國(guó)家級(jí)一流本科課程《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》教學(xué)模式改革與創(chuàng)新

宋煥祿,王麗金,張雨,孟琦

(北京工商大學(xué) 食品與健康學(xué)院,北京,100048)

風(fēng)味是食品最重要的品質(zhì)指標(biāo)之一,其本質(zhì)是由食品中相應(yīng)化學(xué)分子的存在造成的?！懊褚允碁樘?食以味為先”,風(fēng)味是飲食之魂。未來(lái)食品發(fā)展的方向是風(fēng)味健康雙導(dǎo)向,即未來(lái)食品需要同時(shí)滿足人們對(duì)美味和健康的需求[1]。食品風(fēng)味品質(zhì)的精準(zhǔn)調(diào)控和不斷提升,是滿足人民群眾對(duì)美好生活的熱切期盼和向往的直接目標(biāo)和有力保障。目前,我們面臨著健康食品不夠美味、傳統(tǒng)特色食品的經(jīng)典風(fēng)味難以延續(xù)和標(biāo)準(zhǔn)化、新型食品風(fēng)味增強(qiáng)劑和天然食品香料的缺乏等問(wèn)題,食品風(fēng)味的精準(zhǔn)調(diào)控和提升成為當(dāng)前食品研發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此,培養(yǎng)掌握食品風(fēng)味相關(guān)知識(shí)的本科人才,成為助力食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展、為國(guó)民的美好飲食生活插上美味與健康翅膀的必要工作。

《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》是北京工商大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)的主干課程。課程圍繞風(fēng)味理論,重點(diǎn)講授食品風(fēng)味化學(xué)的研究領(lǐng)域、風(fēng)味物質(zhì)的研究方法。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),可使學(xué)生了解食品風(fēng)味化學(xué)的發(fā)展方向,掌握現(xiàn)代食品風(fēng)味分析的相關(guān)理論知識(shí),為從事食品風(fēng)味及其相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)施基礎(chǔ)。課程以理論講授為基礎(chǔ),配套了相關(guān)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué),重視理論與實(shí)踐相結(jié)合,定位于食品創(chuàng)新研發(fā)的工程類課程[2]。

課程團(tuán)隊(duì)教師均具有博士學(xué)位,專業(yè)背景涵蓋食品化學(xué)、分析化學(xué)、風(fēng)味物質(zhì)分析等領(lǐng)域。課程團(tuán)隊(duì)一直致力于各種食品中的關(guān)鍵風(fēng)味成分分析和風(fēng)味質(zhì)量控制,發(fā)表了大量的高水平論文[3-7],并將科研成果不斷助力教學(xué)?！妒称凤L(fēng)味化學(xué)與分析》課程于2018年12月建設(shè)了線上課程(慕課),并在“學(xué)堂在線”平臺(tái)上線,在線資源面向全社會(huì)免費(fèi)開(kāi)放,課程上線后深受廣大學(xué)習(xí)者的喜愛(ài)和好評(píng)。2019年7月,課程入選“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”平臺(tái)“學(xué)習(xí)慕課”欄目。2020年5月,課程英文版上線“學(xué)堂在線”國(guó)際平臺(tái),可供全世界有學(xué)習(xí)需求的人員進(jìn)行學(xué)習(xí)?！妒称凤L(fēng)味化學(xué)與分析》線上課程于2020年11月獲得教育部首批國(guó)家級(jí)一流本科課程認(rèn)證,目前已有2.1萬(wàn)多人進(jìn)行了注冊(cè)學(xué)習(xí)。

1 課程概況與特色

為加強(qiáng)食品專業(yè)的本科生對(duì)食品風(fēng)味相關(guān)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力,北京工商大學(xué)于2011年開(kāi)設(shè)了本課程,課程團(tuán)隊(duì)教師利用常年從事食品風(fēng)味化學(xué)相關(guān)研究的科研積累,將食品風(fēng)味化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)與科研成果相結(jié)合,培養(yǎng)了數(shù)百名食品風(fēng)味相關(guān)領(lǐng)域人才。建課以來(lái),課程團(tuán)隊(duì)根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)與最新發(fā)展,一直致力于教育教學(xué)理論改革和創(chuàng)新,不斷更新和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,追求理論與應(yīng)用并重,基礎(chǔ)與前沿共舉的培養(yǎng)理念與目標(biāo)。

