基于理实一体化教学模式的“制糖工业分析”与“仪器分析”课程整合

陈 碧，王小明，张春艳

（广西科技师范学院食品与生化工程学院，广西来宾 546199）

“制糖工业分析”是食品科学与工程（制糖）专业一门重要的专业必修课程，其任务是研究制糖工业生产中含蔗糖较多的物料分析，一般是指原材料（甘蔗、甜菜等）、半制品、成品和副产品的主要成分及含量分析，及其生产工艺流程中工艺参数的测定。要求学生能够按照制糖工业分析工作岗位要求，掌握常见项目分析方法的基本原理和基本操作技能，具备运用现代分析技术对制糖工业中原材料、半制品、成品和副产品和工艺流程进行全面质量控制能力，准确理解生产进行情况，改进工艺过程和设备降低生产，提高产品的产量和品质。现代仪器分析技术具有简单、快速、无损、环保、重现性好和专属性高等特点。为了实现制糖工业分析的实时分析、在线检测、过程分析和遥感监测，往往需要利用仪器分析技术进行分析，仪器分析技术逐渐成为制糖工业分析研究领域的主流技术和检测手段，同时在科研方面，制糖工业分析也向现代仪器分析方面延伸。

“理实一体化”即“理论教学与实践教学一体化”的简称，是一种理论知识讲解和实践技能训练并重的教学模式。基于此，将“仪器分析”这一“理”融入到“制糖工业分析”这一“实”中，整合为一门“理实一体化”课程进行教学，在学习经典的制糖工业分析方法基础上，通过延续性和对比性教学方法指导学习现代仪器分析技术分析，提高教学效率、加强知识前沿性和连贯性的学习、提升学生的学习兴趣、专业素养和综合应用分析实践能力，使学生能够更快、更好地进入专业角色和社会岗位。

1 “制糖工业分析”课程教学现状

目前，针对“制糖工业分析”可选教材版本较少，主要为20世纪80年代由华南工学院合编《制糖工业分析》和2016年杜国军主编《现代甜菜制糖工业分析》2类教材。针对于甘蔗为原材料制糖相应的教材未及时更新，课程内容主要阐述的传统的化学分析方法，多数分析时间较长、项目单一和试剂消耗量大、不利于快速分析、不便于实时在线检测、不利于指导工艺流程的改进、不符合现代制糖工业分析的要求。另外，“制糖工业分析”课程内容除了进行如水分、锤度、糖度、色值和还原糖分等常规项目的分析外，随着食糖GB 13104—2014国家标准的实施，增加了污染限量和食品添加剂在食糖中的使用规定。其中，污染限量的检测项目类型多，如农药残留、重金属残留和放射性物质等，而经典分析方法难以满足基质复杂和食糖国家标准中众多检测项目的需求。

2 “制糖工业分析”与“仪器分析”课程整合步骤

（1）绪论内容融合讲授，介绍“制糖工业分析”的主要研究任务、范围和特性，同时介绍仪器分析技术先进技术与方法特点及其应用范围，如旋光法测定不纯糖液中蔗糖的含量往往不够准确，为解决这一问题，不少国家和地区的研究者采用高效液相色谱法[1-2]、离子色谱法[3]、近红外光谱法[4-6]测定原材料（甘蔗、甜菜等）、半制品、成品中的糖分，这些方析法分能够得出真实、准确的蔗糖含量。通过对比、归类和案例分析方法教学手段，激发学生求知欲和学习兴趣，增强对课程内容融入和整合的认同感。

（2）第一部分讲授制“糖工业分析”基本知识，主要包括样品的采集与处理、检测项目特性与检测方法和检测仪器。重点介绍国际糖品法典标准（CAC） Codex Stan 212及其食糖国家安全标准GB 13104—2014的标准内容，其中重点介绍知识点为不同分析项目所采用的样品采集方法、前处理方式、标准的分析方法和相应分析方法中所运用的现代仪器。

（3）第二部分针对不同分析项目和实例，在讲授“制糖工业分析”常用经典分析方法基础，导入现代仪器分析方法其对应分析项目的应用，以原材料分析、制品检验、成品检验、水质分析和污水处理为5类主线，引导学生了解各类主线分析项目种类、项目特点，根据各类主线中不同项目性质结构和分析原理选择相应的检测仪器，培养学生综合已有理论知识和现有仪器条件选择简单、快速、无损、环保检测方法。

