑问,和同学老师共同探索解惑。教师进行教学反思,在后续教学中持续改进和优化教学设计,不断提升教学效果。

3 混合式教学在“超高温瞬时灭菌设备”中的实施

3.1 教学内容分析

本课程选用的是普通高等教育“十三五”规划教材,《食品机械与设备》第二版,由科学出版社出版,主编是马荣朝、杨晓清。本文以教材中第九章《食品杀菌设备》第三节《超高温瞬时灭菌设备》为例。

为保障食品食用的安全,杀菌是食品加工中不可缺少的一个加工手段[5]。超高温瞬时灭菌广泛应用于乳品、果汁等液体食品的杀菌中,相对于巴氏灭菌,产品无须冷藏,保质期长,更能满足消费者对食品营养安全又方便的要求,而深受广大消费者认可和喜爱[6]。

通过对前言和包装食品的杀菌设备的学习,学生已经基本了解杀菌的目的、杀菌方法、杀菌设备的分类。在前面课程学习的基础上,以超市中常见到的巴杀奶和超高温灭菌奶为例进行教学设计,完成从超高温瞬时灭菌定义、设备分类、装置组成的完整教学过程。

3.2 教学方法

基于问题教学法是以学生为中心,围绕实际问题创设教学情境的教育方法[7]。为吸引学生注意,教师可在课程中精心设计一些实例性、启发性的问题,将枯燥的学习内容设置成有梯度、有层次的问题链[8],同时辅助提问抢答讨论投票等课堂互动方式调动学生积极性,师生在高效的互动中通过问题的一一解决而推进教学过程,最终促进学生专业知识和行为能力的双重发展。

本次教学从产品出发,到技术的学习,再到设备的分解,通过问题的推动逐一攻克教学重难点。

3.3 教学目标

通过区分超高温灭菌乳与巴氏杀菌乳的特性,探究不同的杀菌方式优缺点,培养学生养成全面思考问题的能力;通过理解掌握超高温瞬时灭菌的技术,培养学生分析问题、解决问题的能力;通过遴选超高温瞬时灭菌设备的类型,掌握直接间接加热式超高温瞬时灭菌设备的组成和工艺加工流程,初步具备设备选型和生产线设计的能力。

3.4 设计思路

以理论知识为出发点,充分利用网络课程平台和手机APP、设备相关图片、微课视频、动画、虚拟仿真等教学资源和信息化手段,使线上和线下进行有效的结合,开展“课前导预习、课上导学习、课后导拓展”的教学活动,如图1所示。

图1 “超高温瞬时灭菌设备”混合式教学流程

3.5 教学过程

3.5.1 课前预习

(1)在网络教学平台中上传预习资源(PPT、微视频、动画、小测验),并发布预习任务,去超市调查牛奶的种类有哪些。

(2)学生查看预习任务、自主学习,完成测验和超市调查,并在学习通上提交作业。

(3)教师通过平台数据反馈,分析学生预习完成情况。

3.5.2 课中导学

3.5.2.1 预习反馈有目的

对预习测验情况进行反馈,明确测验情况,更有目的地进行本次学习,加深学生对本次课的认知。

3.5.2.2 情景导入引思考

根据学生超市的调查,讨论牛奶的种类,以超市中常见到的巴氏杀菌奶和超高温灭菌奶为例,提出杀菌方式的不同得到的牛奶的两种类型。教师提出问题:两种牛奶有何不同?并在学习通发布主题讨论,探讨两种牛奶的区别,提出问题一:超高温瞬时灭菌和巴氏杀菌的区别是什么?通过学生回答引导学生关注在储存方式和保质期占有优势的超高温灭菌乳,最终引出本次课的学习内容:超高温瞬时灭菌。

设计意图:联系生活实际,激发学生热烈讨论,关注不同的杀菌方式,并引入“超高温瞬时灭菌”概念。

3.5.2.3 概念解析知技术

教师展示PPT,超高温瞬时灭菌概念:加热温度为135～145℃,加热时间为2～8s,加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为超高温瞬时灭菌。由概念引出“温度”“时间”两个关键词的讨论。组织学生小组探讨:问题二:如何实现高的杀菌温度和短的加热时间?学生带着问题查阅课本资料,教师引导学生从加热介质和接触面积角度分析,师生总结得出温度足够高的加热介质和充分的热接触面积可以实现高温和短时,以此从技术自然过渡到设备。

