案例引导式教学法 在食品物性学课程教学改革中的应用

何光华 孙忱 刘少莉 肖功年

食品物性学课程是一门以食品及其原料的物理性质为主要教学内容的专业基础课，是食品科学的一个重要组成部分，也是一门理论性、专业性、实用性很强的课程。目前，该课程存在教材理论性偏强、学生对课程认识不足、不会灵活应用等问题，严重影响到教学质量的提升。本文针对教学现状提出案例引导式教学法，通过筛选生产实践中的典型案例，让学生参与案例分析和讨论，从而提高学生的理论知识水平和工程实践能力，达到培养优秀食品专业人才的目标。

一、食品物性学课程概述

食品物性学课程的教学内容包括食品及其原料的基本物理特性、质地、流变特性、热特性、光特性、电特性等，通过学习该课程，学生可以巩固所学食品物理学、食品化学、食品生物学等方面的基础知识，了解食品及其原料的组织结构等特性，掌握和分析基本物理特性的测定原理与方法，探讨及分析食品物理和化学特性间的相互关系，对食品工艺学、食品机械与设备、食品工厂设计与环境保护、食品安全与质量控制等专业课程的学习具有指导作用。该课程的教学目标是拓宽学生在食品科学与工程方面的知识，提高自主学习、分析问题和解决问题、团队协作等方面的能力，为他们今后胜任食品工程实践、新产品研发和创新等工作打下良好的基础。

笔者是在企业工作23年后才来到学校任教，通过深入研究课程内容后，发现食品物性学是一门非常实用的课程。为了能上好这门课，笔者梳理和收集了近几年来企业在生产、研发和质量管理过程中发生的与物性相关的案例，以案例引导式教学法进行课程教学。通过讲解和讨论各种案例，引导学生了解国内外食品物性学概况，理解物理特性与化学成分间的内在关系，启迪学生将所学知识应用于食品科学与工程实践中，取得了不错的教学成效。

二、食品物性学课程教学现状及存在问题

正如前文所述，食品物性学课程的理论性、专业性、实用性均较强，对于本科生来说，要想学好这门课程，不仅要有扎实的食品物理学、食品化学、食品生物学等方面的基础知识，还需要有逻辑思维能力和理论联系实际能力。通过几届学生的教学笔者发现，食品物性学课程主要存在以下三方面的问题：

（一）教材理论性偏强

从20世纪80年代开始，国外兴起关于食品物性方面的研究，国内对食品物性的研究近些年才起步，存在教材体系不完善的问题。由于课程内容涉及到高等数学、食品工程原理、生物化学、高分子化学等多学科知识，较多章节中涉及数学方程和公式推导，理论性较强，对本科学生来说理解和掌握相关知识存在一定难度，所以对本课程不感兴趣。

（二）对课程认识不足

食品物性学是一门发展较晚的学科，直到2001年才决定把其列入食品科学相关专业的主干课程，主要面向研究生开设，对于本科生而言，大部分高校把其列为选修课。但是，当前本科学生对这门课程存在认知不高、定位不明确、重视度不够等问题，加上传统的教学方法缺乏趣味，使得学生的学习积极性不高。尽管许多校院的食品专业通过专业认证，明确了食品物性学课程的培养目标，但学生们不太关注课程目标和毕业需要达到的能力要求，只关注于考试内容和考核结果，造成自主学习意识差，无法深入理解课程的知识体系和重点内容。

（三）死记硬背，不会灵活应用

目前，大学生普遍存在的问题是理论知识烂熟于胸，但是发现问题、分析问题和解决问题的能力偏弱，一旦有需要解决的问题或科研任务不知该从何处下手。这主要是因为在学习和记忆知识的过程中，学生单纯靠死记硬背，未能将书本知识与实际相联系，不但对知识记忆不深刻，而且难以灵活应用。

三、食品物性学课程教学模式的改革与实践

（一）把日常生活案例搬进课堂，提升学生的学习兴趣

为了能让学生对食品物性学课程有一个初步认识，笔者在课程的开篇案例中引入了“在淀粉中奔跑”视频，讲述了人在装满淀粉糊（淀粉与水的混合液体）的池子里，当站在液体上面时，人就会陷入液体中，但是当人快速奔跑时，脚与液面接触处瞬间会变得如固体一样坚硬，支撑起人体的重量，当脚步离开时，接触面又重新变回液体，从而轻松实现“水上漂”。这段视频主要给同学们展现了神奇的非牛顿流体，利用这种非牛顿流体的特性可以制成柔性防弹衣，克服了传统防弹衣坚硬、沉重的缺点。

