基于信息技術(shù)與產(chǎn)學研融合的“食品化學”教學改革與實踐

楊玥熹，黃建穎，陳 杰，房 升，施永清

（浙江工商大學 食品與生物工程學院， 浙江 杭州 310018）

0 引言

“食品化學”是食品科學與工程專業(yè)的主干課程和核心課程，也是食品相關(guān)專業(yè)的一門重要基礎理論課，主要闡述食品中各主要化學成分的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及相互作用，從化學反應角度研究食品的加工、貯藏、包裝、運輸?shù)纫蛩貙κ称焚|(zhì)量、營養(yǎng)價值、貨架壽命、安全性等方面的影響[1]?！笆称坊瘜W”是多學科互相滲透的一門新興學科，食品、化學、生物學、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和材料科學都在不斷向食品化學輸入新鮮血液，也都在利用食品化學的研究成果，是食品科學與工程各個學科中發(fā)展很快的一個領域[2]。該課程為進一步學習“食品工藝學”“農(nóng)產(chǎn)品貯藏與保鮮”“食品添加劑”“食品安全學”等專業(yè)課程提供了必要的基礎知識，同時也為學生日后從事食品的研發(fā)、品質(zhì)控制、質(zhì)量監(jiān)督相關(guān)工作提供了較為寬廣的理論基礎和研究方法，具有集理論性、技術(shù)性、應用性、多學科交叉性、綜合性、實踐性、創(chuàng)造性、職業(yè)性等為一體的特點。

在食品化學研究領域，新的研究方法和成果不斷涌現(xiàn)，使得“食品化學”課程的知識內(nèi)容和體系不斷擴充，其所涉及的知識點與食品“從農(nóng)場到餐桌”的多個環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，在食品專業(yè)整個教學體系中發(fā)揮著舉足輕重的作用。“食品化學”教學范圍需要在過去“食品中重要成分結(jié)構(gòu)表征及化學反應”的基礎上向“食品研發(fā)中的食品化學問題”拓展和轉(zhuǎn)變，不僅需要學生掌握食品中主要成分的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，及其在加工和貯藏等過程中物理、化學、生物化學變化及相互作用等基礎知識點，還需要理解這些變化和作用對食品感官品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)及貯藏穩(wěn)定性的影響，進而培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和解決食品產(chǎn)業(yè)鏈中化學問題的能力，使其能在食品行業(yè)各種崗位（如研發(fā)、品控、供應鏈、督查） 中實際應用，并系統(tǒng)集成為食品創(chuàng)新的能力。在信息化時代，尤其是后疫情時代，傳統(tǒng)的LBL（Lecture-based Learning） 教學及考核模式對于完成“食品化學”的教學目標比較困難，需要進行教學改革。

1 學情及教材分析

該課程開課時間一般在大學二年級，授課對象已經(jīng)具備一定的大學化學（“有機化學”“無機化學”“分析化學”“物理化學”“生物化學”） 基礎知識[3]，以及相關(guān)實驗操作技能，大多數(shù)有志向從事食品研發(fā)/生產(chǎn)相關(guān)工作，對該課程有一定的興趣；但尚缺乏對已有知識的融匯貫通能力及應用能力，并存在知識遺忘的問題，缺乏食品研發(fā)/生產(chǎn)相關(guān)經(jīng)驗，學習積極性有待提高?！笆称坊瘜W”教材多以食品中主要成分劃分章節(jié)，如水和冰、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、酶、色素，每個章節(jié)獨立性較強，機械地按章節(jié)教學很難促進學生融會貫通。酶和色素與“食品添加劑”課程教學內(nèi)容有交叉，食品風味化學章節(jié)與“食品感官分析”課程教學內(nèi)容有交叉、食品中的有害成分章節(jié)與“食品安全學”課程教學內(nèi)容有交叉。

