“食品物性学”实验教学实践与思考

栾广忠，胡亚云，郭春锋，郑建梅，李文浩

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌 712100）

“食品物性学”实验教学实践与思考

栾广忠，胡亚云，郭春锋，郑建梅，*李文浩

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌 712100）

通过介绍西北农林科技大学食品科学与工程学院“食品物性学”课程实验教材、内容设置、仪器设备配制及师资配备等基本情况，对如何在实验仪器台（套）数少、学生人数多的情况下利用多媒体手段等方式提高实验教学效果，以及如何利用综合性实验提高学生分析问题、解决问题能力的做法进行了总结，并对“食品物性学”课程实验教学建设提出建议。

食品物性学；实验教学；本科教学；大型仪器

食品物性学（Physical Properties of Foods） 也称食品物理学（Food Physics），主要研究食品原料、中间产品、半成品及成品的力学、光学、电学和热学等物理性质的一门科学[1-2]。国际上，食品物性学、食品化学及营养生理学被称为是食品科学与食品工程研究领域重要的基础学科，日本、韩国、欧美等许多国家高校中的食品相关专业均开设此课程[3-4]。随着国内高校食品科学与工程研究平台建设的快速发展，流变仪、质构仪、差示扫描量热仪（Differential scanning calorimeter，DSC）、快速黏度分析仪（Rapid visco analyser，RAV）、激光粒度仪等先进仪器呈现普及化发展趋势。上述仪器均用于食品力学、热学、颗粒特征等物理性质的测量，在食品科学与工程领域科学研究中占据非常重要的地位，成为食品科学与工程领域科学研究及新产品开发的重要手段[2，5-6]。“食品物性学”课程的实践性非常强，因此课程实验课的开设非常必要。但目前我国还没有正规出版的实验教材，在实验内容设置、仪器设备配置等方面还处于探索阶段。本文对西北农林科技大学食品科学与工程学院近5年来“食品物性学”实验课程建设的基本情况进行总结和讨论，以期为“食品物性学”实验课程的发展和完善提供有益参考。

1 “食品物性学”实验教学开展的基本情况

1.1 实验教材与内容设置

目前，我国还没有正规出版的“食品物性学”实验教材或指导书，因此课程组自编了《食品物性学实验指导书》，主要内容包含食品质构测定与分析（4学时）、食品热物性测定（2学时）、食品颜色测定（1学时）、食品动态流变学测定（2学时）、液态食品黏度测定（1学时）、面粉粉质测定与分析（2学时）及粉状食品颗粒度测定（1学时）等7个实验。

西北农林科技大学食品科学与工程学院“食品物性学”实验包含在“食品物性学”课程教学中，而非独立实验课。课程开设对象为食品科学与工程专业（必选课）及食品质量与安全专业（选修课），总共33学时，其中理论教学24学时、实验9学时；开设内容从实验讲义中任选9学时。近年来，实际开设实验主要以食品质构测定与分析及食品颜色测定为主，其他的实验每年都有所不同。由于与粮油食品工艺方面课程的实验课相冲突，面粉粉质测定与分析实验未开设。

在开设的7个实验中，力学部分占4个，热学及光学部分各1个。在食品质构测定与分析实验中，主要内容为2种不同火腿肠的质构剖面分析（Texture profile analysis，TPA）及应力松弛（Stress relaxation）实验、饼干的3点弯折（3 Points bending）实验、果冻强度实验（Puncture） 及酸奶的反向挤出（Back extrusion）实验。食品动态流变学测定主要内容为利用时间扫描（Time sweep）观察在一定温度下以葡萄糖酸内酯为凝固剂，大豆蛋白分散液或豆浆胶凝（Gelling） 过程中储存模量（Storage modulus，G'）、损失模量（Loss modulus，G''）及损失角（Loss angle，θ）等黏弹性参数随时间变化的情况。液态食品黏度测定主要内容为牛奶、乳酸饮料及酸奶等流体食品的表观黏度值。面粉粉质测定与分析主要内容为利用粉质仪检测强筋及底筋粉粉质曲线，并对粉质参数进行比较。