其实，这就是食品物性学中常见的剪切变稠现象，通过引入这个有意思的案例，可以很快地吸引学生的注意力。为了让学生深刻理解并掌握这部分知识，教师还可以给学生布置课后作业，比如，要求每位学生都在家制作一种美食，品评后用语言描述其色、香、味、触碰的感觉等特性，体验厨房中食品物性的变化，并且做成PPT在课堂上互相交流。在课堂上，同学们通过展示自己的作品，充分体会了食品物性学课程的专业性和实用性，学生参与度大大提高，课堂反响也很好。

（二）以生产实际需求为案例，开拓学生的思维

众所周知，利用食品的化学和力学性质进行食品品质测定费时费力，且很难适应当前流水线高速作业的质量管理模式，而利用食品色光学性质进行测定，可以完成对食品成分的快速无损检测，有利于实现在线调控。那么这种快速检测技术到底能给企业带来哪些好处呢？

为了让大家理解这一问题，我们给同学们列举了大家非常熟悉的一个产品——婴幼儿配方乳粉的检测。婴幼儿配方乳粉的质量和安全是全社会关注的焦点，企业为严把质量关，投入了大量的财力和物力，产品实现批批全项目检验，目前的化学检测法尽管结果准确，但却存在检测步骤繁琐、周期长、成本高等问题，而且这种事后检测无法解决营养成分含量波动的问题。那么能不能使用食品物性学课程中的快速检测技术来解决这个问题呢？答案是肯定的。根据雷霆等最新研究成果，基于近红外光谱技术，运用标准正态变换预处理、蒙特卡洛交叉验证异常值剔除、随机蛙跳和变量空间迭代收缩特征波长提取、线性偏最小二乘回归和非线性支持向量回归预测等算法，建立了主要原料、配料液及成品粉的蛋白质、脂肪、碳水化合物、水分等指标的快速预测模型。该模型研究婴幼儿配方乳粉主要原料营养成分、价格、投入量与产品各项质量指标（约束条件）的内在关系，利用线性规划算法建立成本优化模型，确定成本最优生产方案；通过模型预测控制算法和序列二次规划算法，建立配料智能优化控制模型，确定被控原料的最优调整方案。通过预测、反馈和优化控制模型，不仅可以使批次间的婴幼儿配方乳粉主要营养成分含量波动更小，还可以降低生产成本，实现生产过程的配料标准化、智能化控制。但是，目前在食品行业中生产过程智能制造技术的研究与应用尚处于起步阶段，配料的智能优化控制则处于空白。

因此，食品物性学课程中的光谱检测技术对于推动食品行业及生产过程的精准控制、降低生产成本具有重大意义。通过类似的案例分析，可以使同学们对食品物性学的应用产生全新的认识。

（三）完善教案，注重学生综合能力的培养

本科生教育是培养做人的品格和修养的过程，应当注重学生心理、毅力、思维和能力的培养。针对食品物性学这门课程，笔者认为要让学生深刻理解其实际应用原理和意义，培养学生的实践能力、职业素养、环保意识等综合能力。比如，引用《科学进展》（Science Advances）上发表的“‘爱心面条”案例，扁平面片水煮后，不仅会“比心”，还可以变成更复杂的管状、螺旋状、马鞍状、波浪状等立体造型，通过面片的扁平化可以减少存储和运输空间，降低运输成本，通过缩短烹饪时间，可以减少碳排放。这是食品物性学与材料科学、机械工程、数字制造和设计交叉融合的成果，为食物的可持续性发展提供了参考。同时，这项技术还可能会用在软机器人和生物医学设备中，教师可以用此案例引导同学们对食品物性的未来发展进行深入思考。

此外，教师还可以通过加强食品物性学课程的实践环节，提升学生的综合能力。比如，可以将学生分成小组，由组长带领组员开展“新产品创新创意研发”活动，分工合作完成资料收集、PPT制作和汇报等工作，从而充分发挥学生们的主动性和创造性，提高团队协作能力。教师还可以引入项目化的课程论文方式，让学生们针对所学的知识，查阅参考文献，分析实际生产中遇到的问题，并提出解决方案，提高学生理论联系实际的能力。

综上，案例引导式教学法是一种比较有效的教学方法，通过在食品物性学课程中引入富有针对性和启发性的案例，可以提高学生的学习积极性，开拓思维，培养综合能力，提升学习效果。需要注意的是，教师在使用案例引导式教学法时，要重点关注问题的选择与分析，如果案例来源于实际需求，将有助于激发学生学习的热情；问题的分析也应以学生为中心，让学生通过分析问题获取知识、思维能力和成就感，从而激发学习兴趣，提升学习的动力。