2 基于信息技術(shù)與產(chǎn)學研融合的教學理念及策略

2.1 教學理念

在信息化大背景下，教學內(nèi)容緊跟食品產(chǎn)業(yè)新技術(shù)新工藝中的食品化學問題，確保授課內(nèi)容實現(xiàn)“基礎”和“前沿”相結(jié)合，教學重心向應用型拓展和轉(zhuǎn)變，挖掘產(chǎn)學研的結(jié)合點。教師需要利用信息化技術(shù)優(yōu)化課程內(nèi)容[4]，利用有效的信息化教學手段與方法，在師生互動中培養(yǎng)學生分析、聯(lián)想與比較能力，促進學科專業(yè)知識的融會貫通，促進師生共同學習、共同進步。通過該課程教學，使學生在掌握先進的系統(tǒng)的“食品化學”知識的同時，理解食品品質(zhì)變化的本質(zhì)原因，并能在一定程度上反思食品加工工藝、配料、設備的合理性，培養(yǎng)學生客觀、全面的食品工程與食品安全融合性思維模式，培養(yǎng)學生自學能力和一定的探索性學習研究的能力，使學生具備一定的科學思維和實驗工作能力，并激發(fā)學生的創(chuàng)新精神與發(fā)散思維。

2.2 教學策略

采用指導性和生成性相結(jié)合的教學策略，“以生為本”，培養(yǎng)學生自主學習能力。對于理論性強的內(nèi)容，如冰晶結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等，采用指導性教學策略，多運用PBL（Problem-Based Learning） 教學方法，通過實物演示、動畫展示等形象地提出問題，并引導學生回答問題[5]。對于食品成分的功能性質(zhì)及其在加工及貯藏中的變化等實際應用性強的內(nèi)容，則應用CBL（Case-based learning） 教學方法，引導學生討論、聯(lián)想、類比，進而培養(yǎng)學生學習興趣和積極性，明確學習目的和應用領域。對于拓展型前沿性知識，則應用TBL（Team-Based Learning）教學法，通過組織興趣小組討論，引入翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，指導學生自學。

3 基于信息技術(shù)與產(chǎn)學研融合的教學實踐

3.1 信息化為背景的課堂有效溝通體系構(gòu)建

在信息化背景下，課堂有效溝通機制構(gòu)建主要包括師生雙向的多維化信息傳遞體系構(gòu)建和系統(tǒng)化評價/ 反饋體系構(gòu)建。該課程依托中國大學MOOC（慕課）、學習通教學平臺[6]、對分易小程序、“食思匯”微信公眾號，搭建多層次多維度的課程溝通網(wǎng)絡，可實現(xiàn)O2O（Online To Offline） 混合式教育[7]模式，最大程度合理利用空間和時間。通過課慕課和學習通教學平臺，教師可布置預習及復習任務，進行分組討論和小組任務，進行師生交互式討論，實現(xiàn)教師點評、學生自我評價和小組互評，并可及時收集學生意見反饋。通過對分易小程序和“食思匯”微信公眾號，鼓勵課程興趣小組和實踐小組可及時匯報及展示自學成果，使得學生能在發(fā)現(xiàn)日常生活中食品化學問題，思考食品化學物質(zhì)及反應的分子本質(zhì)，提升食品科學的綜合素養(yǎng)。

3.2 基于產(chǎn)學研的“食品化學”信息化教學資源庫的構(gòu)建

隨著教育體制改革的深入，我國高等教育正朝著教學與社會實踐相結(jié)合的方向發(fā)展，提倡學生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和實踐能力的提高[8]。近年來，食品研究與開發(fā)高新技術(shù)的發(fā)展日新月異，國內(nèi)外食品質(zhì)量與安全問題層出不窮，為高校“食品化學”教學改革帶來了機遇，也提出了挑戰(zhàn)?；诖耍n程內(nèi)容需要橫向拓展和縱向拉伸，引導學生在信息化時代適應產(chǎn)業(yè)需求和研究需要，不斷提升自主學習能力，培養(yǎng)優(yōu)秀的創(chuàng)新型、科研型、應用型、復合型人才[9]，以滿足社會對食品專業(yè)人才的需要。