粉状食品颗粒度测定主要内容为利用激光粒度仪测定淀粉、面粉、大豆粉等粉体食品的粒度分布。

食品颜色测定主要内容为利用比较测色计（罗维朋比色剂）测定啤酒、可乐等液态食品颜色，以及利用色彩色差计测定面粉白度以及苹果等食品颜色。食品热物性测定主要内容为利用差式扫描热量测定（Differential scanning calorimetry，DSC） 小麦、绿豆等不同类型淀粉的糊化特性，以及大豆蛋白热变形特性。

1.2 实验课程仪器设备配置

实验仪器配置及来源统计见表1。

表1 实验仪器配置及来源统计

所涉及的实验仪器设备中，除色彩色差计、比较测色计及旋转黏度计外，其他均为大型仪器，占62.5%，因此该实验课所配置大型仪器占大部分。由此可见，除比较测色计及旋转黏度计外，其他可用于实验大型仪器均为1台（套）。另外，全院内可协调使用的仪器为5类，其中色彩色差计需从科研实验室借用。需要通过大型仪器共享平台使用的仍有3类。目前，全院大型仪器共享平台主要面向科研，在如何向本科教学开放内有具体的规定，比如如何预约和申请、经费如何划拨、仪器管理人员在实验中承担哪些任务及工作量如何计算等。因此，“食品物性学”实验存在所需大型仪器比例高、台（套）数少及需要跨学院或部门协调使用的问题。

1.3 师资配备

“食品物性学”实验教师配备情况见表2。

表2 “食品物性学”实验教师配备情况

通过课程建设的不断推进，指导教师从1人增加到3人，专职实验教师从1人增加到2人，课程组总人数从2人增加到5人，师生比到2015年下降到1/37。目前的课程组中有高级职称2人、中级职称3人，具有博士学历教师4人、硕士学历1人，基本可满足教学的需要。

2 提高“食品物性学”实验教学效果的实际措施与效果

2.1 通过多媒体手段提高实验教学效果

在质构仪实验中使用了多媒体以提高教学效果，具体做法是将利用质构仪所配电脑视频接口（VGA接口）链接投影仪及摄像头。

摄像头可以在讲解仪器设备结构时将所讲结构及操作动作等画面通过投影仪投射到大屏幕上，或在仪器运行时将曲线变化情况透射到大屏幕上，从而较好地解决了单台（套）大型仪器实验中结构原理及操作过程的讲解问题，使教学效率及效果大大提高。

2.2 设置合理的单组实验人数

“食品物性学”实验中大型仪器设备较多，一般只能配备单台（套）。当学生每组人员过多时，无法达到教学效果；若人数过少、分组数量过多，则仪器设备占用时间及教师工作量大幅提高，也较难实现的。

以质构实验为例，在食品质量与安全专业采用了每组5～7人的形式，分成6组；在食品科学与工程专业采用了每班2个大组，大组里分2个小组的形式。在之后进行的调查问卷中，食品质量与安全专业有81.3%的学生认为分组人数合适，18.7%的学生认为分组人数过多；其他班级有73.1%的学生认为分组人数合适，有26.9%的学生认为分组人数过多。从实际的教学效果来看，分成小组进行实验利于组织，学生动手操作充分、效果好。分成两大组相对混乱，容易出现争抢仪器的现象。对使用单台（套）大型仪器的实验，将1个班30名同学分成3批次安排实验，每批次10人左右。在每一批中又分成2～3小组（每小组3～5人），每小组同学轮流进样品的测试，所得测试数据可以全组或全班共享，这样可以保证所有同学都有动手操作的机会。

2.3 通过综合性实验提高学生分析、解决问题的能力

为了提高学生分析、解决问题的能力，设置综合性实验。例如，在火腿肠的质构分析实验中，除了利用质构仪进行2种不同类型火腿肠TPA及应力松弛实验，还安排了感官评价实验，并要求学生通过产品标签记录2种火腿肠的产品类型、配料、营养成分，执行标准等信息。要求学生利用统计分析及数据处理方法，对应力松弛实验进行回归分析，解析出黏弹性参数，利用质构仪软件分析处理TPA测试结果。结合质构仪测试结果、感官评价结果、产品的配料及工艺，对结果进行综合分析。在饼干的质构仪测试实验中，也有类似的安排及要求。通过这样的综合性实验设计，可以培养和提高学生将食品的力学性质与感官品质相关联的意识和能力，并且能结合配料、成分及工艺对产品品质变化的原因进行分析，培养学生从多方位、多角度分析和解决问题的能力。

