食品化学全过程学习创新实践教学体系构建

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  摘 要:现阶段食品化学本科教学的内容和方式已经落后与当代的食品领域的科学研究方式和学科发展水平,需要通过食品化学的内容的设计、教学方式的改变以及评价和激励措施等方面进行改革。该文主要介绍了食品化学课程教学和实践现状,以南京财经大学为例,探讨了构建食品化学全过程学习创新实践教学体系的措施,为提高食品化学专业工程教育教学体系的发展提供参考。
  关键词:食品化学;全过程学习;工程教育
  中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2018)01-0105-03
  “大学从来都不是静态的,而是随着环境改变和调整的机构”,美国高等教育在进入大众化阶段后,研究型大学或者在向研究型大学转变中的一些高校轻视本科教育的现象十分普遍。教师们关注自己的项目和研究,在课堂上通过被动的讲座式教学向学生们灌输知识,一定程度上,高校将变为本科生提供就业帮助的训练营[1]。进入21世纪互联网新时代,信息技术的发展使得获取知识的途径也越来越便捷,同时本科生对自己在大学的学习经历和效果要求越来越强烈,教师的主要任务不再是向学生确认和描述书本知识,而是要全过程教育和引导学生积极学习,培养良好的自主学习能力,实践创新能力,交流能力和团队精神。1990年,Ernest L.Boyer撰写的《Scholarship Reconsidered》认为,教授工作的重点领域是发现、综合、应用、教学。大学教授的学术应该包括学术探究的学术、整合的学术、应用的学术和教学的学术。Boyer的学术思想影响到全美很多研究型大学,开始在教师奖励、晋升一级终身教职评审中注重教学的效果。佐治亚大学设立学校最高教学奖-梅格斯奖,用于奖励在教学方面有突出贡献的教师。国内南京农业大学2009年开始开展教学质量标兵(后改名为“优秀教学奖”)的评选,对学生反响好的教学课程的教师进行评价和奖励。这些都是高效进行积极教学改革的先锋和榜样。
  虽然我们国家正在大力建设研究型大学,部分高校也正在由教学型向研究型大学转变,但是本科教育不能放慢改革的步伐,固步自封。基于传统的教学方法要想使本科生获得学习的顶峰体验难度非常大,随着信息技术的发展和教育理念变革,出现了MOOC(慕课),Flipped Classroom(翻转课堂)、微课程等教育和学习模式的新探索,旨在教育和引导学生积极学习,唤起本科生学习的热情,解决大一新生的“失范”和“失落”以及大学四年级“失望”的问题[2]。迈阿密大学计算机科学和系统分析系的3位教师在他们所教授的“软件工程”“数据结构”“程序设计基础”等课程中使用了翻转课堂教学方式,将讲座等被动学习从课堂抽离,推向家庭、图书馆或者其他时间,而把积极学习推向课堂,并在课堂内组织有效的团队相互协作,共同讨论解决问题。教师在这个过程中提供指導、回答问题和观察学生。学生更加喜欢新颖的教学模式,锻炼了创新和团队合作的能力。国内外慕课资源主要有以下几个平台(翻转课堂也是MOOC的一种形式):中国大学MOOC、学堂在线、爱课堂iCourse、MOOC中国、MOOC学院、美国Coursera、edx、Udacity、英国FutureLearn、德国iversity、日本的schoo.jp和Khan Academy,其中食品类学科的专业课程较少,相关课程正在建设中。需要注意的是MOOC本身不像公开课、教材作为 “教学资源”而存在,它本身是一个“教学过程”,是“学习服务”开始,需要教师和学校提供后续的学习服务,答疑解惑,建仿真实验室,提供现场教学和实验实践平台[4,5]。
  因此,未来成功的MOOC平台必将是由基于大学主导并且以翻转课堂为主要形式。笔者以南京财经大学为例,主要阐述了目前食品化学教学存在的问题,分析不足之处并提出食品化学翻转课堂体系建设的初步方案,通过对研究性问题的课堂探究和创新性、研究性实验实践,让学生建立以研究为基础的学习观,提高本科教学的质量。
  1 食品化学教学和实践现状分析
  1.1 国内食品化学教学和实践体系有待完善 通过在校调查分析,我校食品科学与工程学院设有食品科学与工程、食品质量与安全、粮食工程、应用化学4个本科专业,建有食品科学与工程一级学科硕士学位授权点;4个本科专业和研究生都要学习食品化学这门课程。南京财经大学对于科学研究十分重视,大力建设了粮油品质及深加工技术重点实验室,拥有一批进口的光谱、色谱、质谱、物性分析、微生物、基因工程、分离纯化等大型仪器设备,为教学和研究提供了平台,提高了学校的科学研究水平。随着科学技术的进步、高端仪器设备投入、平台的建设和食品领域的研究人员数量不断增加,食品化学的教学基础越来越好,研究范围不断扩展,相关文章的数量和水平也越来越高。