與目前國(guó)內(nèi)其他高校所授相關(guān)課程相比[8-12],本課程的特色是從課程體系開(kāi)始就設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐的結(jié)合,即重視實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn),重在利用國(guó)際前沿的分子感官科學(xué)技術(shù)對(duì)風(fēng)味(氣味、滋味)物質(zhì)進(jìn)行分析,目的是教會(huì)學(xué)習(xí)者風(fēng)味分析的三部曲：(1)關(guān)鍵風(fēng)味活性化合物準(zhǔn)確的定性(鑒定)及定量；(2)關(guān)鍵風(fēng)味活性化合物的形成途徑推斷；(3)掌握關(guān)鍵風(fēng)味活性化合物在食品加工貯藏過(guò)程中的變化規(guī)律,以期從風(fēng)味入手進(jìn)行品質(zhì)控制。

學(xué)習(xí)的最終目的是學(xué)以致用,本課程能夠從風(fēng)味角度對(duì)食品加工貯藏從原輔料配方優(yōu)化,到加工工藝的優(yōu)化,乃至保質(zhì)期的確定以及異味物質(zhì)的鎖定,提供可靠有效的解決方案。另外本課程還響應(yīng)國(guó)家“2030健康中國(guó)”計(jì)劃,前瞻性地介紹了風(fēng)味與健康的關(guān)系,對(duì)三減(減鹽、減糖和減油)的機(jī)理進(jìn)行了介紹,立意深遠(yuǎn)。

1.1 課程體系

《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》的課程體系如圖1所示。

圖1 《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》課程體系概圖Fig.1 The schematic diagram of curriculum of “Food Flavor Chemistry and Analysis”

1.2 北京工商大學(xué)食品學(xué)科的優(yōu)勢(shì)

1.2.1 院士領(lǐng)銜的“食品添加劑”、“食品風(fēng)味化學(xué)”方面的領(lǐng)先地位

孫寶國(guó)院士在食品香料香精、食品風(fēng)味方面的研究取得了令人矚目的成就,從而帶動(dòng)了北京工商大學(xué)在這方面的發(fā)展,形成了學(xué)科優(yōu)勢(shì)。《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》課程負(fù)責(zé)人宋煥祿教授與孫寶國(guó)院士一起自主研發(fā)了“天然級(jí)肉味香精生產(chǎn)技術(shù)”項(xiàng)目,榮獲了2000年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)；這些成果奠定了北京工商大學(xué)在食品風(fēng)味研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,也為本課程的開(kāi)設(shè)打下了基礎(chǔ)。

1.2.2 軟科排名及ESI論文

根據(jù)軟科的最新排名,北京工商大學(xué)的食品學(xué)科位居國(guó)內(nèi)前10名,全球前20名；農(nóng)業(yè)領(lǐng)域ESI論文居全球前1%,目前為0.045%。這些都充分說(shuō)明了北京工商大學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢(shì),這也是我校成為北京市雙一流學(xué)科建設(shè)的有力佐證。

1.2.3 學(xué)校對(duì)食品學(xué)科發(fā)展的高度重視

北京工商大學(xué)以食品、商科為中心,對(duì)食品學(xué)科發(fā)展給予了政策傾斜以及經(jīng)費(fèi)投入的支持,尤其是相關(guān)先進(jìn)儀器的購(gòu)置使得我們的風(fēng)味研究如虎添翼,催生了大量高水平的科研成果以及學(xué)生們實(shí)驗(yàn)技能的熟練掌握。通過(guò)北京市食品風(fēng)味化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、分子感官科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等特色平臺(tái),為培養(yǎng)學(xué)生在食品風(fēng)味方面的創(chuàng)新研究提供了實(shí)踐載體,同時(shí)通過(guò)本科生導(dǎo)師制,鼓勵(lì)學(xué)生參與食品風(fēng)味領(lǐng)域創(chuàng)新研究。