3 “制糖工业分析”与“仪器分析”课程整合存在的问题及解决方法

3.1 课程安排问题及教学方法的调整

“制糖工业分析”作为食品科学与工程（制糖）专业一门重要的专业必修课程，在开设该课程之前并未开设“仪器分析”课程，而“仪器分析”课程是一门综合学科，其仪器分析的方法、原理及应用广泛且各个领域特点不尽相同，在较短的学时内学生难以掌握相关领域的仪器分析的理论知识和操作方法，增加了教与学的难度。针对上述问题，在教学过程中采用以下方法来解决：①研读食糖国家安全标准GB 13104—2014中检测项目，并按照分析项目性质特点进行分类并加以总结与归纳，使学生更快和更好地掌握其中的规律。例如，食糖中阴离子的测定，首先了解需要检测的阴离子的种类，然后熟悉并详细介绍每种离子经典检测方法及其经典方法的优缺点，最后延伸出现代仪器分析离子色谱仪在阴离子检测的应用，并对比学习方法来学习经典方法与现代仪器分析方法各自的特点。②采用“理实一体化”教学模式，倡导“以学生为中心，以教师为主导，教、学、做一体化”。在介绍现代仪器的教学过程中，比如对于阴离子的检测，要求学生分组课前预习，预习的内容包括现代仪器分析中哪类仪器可用于检测食糖中的阴离子、指导学生查阅国内相关文献和查阅相关资料，在查阅资料和文献的基础上要求学生理解并掌握这类仪器的检测原理、结构和定量分析和定性分析的依据。上课时，首先学生小组交流文献查阅情况，形成小组意见；然后，小组之间进行讨论和辩论，在这个过程中，教师起主导和引导作用；辩论结束后，教师总结反馈知识点，形成共识后再进行实际操作。实验项目的选择要基于工作的需求，即要“实”；实验的技术要与仪器分析的基本理论有关，即有“理”，做到“理中有实，实中有理”。在教学过程中实行理论教学与实践教学“双管齐下”，在实验操作过程中不断强化学生操作技能，同时通过理论知识指导正确规范的实验操作，从而提高课程理论教学的质量与效率，有利于培养生产一线需要的高素质、创新性技能型人才。③课后注意教学反馈，对理论上课讨论情况和实验操作情况进行总结并书写成书面材料，根据学生的反馈意见整理教学内容、改进教学方法和完善教学模式，为下次课程教学提供方向和经验。④介绍制糖工业分析技术的发展趋势并渗透前沿学科信息，带入学生积极主动地关注实时动态和市场需求。

3.2 理论教学和实验教学问题及解决方法

在“制糖工业分析”实验教学中，分析项目众多而且每一种项目下又有多种分析方法。例如，还原糖分的测定就有4种测定方法，在实验教学中由于时间关系不可能将每种实验方法进行操作，因此如何开设实验也是一个关键性问题。针对上述问题，在教学过程中采用以下方法来解决：选择经典实验开设，如还原糖的测定开设实验为经典兰－艾农法，此方法基于费林试剂与还原糖发生氧化还原反应，由于此法的化学反应及显色机理比较复杂，同时反应终点受空气中氧气干扰，另外此实验操作时间偏长和需要配制试剂种类多且复杂，分析人员必须严格控制分析条件才能获得准确和可靠的测定结果，学生在实验操作过程容易出现不同的问题，让学生围绕实验出现问题通过查阅资料和相关文献寻找解决方案，这种“问题教学方法（Problem-Based Learning，PBL）”培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生在教学过程中的参与度，容易激起学生的求知欲和探索欲[8]。解决实验过程中配制糖液滴定体积的影响，可采用兰－艾农恒容法；解决实验过程中反应终点颜色判定误差，从而提高分析结果的准确度，可采用分光光度法；解决实验过程中试剂配制和多组分不能同时分析的问题，可采用高效液相色谱法[2]和离子色谱法[9]。在介绍各种分析方法过程中采用对比教学方法归纳总结各种方法的优缺点。