南京财经大学食工学院在2014年至2016年间,发表SCI论文31篇,其中包含6篇Food Chemistry(Food Chemistry杂志影响因子2017年达到4.5)。论文发表范畴包含食品组分的营养、生理学、感官、风味和微生物变化;菜籽肽等生理活性成分和抗氧化成分的研究;稻谷、小麦等粮食加工、运输和储藏过程中发生的分子的化学和生物化学的变化以及组分、质量和安全性的变化等等。然而,尽管我院的科研水平取得了突飞猛进,但是发表高水平SCI论文学生人数偏少,大部分的学生在毕业论文的实践过程和研究生阶段在面临实验瓶颈时仍然不具有解决问题的能力,平时的课程学习没有任何实际帮助。究其原因,是由于现阶段食品化学本科教学的内容和方式已经远远落后与当代的食品领域的科学研究方式和学科发展水平。目前国内的教学中主要存在以下3个主要问题。首先是教学内容没有与时俱进。大部分高校基本上选择Fennema's Food Chemistry的中文译本(王璋、许时婴译,中国轻工业出版社)或者阚建全编的食品化学(中国农业大学出版社)以及其他书目,课程内容类似,主要包含水分、碳水化合物、脂类、蛋白质、酶、食品风味等章节。然而这些教科书,尽管版本不同,课程内容大体相同,并且是1940年到1996年的间科研成果,缺少对近20a食品化学发展成果的系统总结和更新。其次,目前国内本科食品专业教学方式沿袭了传统教学法。学生一直扮演被动地接受由教师选择和传授的课程内容的角色,教师年复一年的确认和描述书本内容,缺少教育和引导学生进行积极主动学习,无法培养学生的交流能力和团队精神。再次,实验课程的安排,主要以演示性或验证性为主的定性和定量实验,只锻炼了按步骤的实验操作能力,缺少让学生进行自主设计试验,无法锻炼学生解决问题的能力。这些因素在食品类工科人才培养中扼杀学生的创新能力、创新意识,浇灭了学生探究食品化学奥秘的兴趣。   1.2 国内外食品化学慕课课程建设现状 《食品化学》在食品类专业的课程中处于核心地位,目前国内外开设食品专业的院校基本上全部开设了《食品化学》这门课程,大部分院校包括浙江大学、南京财经大学等高校在研究生考试中将食品化学作为专业课初试考察课程或复试考察课程[6]。无论对于食品类本科生毕业后走向工作岗位还是对于研究生进行课题研究和出国深造,食品化学都十分重要。国内外的部分学者建立了食品化学相关的慕课课程,如中国海洋大学汪东风在中国大学MOOC开设的“食品化学”,课程主要从分子的水平介绍食品中天然和人工添加成分的结构、理化性质、食品功能性及与食品的安全性、营养性和享受性的关系,它们在食品加工及贮藏过程变化及对安全性、营养性和享受性的影响。江南大学杨瑞金在爱课程开设了“食品化学”,课程主要介绍食品组分的结构与性质、不同组分在食品加工和保藏中的物理和化学变化以及这些变化对食品色、香、味、质构、营养和稳定性的影响。麻省理工学院Patricia Christie教授开设了Kitchen Chemistry Course,课程从科学角度研究生活中常见的食品制备过程包括加热、储藏、加工中发生的变化。每周课堂学时2h,课外作业和阅读学时4h。通过进行食物(辣酱、薄煎饼、面包、奶酪、冰激凌、意大利面等)制作和品尝实验并探索食物背后的化学、生物化学、生物学、微生物学和少许物理学的反应原理,让学习者看到不一样的食物。学生需要参与80%的课堂实验,并对每个实验进行全程评价,哪些做得好,哪些不好,下学年可以改进的方法,同时学生需要写2~4页纸的食品化学的心得體会。在学期倒数最后一节课将是同学互教活动(peer teaching),单独一组或2人一组教授其他同学所学习到的食物制作方法讲解背后的原理。通过这种翻转课堂的教学模式的实施,不仅激发了学生学习食品化学的浓厚兴趣,而且锻炼了实践操作、团队合作、交流、表达和写作的能力,探究了食品化学现象背后的科学本质。
  目前国内已经开设的食品化学公共网络资源课程,为社会和在校本科生提供了系统的基础理论教学部分,方便学生进行知识的获取和学习,但是学生无法动手进行实验操作亲身体验食品中的化学变化和学生之间进行互动交流探究现象背后的本质的机会也很少。因此,探索食品主要组分的结构、性质和在加工保藏过程中发生的变化,引导学生“追根溯源”探究食品背后的化学奥秘,为学生创造“顶峰体验”,构建以研究为基础的食品化学翻转课堂教学体系对推动高等工程教育具有十分重要的意义[7]。
  2 食品化学翻转课堂教学体系规划
  本文从教学内容、实验实践、教学方式等方面构建食品化学翻转课堂教学体系,重点培养学生的自主学习、写作能力,实践创新能力,交流能力和团队精神,并进行全过程评价和考核,是对原有教育教学模式的总结和突破,符合新时代教学潮流。
  2.1 建立综合教学交流平台 实施翻转课堂的教学改革需要建立在线教学管理平台、门户社区平台、资源管理平台,同时与多媒体教室互联进行课前教学和理论课堂教学,借助学院平台和实验室平台进行实验课程教学,综合教学交流平台建设保证教学改革项目的顺利实施。