1.3 前瞻性的國(guó)際視野

課程負(fù)責(zé)人宋煥祿教授于2004年9月至2005年8月,國(guó)家公派赴美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳校區(qū)(UIUC)Laboratory of Flavor Chemistry做訪問(wèn)學(xué)者,主要進(jìn)行食品風(fēng)味化學(xué)方面的研究,采用氣相色譜-嗅聞(GC-O)、香氣提取物稀釋分析(AEDA)、溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)(SAFE)、動(dòng)態(tài)頂空制樣(DHS)、氣-質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)等方法對(duì)美國(guó)鄉(xiāng)村火腿的香味活性物質(zhì)進(jìn)行了研究[13]。合作導(dǎo)師CADWALLADER教授是食品風(fēng)味界的知名教授,采用國(guó)際前沿的風(fēng)味分析技術(shù),開(kāi)展了一系列高水平研究,頗有建樹(shù)。他為學(xué)生開(kāi)設(shè)了食品風(fēng)味化學(xué)研究技術(shù)課程,介紹了國(guó)際先進(jìn)的風(fēng)味分析技術(shù)。正是在這種前瞻性的國(guó)際視野下,《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》課程博采眾長(zhǎng),既講授包括上游知識(shí)延伸到神經(jīng)生理學(xué)如嗅覺(jué)、味覺(jué)的傳導(dǎo)機(jī)制等內(nèi)容在內(nèi)的食品風(fēng)味化學(xué)基本知識(shí),又注重風(fēng)味分析具體的實(shí)驗(yàn)操作,實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際,解決風(fēng)味分析教學(xué)中的難點(diǎn)及痛點(diǎn)問(wèn)題。例如,重點(diǎn)講授氣相色譜-嗅聞(GC-O)技術(shù),強(qiáng)調(diào)風(fēng)味化學(xué)與經(jīng)典分析化學(xué)的不同之處,即風(fēng)味化學(xué)關(guān)注的是風(fēng)味活性物質(zhì),更大程度上取決于物質(zhì)的覺(jué)察閾值(不同化合物之間的閾值差了幾萬(wàn)倍,例如1-己醇在水中的氣味閾值是500 ng/L,而二甲基三硫醚為0.01 ng/L,相差50 000倍),并不是含量越高其對(duì)整個(gè)風(fēng)味輪廓的貢獻(xiàn)度就越大。一般情況下,色譜峰面積大的往往不是關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì),而一些小峰因其所含化合物的閾值較低,則被實(shí)驗(yàn)證明為特征賦予化合物(character-impact compounds)[14],而這正是目前國(guó)際前沿的分子感官科學(xué)的組成部分。宋煥祿教授已于2011年首次向國(guó)內(nèi)介紹分子感官科學(xué)[15],于2014年在國(guó)內(nèi)出版了第一部相關(guān)專著《分子感官科學(xué)》,系統(tǒng)介紹風(fēng)味化學(xué)國(guó)際學(xué)術(shù)前沿[16],并按照此方法對(duì)多種食品的風(fēng)味進(jìn)行了深入分析,旨在從風(fēng)味入手對(duì)食品生產(chǎn)貯藏過(guò)程進(jìn)行品控。

1.4 理論與實(shí)踐充分結(jié)合

食品風(fēng)味與人的感官緊密相關(guān),《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》課程內(nèi)容涉及味覺(jué)、嗅覺(jué)、三叉神經(jīng)感覺(jué)等的神經(jīng)生理學(xué)知識(shí),這決定了本課程在理論授課的同時(shí),必須讓學(xué)生親身實(shí)踐才能形成深切體會(huì),才能獲得真知學(xué)問(wèn)。因此本課程以人為本,尊重學(xué)生的主體地位,配套了相關(guān)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)。例如,在講授常規(guī)的分離純化儀器應(yīng)用和感官評(píng)價(jià)方法的基本原理時(shí),設(shè)置實(shí)驗(yàn)課,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力；在講授各類典型食品的風(fēng)味特征時(shí),用標(biāo)品配置成不同風(fēng)味的聞香瓶,讓學(xué)生在課堂上可以實(shí)時(shí)體會(huì),幫助學(xué)生形成深刻認(rèn)知,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。

1.5 教、學(xué)、研的三向融合與促進(jìn)提升

本課程充分利用北京工商大學(xué)在食品風(fēng)味化學(xué)領(lǐng)域的科研優(yōu)勢(shì)與研究經(jīng)驗(yàn),將實(shí)際研究中遇到的不同問(wèn)題作為案例,結(jié)合課本基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行有針對(duì)性地講解。例如,在講解固體、液體和半流體樣品中風(fēng)味物質(zhì)的提取分離方法時(shí),用大棗、飲料和酸奶等實(shí)際科研項(xiàng)目中的風(fēng)味物質(zhì)提取方法進(jìn)行講解,使學(xué)生對(duì)抽象的課本知識(shí)能夠快速理解并掌握。同時(shí),將科研中遇到的瓶頸問(wèn)題作為教學(xué)思考題在課堂上與學(xué)生充分討論,利用學(xué)生活躍的思維打破科研的傳統(tǒng)思考模式,集思廣益,促使解決問(wèn)題新方法的提出,最終達(dá)到教、學(xué)、研三向的貫通融合與相互促進(jìn)。