3.2.1 教學資料庫

教學資料庫的建設具有促進主動式、協(xié)作式、自主型學習的作用，是形成開放、高效的新型教學模式的重要途徑。為實現(xiàn)“食品化學”教學資源的多元化[10-11]、規(guī)范化和系統(tǒng)化，增進“食品化學”課程教學的互動性和實踐性，該課程教學資料庫在不斷擴充原有教具/ 圖片庫、Flash 分子結(jié)構(gòu)動畫庫、試題庫基礎上，增加了實景短視頻庫、橫向課題庫、SCI 前沿論文庫建設。學校食品專業(yè)有近60 年的人才培養(yǎng)歷史，已有的畢業(yè)生遍布省內(nèi)外知名食品企業(yè)，主要分為食品工業(yè)（食品原料及配料、食品生產(chǎn)、食品物流等） 和食品工業(yè)+（添加劑、廚房小家電、中央廚房等）。實景短視頻庫中的視頻資料主要在校友企業(yè)和橫向項目合作企業(yè)采集，并征得企業(yè)授權(quán)。例如，豆腐柴果膠凝膠過程、大豆蛋白組織化過程、油脂精煉過程、乳液微膠囊形成過程、藕淀粉沉降過程、披薩速凍過程等，激發(fā)學生興趣。SCI 前沿論文庫主要結(jié)合授課教師團隊所承擔的科研基金項目而建立，主要涵蓋植物蛋白（大豆蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白等）、動物蛋白（豬肉蛋白、牛肉蛋白、血紅蛋白等）、碳水化合物（抗性淀粉、結(jié)冷膠、低聚糖等）、植物提取物（茶多酚、胡蘿卜素等）、維B12等） 前沿研究論文，供學生下載學習、討論和實踐應用。在教學中融入上述新的科學研究課題和成果，可引導學生了解一些前沿科學知識和動態(tài)，從而開闊眼界，拓寬視野，激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。在學生導師制的指引下，鼓勵學生參與教師主持的橫向項目，并部分衍生為大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目、“挑戰(zhàn)杯”競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+ 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽”等[12]。讓以學生走進科研實驗室常態(tài)化，充分讓學生體會“學以致用”，調(diào)動學習積極性和自信心，實現(xiàn)教學內(nèi)容和生產(chǎn)實際的無縫對接[13]。最大限度地提升學生對基本理論知識的掌握程度，提高理論教學實用性，提高學生分析和解決實際問題的能力，增進學生學科綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

3.2.2 學生學習過程檔案庫

在課程建設頂層設計的OBE（Outcome-based education） 理念指導下，嘗試把學生能力培養(yǎng)效果和學生的學習反饋指標化，并進行分項記錄和數(shù)據(jù)分析，進而建立每個學生的學習過程檔案庫。主要包括學生課堂討論、課堂檢測、課后習題、學生意見反饋、小組學習、參加科研項目、參加競賽項目、考試各分項分記錄和數(shù)據(jù)分析。通過上述系統(tǒng)化的過程性記錄和分析，可進行即時性學情分析，有助于及時調(diào)整教學進度，進行“遞進式”的課程安排[14]，重點關(guān)注后進學生，對于應用課程內(nèi)容的競賽進行相關(guān)的靶向性指導。根據(jù)學生學習過程檔案，進行教學反思，提出持續(xù)改進的個性化建議和方案。

4 結(jié)語

課程組在近5 年“食品化學”課程教學過程中，結(jié)合中國大學MOOC（慕課）、學習通網(wǎng)絡教學平臺，進行教學策略和評價方法創(chuàng)新，對教學重點和難點進行信息化重構(gòu)，產(chǎn)教融合，科研反哺，不僅滿足了“工商融合”的高素質(zhì)創(chuàng)新型食品專業(yè)人才培養(yǎng)需要，也推進了學院的信息化、專業(yè)化、共享性、優(yōu)質(zhì)數(shù)字化資源建設，提高了學院食品學科教師的教學水平。在食品專業(yè)工程認證達成度評價體系下，2015 級、2016 級、2017 級、2018 級食品科學與工程專業(yè)及食品創(chuàng)新班學生的“食品化學”課程完成度都超額達標，并逐年提升。