还原真实产品研发过程及其生产工艺，设计项目式课程

李世媛 张文 杨佳乐 任益 申赛男 赵雅萍 朱叶

果汁饮料是一种深受广大中学生青睐的饮品，也是现代食品加工必不可少的产品之一。高中化学新课标[1]在选修课程STSE 综合实践主题中建议“调查食品中添加剂的使用并进行相关的实验探究”。生物新课标[2]也在选修课程“食品安全与检疫”模块开设建议中提出“要了解食品生产的途径”。人教版高中《化学》（必修第1 册）[3]中介绍了几种食品添加剂的作用，学生对食品添加剂有初步的认识，但很难体会食品生产过程中的问题解决思路和方法。

本文以“制作一款果汁饮料”为主题，通过对果汁生产史的文献研究和工厂实际调研， 设计了用于教学的果汁饮料制作探究活动，并对产品设计类项目式课程的开发进行了反思与讨论。

挖掘真人真事，外显问题解决思路

早在18 世纪人们就发现了用加热对果汁进行保鲜的方法，然而要提升果汁的品质，将其制作成产品则经历了漫长的探索过程。我们对果汁生产史上作出重大贡献的真人真事[4]进行梳理，提炼了其问题解决的方法如表1 所示。

基于对这些真人真事及其问题解决方法的梳理，不难发现：果汁饮料生产技术的突破往往是源于实际的需求，然后在实验研究的基础上发现可以解决该问题的物质或方法，再将其迁移应用到实际生产，从而实现提升产品质量的目标。例如，科学家发现维生素C 具有抗氧化的性质[5]，然后把它应用于果汁等食品的保鲜。

进一步通过对今麦郎、安德利等饮品公司研发人员的专访及文献研究，明确了果汁饮料的生产工艺流程[6]，将其转化为产品设计类项目的展开思路：首先明确目标产品，然后将目标拆解为若干子问题（例如：如何改善果汁饮料的口感、如何防止果汁褐变等），而后进行概念设计（如果汁生产中的调配等），找到解决子问题的途径，再通过精细化设计、权衡优化统整，得到详细的产品设计方案，最后进一步提炼总结该项目的问题解决思路。

项目拆解与任务活动规划

结合高中生的实际学情，将制作一款果汁饮料的项目拆解为4 个任务，形成项目框架（见表2）。

项目展开的具体设计

项目导引

通过查阅资料让学生了解常见果蔬的出汁率，再结合贮存条件选择制作苹果汁作为产品目标，使学生明确项目的目标，并依据果汁饮料的生产工艺流程，初步形成对本项目的规划。

设计意图：让学生结合查阅到的信息，思考实现项目目标要解决的问题及步骤，初步形成问题解决的路径，培养在真实情境下的分析和解决问题的能力。

任务 1：初步设计苹果汁饮料的配方

本任务可拆分为3 个活动。活动1 调研已有产品和用户需求，对市售苹果汁的分类及成分进行调研，了解目标用户的消费习惯和需求，认识食品添加剂的种类及其功能。活动2 让学生选取不同品种的苹果进行榨汁并过滤，通过对比选择口感好的品种。活动3 在发现原榨苹果汁的问题和不足的基础上，让学生从口感、色泽等角度初步形成苹果汁饮料的配方，并了解《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》。

设计意图：通过实际调研培养学生发现和分析问题的能力，通过自制苹果汁并初步设计配方，培养学生独立解决问题的意识和能力，最后通过了解《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》培养学生的食品安全意识。

任务 2：苹果汁饮料配方的优化

本任务是对学生初步形成的苹果汁饮料配方进行探究和优化。活动1 是通过探究果胶酶的作用及适宜用量和条件，提高苹果的出汁率。活动2 通过探究白砂糖、柠檬酸的适宜用量，改善苹果汁饮料的口感。活动3通过比较不同色素的效果差异、探究苹果香精的适宜用量提升苹果汁饮料的色泽和风味。活动4 通过探究维生素C 的性质和用量防止苹果汁饮料发生褐变，同时减少维生素等营养成分的损失，最后让学生明确苹果汁饮料的精细化制作方案（可参考图3）。各活动的开放度可根据高中生的实际学情，做弹性化处理。

设计意图：通过对果胶酶、维生素C 等食品添加剂的定性和定量探究，使学生深刻理解食品添加剂的功能，体会控制变量及系统分析的科学思想方法，并在小组合作中培养团队合作意识。

任务 3：制作苹果汁饮料

本任务是让学生在熟悉苹果汁饮料的详细配方以后，动手制作苹果汁饮料，并進行感官评定（见表3）。然后通过交流研讨选择合适的材料，设计苹果汁饮料的包装。

设计意图：通过动手制作和感官评定让学生学会评价果汁饮料的方法，体验达成目标的成就感。通过饮料包装的设计，使学生体会材料化学及艺术的重要作用。

任务 4：设计苹果汁饮料加工厂

本任务首先让学生讨论设计苹果汁饮料的生产工艺流程图及配套设备。然后选择合适的饮料加工厂厂址，并形成总体平面设计图。

设计意图：通过苹果汁生产工艺、设备及加工厂的设计，使学生体会工业生产与科学探究的差别，培养严谨的科学思维习惯及社会责任感。

成果交流

在完成了本项目后，组织学生设计产品的广告，基于产品特点进行宣传和营销，还可以举办产品发布会，进一步交流项目实施过程中的心得，总结问题解决思路。

设计意图：在设计广告和进行宣传营销的过程中，从科学、艺术、商业等各方面发展学生的综合素质，使学生能够学以致用，提高表达交流能力。

反思与讨论

分析文献深入调研

基于产品及其生产工艺设计的项目式课程的开发，首先需要通过文献研究寻找问题解决的真人真事，梳理其问题解决的思路和方法，然后对相关的产品研发部门进行调研，从而对已有问题解决思路进行优化，最后结合实际学情将实际生产的问题解决思路转化为项目的展开思路，并拆解为若干核心任务及学生活动。

化繁为简把握重点

产品的实际生产流程往往较为复杂，在转化为项目时不必面面俱到，把握关键要素和环节即可，重要的是通过蕴含着重要科学思想和方法的、学生可以动手实现的活动，发展学生的问题解决能力和创新思维能力，充分发挥其教学功能。

角色转换统筹兼顾

虽然项目式学习发生在课堂上，然而教师和学生的视野却要高于课堂，将自己的角色转换成产品研发人员，对所涉及到的各领域的知识进行全方位的思考和应用，统筹规划各项问题，在解决真问题的过程中全面发展核心素养，培养科学意识和社会责任感。