2 教學(xué)模式創(chuàng)新與改革

基于前期累積的教學(xué)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn),課程團(tuán)隊(duì)嘗試探索將智慧教學(xué)、信息化教學(xué)等創(chuàng)新教學(xué)模式融入課堂。

2.1 國(guó)家級(jí)一流本科線上課程建設(shè)

2018年12月本課程建設(shè)了線上課程(慕課),并在“學(xué)堂在線”平臺(tái)上線,在線資源面向全社會(huì)免費(fèi)開(kāi)放,任何有學(xué)習(xí)需求的人員均可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。

課程上線后深受廣大學(xué)習(xí)者的喜愛(ài)和好評(píng),2019年7月,課程入選“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”平臺(tái)“學(xué)習(xí)慕課”欄目,供全國(guó)黨員和廣大社會(huì)群眾在線學(xué)習(xí)。2020年5月,課程英文版上線“學(xué)堂在線”國(guó)際平臺(tái),進(jìn)一步供給全世界有學(xué)習(xí)需求的人員進(jìn)行學(xué)習(xí)。2020年11月,本課程成功入選教育部首批國(guó)家級(jí)一流本科課程[17]。目前學(xué)堂在線累計(jì)選課總?cè)藬?shù)已超過(guò)2.1萬(wàn)人,累計(jì)播放次數(shù)超過(guò)90余萬(wàn)次,課程于2021年8月已開(kāi)啟第七期(2021秋)選課學(xué)習(xí)。本課程運(yùn)行建設(shè)歷程如圖2所示。

2.2 依托數(shù)據(jù)評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度

在線上教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中,通過(guò)大規(guī)模數(shù)據(jù)可以為教師提供詳實(shí)客觀的數(shù)據(jù)依托,反饋學(xué)習(xí)者課堂達(dá)成度。線上課程后臺(tái)會(huì)動(dòng)態(tài)匯總每位學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù),包括：出勤率、完成率、做題時(shí)長(zhǎng)、提問(wèn)數(shù)、視聽(tīng)次數(shù)等內(nèi)容,通過(guò)觀察分析這些數(shù)據(jù)指標(biāo),教師能快速地細(xì)分學(xué)生學(xué)習(xí)程度。

教師通過(guò)討論區(qū)進(jìn)行在線答疑、發(fā)布討論題、開(kāi)設(shè)科普專欄(已開(kāi)設(shè)【風(fēng)味小常識(shí)】和【奇“聞”趣“味”】專欄)等,對(duì)風(fēng)味化學(xué)進(jìn)行多層次多角度解析,增加師生互動(dòng),激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)、比較、反思、重構(gòu),使其從單一的學(xué)習(xí),過(guò)度到應(yīng)用實(shí)踐,最后實(shí)現(xiàn)遷移創(chuàng)新。例如,在線上課程開(kāi)課的第二輪,教師發(fā)帖372個(gè),與學(xué)員們互動(dòng),總共發(fā)帖1 065個(gè)；在測(cè)驗(yàn)與習(xí)題方面,教師出題117個(gè),有55名學(xué)員參與了答題,正確率在90%以上。圖3所示為本課程2021春季學(xué)期通過(guò)與同平臺(tái)(學(xué)堂在線)其他課程相比,從五個(gè)方面所獲得的課程評(píng)估示意圖。2021年7月19日-25日活躍人數(shù)表示近7日有學(xué)習(xí)行為,包括觀看視頻、圖文,發(fā)帖或評(píng)論以及做題等,本課程超過(guò)了92.26%的同平臺(tái)課程；學(xué)習(xí)者總規(guī)模即本課程選課人數(shù),超過(guò)了67.08%的同平臺(tái)課程；論壇發(fā)帖回復(fù)率本課程超過(guò)了67.20%的同平臺(tái)課程；討論區(qū)人均互動(dòng)次數(shù)本課程超過(guò)了54.52%同平臺(tái)課程；討論區(qū)參與規(guī)模本課程超過(guò)了70.51%的同平臺(tái)課程。

圖2 《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》線上課程建設(shè)運(yùn)行歷程圖示Fig.2 The construction and operation of the online course “Food Flavor Chemistry and Analysis”