问题教学方法（PBL） 基本流程见图1。

图1 问题教学方法（PBL）基本流程

“制糖工业分析”课程知识的自身的特殊性，在实际分析工作需要用的仪器种类较多，由于学校经济条件限制部分仪器不能做到每个学生一台，特别是许多大型现代分析仪器设备。基于此种情况，充分利用在线仿真教学平台，进行仿真实验操作与测试。以原子吸收光谱法测定白砂糖中铜含量为例，在课堂教学中采用多媒体课件进行理论教学，在学生掌握原子吸收光谱仪的基本理论基础上播放约15 min的原子吸收光谱仪的使用视频，教师讲解原子吸收光谱仪的注意事项，学生每人一台电脑，结合理论教学内容和使用视频进行仿真模拟实验，学生查看模拟评分并针对评分中薄弱环节进行针对性的反复练习，教师对学生模拟操作进行评估并进行提问，仿真实验各子项目操作合格才能进行原子吸收仪器上机操作，增强学生的积极性、提高学习效果和软件操作能力。

3.3 教师专业素质和综合应用能力要求不断提高

“制糖工业分析”与“仪器分析”课程的整合，打破了2门独立课程的界限，这就要求教师不仅具备扎实的“制糖工业分析”理论知识、较强的实践和分析检测能力，且要求其能具有精深的现代仪器分析专业知识、精通多种现有仪器操作，并对同一个分析项目或同一类分析项目经典分析方法和现代分析方法了然于胸，对各种分析项目和方法能够做到融会贯通。一般情况下，从事食品科学与工程中制糖方向工作的教师对现代仪器分析技术了解不够深入，而从事现代仪器分析检测工作的教师对制糖工业流程和分析技术了解较少，缺乏综合知识和教学经验。基于上述情况，首先教师进糖厂，了解糖厂制糖过程中分析的项目、流程，确保教师具有熟练的实践操作能力；其次，不同专业的教师相互学习交流、查阅文献和关注国际或国家标准学术研究，在现有的硬件和软件基础上，通过自己的开发研究去补充教学资源；最后，教师不能局限于独立学科的教学，要树立整体观念、统筹兼顾和全局贯通的思想。

4 “制糖工业分析”与“仪器分析”课程整合的优势与成效

将“制糖工业分析”与“仪器分析”课程按模块化进行整合，可以使用于模块知识点教学的课时更加充分，有利于学生得到充分的锻炼和训练。其次，2门课程整合进行教学，使仪器分析技术与制糖工业分析实际紧密结合，理实一体，有利于激发学生的学习兴趣，也使学生的知识更有条理性和系统性。最后，“制糖工业分析”与“仪器分析”整合后的教学方法遵循理实一体化的教学理念，有利于学生社会能力和方法能力的培养。在教学过程中，以学生为主体，遇到问题，学生自主查阅资料，进行信息搜集和加工处理；信息收集好后，小组成员和小组之间的交流和讨论，可以培养学生的语言表达、逻辑推理和总结归纳的能力；实验过程中，小组成员互相配合，协作完成实验任务，可以培养学生团队精神；实验结束后，学生要对实验中存在的不足和成功之处进行自我反思、自我评估。总之，“制糖工业分析”与“仪器分析”整合教学后，学生学习的兴趣、积极性和主动性明显提高，成就感和自我认同感强，方法能力和社会能力明显提升，这对培养身心健康、高素质的应用型人才有重要意义。

5 结语

总之，“制糖工业分析”课程与“仪器分析”课程整合，按照实际社会需求重组了教学内容，体现了知识的连通性、交叉性和综合性，在充分掌握经典的分析方法基础上了解先进分析技术，从而通过对比学习并掌握现代先进分析技术，节省教学时间和教学资源。教师也不再局限于独立学科的教学，树立了整体观念、统筹兼顾和全局贯通思想，同时在“制糖工业分析”课程教学过程打破理论知识与实践操作相分离的传统教学模式，在教学过程中实行理论教学与实践教学“双管齐下”和实行理实一体化，在实验操作过程中不断强化学生操作技能和加强理论知识运用，通过理论知识指导正确规范的实验操作，从而提高课程理论教学的质量与效率，有利于培养生产一线需要的高素质、创新性技能型人才。