  2.2 丰富和完善教学内容 有效实施翻转课堂的物质基础是丰富的教学资源,在教学改革起步之初,需要提前总结近20a发表的与课程相关的代表性进展,并进行筛选和整理,制作教学补充材料。同时需要录制以单个知识点为主的微课程视频,并进行后期制作,力求做到清楚、准确、细致。同时为保证实验教学的质量和顺利实施,选取与课程相关的研究性实验项目,力求实验内容与课堂教学内容一致,与学院有关科研课题一致,与现实食品企业实际需求一致。
  3 食品化学教学体系建设实践
  针对食品化学课程教学过程中存在的3个普遍问题,结合翻转课堂的教学模式,构建以研究为基础的食品化学翻转课堂教学体系。
  3.1 教学内容的改革与更新 选取与现阶段食品化学教学内容相关的国内外研究食品化学著名课题组10个,利用学校图书馆的资源,收集发表在Food Chemistry,Journal of Agriculture and Food Chemistry,Food & Function,Food Hydrocolloids,Progress in Lipid Research等顶级杂志上的相关文章,对发表在1997年到2017年20a间关于食品化学相关的最新进展和热点研究领域进行筛选。主要收集以下两个领域的论文:(1)食品成分的化学反应和变化;(2)食品化学理论和应用。完成对现有知识点的补充,并形成食品化学补充材料,并体现我院食品科学教学与研究的特色。从中选取与课程相关的代表性进展,作为学习任务按进度发布,在资源管理平台发布相关参考资料。
  3.2 教学方式的改进 借鉴其他高校进行翻转课堂教学改革的经验,结合食品化学课程特点,建立课前设计模块、理论课设计模块、实验课堂设计模块和课后设计模块,选取部分章节进行教学方式的改革尝试。同时,在翻转课堂的实施过程中,建立综合评价机制,提高学生学习的参与度、积极性和综合能力。
  3.2.1 课前设计阶段 建设“食品化学”在线课程,将基础的知识理论体系录制视频,结合模拟仿真动画介绍、文字和解说,将重要知识点分割成10~15min的通俗易懂的微视频。学生在课堂外完成知识点的自学,要求学生自主学习、自定进度,相互协作,对学习资料进行整理,对不懂的地方提出问题,并完成课前练习和检验。
  3.2.2 理论课堂设计阶段 教师与学生进行互动,但是要主导课堂。课堂理论教学在课前教学的基础上,总结或者提出有研究价值的问题,引导学生进行积极讨论,激发学生交流、协作和表达。这部分的内容以食品化学的重点为主。比如:食品中美拉德反应、脂肪同质多晶现象,淀粉的糊化和老化等结合生活实际现象进行讨论。同时在实验教学中增加与课程内容相关的研究性实验,包括巧克力的制备、储藏中“白霜”和同质多晶现象的关系;方便面的制备过程和淀粉糊化老化的关系;食品风味的形成路径和食品美拉德反应所需的条件之间的关系。   3.2.3 实验课堂阶段 提出创新研究性实验项目,锻炼学生团队协作能力,实践动手能力,分析实际问题能力,实验设计能力,教师对实验结果进行评价。对于不成功的实验,学生进行总结,提出改进方法,对于成功的实验,学生演示和教会给其他学生[8]。
  3.2.4 课后设计阶段 为加深学生对于食品化学的理解和写作能力的锻炼,教师先发布课程主题相关的文献阅读资料和相关写作任务,学生进行阅读和分析,撰写文章,提交到课程资源网站,教师进行批阅。
  4 结语
  先秦著名思想家荀子晚年从事教学和著述,在其《儒效篇》中说“不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之;学至于行之而止矣”。从食品化学的内容的设计、教学方式的改变以及评价和激励措施等方面进行教学体系的改革,探索具有创新精神的高素质人才的培养方法,建立以研究为基础的学习观,“追根溯源”探索知识的真理并进行实践,解决实际问题,让学生“闻、见、知、行”,对于提高食品类本科生的质量和学院的科学研究水平具有十分重要意义。
  参考文献
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  [4]何榮,都立辉.粮油质量控制专业开放式教学的实验室管理研究[J].安徽农业科学,2015(3):379-380.
  [5]李彭,方勇,刘琴,等.仪器平台智能开放管理下的学生自主实践模式的研究[J].安徽农学通报,2017,23(13):168-171.
  [6]张文斌,杨瑞金,卢蓉蓉,等.中美高校《食品化学》课程比较[J].安徽农业科学,2011,39(8):4982-4984.
  [7]李学鹏,王金厢,徐永霞,等.《食品化学》教学中“转动课堂”教学模式的研究与实践[J].食品与发酵科技,2017,53(03):113-117.
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  (责编:徐焕斗)
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