3 思考与建议

3.1 应加快实验教材建设

目前，还没有正式出版的“食品物性学”实验教材或指导书，因此各高校及研究机构间应加强交流与合作，加快加强“食品物性学”实验教材建设速度和力度，尽早弥补这一短板。

3.2 应加大大型仪器向本科实验教学开放的力度

我国食品科学与工程领域科研条件不断改善，大型先进仪器设备数量不断增加，呈现普及化趋势。因此，食品专业本科生学习使用本学科领域大型高精尖仪器已逐步成为培养高水平、高素质人才及创建双一流大学的必然趋势[7]。目前，许多高校有大型仪器共享系统，但大多针对科研项目未向本科教学开放使用[8]。建议在大型仪器共享平台增加面向本科教学的功能模块，并制定相应的预约、使用、收费等管理制度，使大型仪器在科研基础上能更好地发挥人才培养的功能。

3.3 应加大师资尤其是实验室工作人员的投入

大型仪器设备台（套）数少，相对而言学生人数多，大多数针对本科实验教学的实验大多为演示型的，教学效果差。因此，为了高效利用大型仪器进行本课程实验，为了保证实验教学效果就要减少单组分组人数。如前所述每个班分3批，每组3～5人比较理想，但实验教学人员的工作量会增加约0.75～1.50倍。因此，需要加大师资投入，并出台相应配套政策。

3.4 改善实验硬件条件

利用多媒体教学手段，可以较好地解决大型仪器在本科实验教学中台（套）数少的问题。增加的硬件设备主要有投影仪、摄像头及VGA电缆线等常用多媒体硬件，且无技术难度。投影仪可以采用移动式，因此只需配备或临时借用1台即可满足实验课程要求。这样可以在花费很小成本的情况下，大大改善实验条件和教学效果。如果有条件，可为每个大型设备安装固定式投影仪，或是采用无线摄像系统。

[1]李里特．食品物性学 [M].北京：中国农业出版社，2010：1-5.

[2]姜松，赵杰文．食品物性学 [M].北京：化学工业出版社，2015：1-11.

[3]李云飞，殷涌光，徐树来，等.食品物性学 [M].北京：中国轻工业出版社，2009：1-6.

[4]赵立．食品科学与工程专业设置食品物性学的思考 [J]．广西轻工业，2009（8）：163-165.

[5]袁美兰，赵利，苏伟，等.高校食品科学与工程专业开设食品物性学的现状和必要性 [J].现代农业科技，2010（23）：36-38.

[6]李文浩，胡亚云，郑建梅，等.食品质量与安全专业“食品物性学”课程教学思考与探究 [J].教育教学论坛，2014（43）：178-180.

[7]夏燎原，胡云楚，吴义强.开放大型仪器设备对提高本科实验教学质量之思考 [J].中南林业科技大学学报（社会科学版），2012（5）：160-162.

[8]吴建国，杨正宏.利用大型分析测试仪器开展本科学生实验教学 [J].实验室研究与探索，2007（11）：130-132.◇

Practice and Thinking on the Experiment Teaching for the Course of Physical Properties of Foods

LUAN Guangzhong，HU Yayun，GUO Chunfeng，ZHENG Jianmei，*LI Wenhao
（College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

The basic situation，including textbook，contents，equipments，and the teaching team on the experiment teaching for the course of Physical Properties of Foods is described.The experiences on how to improve the teaching effects via multi-media methods under the condition of high number ratio of students to equipments，and on how to enhance the students' ability of analyzing and resolving problems by comprehensive experiment design are summarized.At last the advices are given on the construction of the experiment teaching for the course of Physical Properties of Foods.

Physical Properties of Foods；experiment teaching；undergraduate teaching；large equipment

G642

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.12.053

1671-9646（2016）12b-0080-03

2016-10-05

西北农林科技大学教学改革研究项目（JY1302071）。

栾广忠（1968— ），男，博士，副教授，研究方向为粮油深加工技术及食品物性学。*

李文浩（1982— ），男，博士，副教授，研究方向为粮油深加工技术。