圖3 《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》線上課程(2021春季學(xué)期)與 同平臺(tái)(學(xué)堂在線)課程對(duì)比的課程評(píng)估Fig.3 Evaluation of the online course “Food Flavor Chemistry and Analysis” (2021 spring semester) compared with the course on the same platform (XuetangX)

2.3 重構(gòu)知識(shí)“點(diǎn)”強(qiáng)化知識(shí)“面”

以往,教師先通過(guò)知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯順序,依據(jù)經(jīng)驗(yàn)劃分的難易程度,進(jìn)而確定授課難點(diǎn)和重點(diǎn),并劃分授課比重,再制定教學(xué)大綱和課程教案。但是在實(shí)際教學(xué)中,由于教師無(wú)法及時(shí)獲取學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度,造成教學(xué)要求與實(shí)際學(xué)習(xí)情況存在一定程度的脫節(jié)。

現(xiàn)在,通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù),能夠分析出知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)度,清晰展示了不同學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握程度,以及知識(shí)點(diǎn)之間達(dá)成度的相關(guān)性。教師在教學(xué)或答疑中,相對(duì)弱化獨(dú)立知識(shí)點(diǎn)的介紹,重點(diǎn)突出知識(shí)點(diǎn)之間的連線。結(jié)合案例教學(xué),建立知識(shí)之間的互動(dòng),構(gòu)建知識(shí)網(wǎng),用已有的網(wǎng),捕捉新的知識(shí)點(diǎn),把網(wǎng)織密,把網(wǎng)孔縮小,因此重新對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)劃分,重構(gòu)知識(shí)“點(diǎn)”、“線”和“面”,完成教學(xué)課綱的持續(xù)更新及改進(jìn)。

2.4 課程思政與弘揚(yáng)文化

本課程在系統(tǒng)介紹食品風(fēng)味化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)的過(guò)程中,將課程思政融入課堂教學(xué),以生活中食物的風(fēng)味特征為案例,提升學(xué)生對(duì)課程理論知識(shí)的理解,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,使學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)能力。通過(guò)學(xué)習(xí)食品風(fēng)味與工藝流程的關(guān)系,提升學(xué)生對(duì)我國(guó)食品工業(yè)發(fā)展的認(rèn)同和自豪感。例如,在課程中系統(tǒng)介紹我國(guó)傳統(tǒng)食品的風(fēng)味特征、形成機(jī)制及其在飲食文化中的應(yīng)用,弘揚(yáng)我國(guó)傳統(tǒng)飲食文化精髓；以我國(guó)優(yōu)秀食品企業(yè)及其經(jīng)典產(chǎn)品作為案例,使學(xué)生了解如何結(jié)合市場(chǎng)和企業(yè)需求,從風(fēng)味角度更好地進(jìn)行食品品質(zhì)控制。學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),一方面可以為滿足人民群眾對(duì)美好生活的熱切期盼和向往提供理論基礎(chǔ),另一方面也為我國(guó)食品安全和“健康中國(guó)2030”[18]貢獻(xiàn)力量。

2.5 教學(xué)對(duì)科研與食品產(chǎn)業(yè)的促進(jìn)作用

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),北京工商大學(xué)食品科學(xué)與工程、生物與醫(yī)藥(食品方向)的研究生與本科生在掌握了食品風(fēng)味化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)后,在食品科研領(lǐng)域進(jìn)行了積極實(shí)踐與探索,每年都能在SCI二區(qū)(中科院分區(qū))以上的學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表食品風(fēng)味化學(xué)領(lǐng)域的研究文章。

3 總結(jié)

《食品風(fēng)味化學(xué)與分析》課程致力于教育教學(xué)理論改革與創(chuàng)新,不斷探索將智慧教學(xué)模式融入課堂的方式并提高教學(xué)效果,課程配套的線上課程獲得了首批國(guó)家級(jí)一流本科課程,課程同步上線“學(xué)堂在線”國(guó)際版,在國(guó)內(nèi)外均產(chǎn)生了廣泛的影響。正是由于前瞻性的國(guó)際視野和學(xué)術(shù)前沿的介紹、積極探索理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方式以及免費(fèi)注冊(cè)線上學(xué)習(xí)等措施,使得本課程具有較強(qiáng)的實(shí)用性,為廣大學(xué)習(xí)者所青睞,滿足了相關(guān)領(lǐng)域人員對(duì)食品加工生產(chǎn)的需求,為食品加工貯藏過(guò)程中風(fēng)味品質(zhì)控制打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),提供了新的思路。