设计意图:通过关键词的导入思索分析,加深对概念的理解。通过问题的进一步讨论,为后续设备讲解做铺垫,培养学生自我学习和分析问题的能力。

3.5.2.4 任务分解懂设备

围绕设备继续抛出问题,根据加热介质和物料是否直接接触,将超高温瞬时灭菌设备分为直接加热式和间接加热式。教师提出问题三:什么是直接加热式?什么是间接加热式?学习通发布抢答,随后展示直接间接加热式超高温灭菌设备图片进一步加深学生印象。

教师介绍直接加热式超高温灭菌设备,通过超高温灭菌概念回顾,提出问题四:直接加热式灭菌装置的关键设备是什么?引导学生思考加热介质(热蒸汽)和物料接触实现热交换的场所,得出关键设备1:蒸汽加热器,在直接热接触的过程中学生自然产生“蒸汽进入牛奶中变成冷凝水使牛奶变稀”的疑惑,教师趁机提出问题五:如何去除蒸汽冷凝得到的冷凝水,引导学生探索关键设备2:闪蒸罐,闪蒸罐的作用是什么?通过学习通发布问题六,学生不难得出“去除冷凝水和降温”的答案。随后学生思维发散,再思考闪蒸的其他应用,作为课后的拓展学习。将设备回归到杀菌装置中,教师展示杀菌设备工艺流程图,通过杀菌流程进一步熟悉杀菌设备的原理和功能。

设计意图:设备的学习是重点难点,需要学生高度关注。以逻辑清晰、相互铺垫的问题链搭建知识框架,深入思考超高温瞬时灭菌的设备组成和工作过程。师生共同参与,相互探讨,培养合作探索的团队精神。教师可将重点知识通过板书设计帮助学生建立思维联系,如图2所示。

图2 “超高温瞬时灭菌设备”板书设计

3.5.2.5 知识梳理做小结

总结知识要点,归纳梳理,培养学生归纳总结的能力。最后教师编写顺口溜带领学生一起回顾课堂知识:超高温灭菌难不难,温度时间是关键。高温蒸汽把菌杀,为保品质时间短。牛奶蒸汽一接触,直接间接很明显。蒸汽牛奶热交换,杀菌效果看得见,蒸汽冷凝变成水,还得需要闪蒸罐。超高温灭菌难不难,仔细学来才知不简单。

3.5.3 课后拓展

由学习通发布课后作业:介绍直接加热式超高温瞬时灭菌的工艺流程,检验学生对课堂知识的掌握情况;同时教师发布文献阅读任务“山羊奶中使用闪蒸杀菌的工艺控制”,讨论闪蒸的其他作用;搜索超高温灭菌在其他食品中的应用,拓展学生思维,学生利用学习通完成课后作业并上传。

3.6 学习评价

注重过程性评价,提高过程性评价在最终成绩中的所占比例,以学生的预习完成情况、学生与教师的互动情况、平时课程小测的成绩、课后作业的完成质量、访问次数等内容作为过程性评价的指标。课前预习完成度,测试分数以学习通系统计分,课上教师点评超市调查结果并根据牛奶种类调查全面给予不同加分。课堂中设置的问题由教师以难易程度通过不同的形式(抢答、投票、测试、主题讨论)发放给学生,抢答根据回答的准确度由教师给分,投票测试直接由学习通统计计分,教师点评课堂讨论并给每小组打分。课后作业由教师点评答疑并给分。同时强化正向引导,教师及时反馈奖励得分以调动学生学习积极性,公开设置评价项目以及各项权重体现评价结果的公平性。

结语

通过以上教学实践发现,将混合式教学模式应用在枯燥的工科课程的课堂中,学生学习更加主动积极,教学过程更加轻松愉悦,教学效果更加有效突出。混合式教学模式变革了传统的教学观念、教学方法和教学结构,同时也对教师和学生提出了更高的要求,在随后的教学改革研究中,教师仍要持续探索线上线下混合教学的最佳方式,适时合理地使用信息技术手段,不断提高自身信息技术素养,跟进完善混合式教学设计方案,以学生为中心,最终实现提高学生综合素养,促进学生全面发展的育人目标。