基于工程教育認(rèn)證的“食品化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革研究

邵秀芝，孫 華，于功明，曲靜然

（齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院），食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250353）

工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的12條畢業(yè)要求，其重點(diǎn)在于要求學(xué)生具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識和科學(xué)原理，較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，從而達(dá)到分析、解決和研究復(fù)雜工程問題的目標(biāo)，同時還應(yīng)具備良好的的人文科學(xué)素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通交流能力及終身學(xué)習(xí)能力等綜合素質(zhì)[1]。因此，在專業(yè)課程體系中需設(shè)置必要的實(shí)踐教學(xué)，以達(dá)到完成學(xué)生的能力培養(yǎng)和素質(zhì)養(yǎng)成的工程教育任務(wù)[2]。“食品化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)”是在“食品化學(xué)理論”和“食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)”開設(shè)的基礎(chǔ)上，課外開設(shè)的一門實(shí)踐技能課，依托開放的食品分析實(shí)驗(yàn)室和食品工藝實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)與課外相融合、開放與創(chuàng)新相整合，開拓學(xué)生的科研思路，提升科學(xué)研究能力與新思維能力。齊魯工業(yè)大學(xué)為鼓勵學(xué)生參與開放實(shí)驗(yàn)，出臺了開放實(shí)驗(yàn)課程可替代本專業(yè)選修課學(xué)分的辦法。近5年來，學(xué)校每年為學(xué)生開設(shè)“食品化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目3～5個，每位學(xué)生都選修了“食品化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)”。2015年以來依據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及食品專業(yè)的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，剖析了“食品化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)”的課程目標(biāo)，不斷改進(jìn)開放實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

1 課程教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的畢業(yè)要求，“食品化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生能運(yùn)用食品化學(xué)原理發(fā)現(xiàn)食品生產(chǎn)過程中的問題，并采用科學(xué)方法合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；能結(jié)合文獻(xiàn)資料分析食品生產(chǎn)中存在的復(fù)雜工程問題，并提出解決方案；學(xué)生能選擇和使用合適的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)工具，具備食品加工及安全問題分析的能力；能主動與團(tuán)隊(duì)成員開展合作研究。課程的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生不僅能鞏固、加深“食品化學(xué)”所學(xué)的理論知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和團(tuán)隊(duì)合作能力。

2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

近年來，開設(shè)過的開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有蓮藕酶促褐變的抑制及保鮮藕片的制作、發(fā)酵果汁型酸奶的制作及品質(zhì)鑒定、植物中有效成分的提取及提取液的濃縮、酸牛乳的主要理化指標(biāo)的檢測、現(xiàn)代儀器分析方法測定食品中有害污染物殘留、地溝油鑒別檢測方法探討、食品物性的測定、酶在果汁飲料中的應(yīng)用及果蔬汁飲料的制作等12項(xiàng)，一部分項(xiàng)目來源于教師科研項(xiàng)目，一部分來源于當(dāng)前食品研究的熱點(diǎn)，還有一部分來源于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的拓展。每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置24～32學(xué)時（1學(xué)分），每個項(xiàng)目限定選修人數(shù)20人。開放實(shí)驗(yàn)有綜合性和設(shè)計(jì)性2類實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)鼓勵學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，最終達(dá)到能獨(dú)立制定產(chǎn)品工藝流程，完成產(chǎn)品試制的目的。綜合性實(shí)驗(yàn)以單元操作或儀器設(shè)備操作為重點(diǎn)，使學(xué)生綜合利用所學(xué)知識，培養(yǎng)其提出問題、分析問題和解決問題的能力，綜合操作性實(shí)驗(yàn)以設(shè)備或儀器的操作為重點(diǎn)，側(cè)重對學(xué)生工程操作技術(shù)的訓(xùn)練。

3 改革教學(xué)模式

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生根據(jù)教師講授的方法按部就班地進(jìn)行操作步驟，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、判斷與解決問題等過程，使學(xué)生的科研思路狹窄，對遇到的不確定性和不可預(yù)期性的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無法找到解決的辦法。以“蓮藕酶促褐變的抑制及保鮮藕片的制作”項(xiàng)目為例，探討項(xiàng)目教學(xué)法在“食品化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)”中的應(yīng)用。

3.1 問題的提出

在開課前，教師講授項(xiàng)目的來源和最終的成果要求，同時基于問題導(dǎo)向，提出有關(guān)問題。例如，原材料如何選擇，影響藕片品質(zhì)的因素、藕片的處理工藝和方法，如何控制藕片的變色，如何包裝，如何控制生產(chǎn)成本保障食用安全？依據(jù)食品化學(xué)理論課中酶、色素這2章所涉及的多酚類化合物的酶促褐變機(jī)制及控制原理，學(xué)生分組查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)是篩選出抑制褐變的最佳組合劑，制備出食用營養(yǎng)安全、綠色健康的鮮藕片。

3.2 方案論證

學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在規(guī)定時間內(nèi)向指導(dǎo)教師匯報(bào)，每個小組的匯報(bào)時間15 min，指導(dǎo)教師與學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)方案的可行性，同時對每位學(xué)生提出問題，以便了解實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的參與度。針對蓮藕的褐變問題，各組提出的處理方法有熱處理、酸法、亞硫酸鹽法、驅(qū)除氧法、肉桂酸或阿魏酸法等，每組都設(shè)計(jì)了2種以上的處理方法來抑制褐變，有的采用三因素三水平設(shè)計(jì)了L9（34）正交試驗(yàn)，有的采用傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代新方法進(jìn)行比較。以測定多酚氧化酶活性、褐變度、硬度等為指標(biāo)，評價鮮藕片的品質(zhì)。所使用的主要儀器設(shè)備有紫外可見分光光度計(jì)、質(zhì)構(gòu)儀、真空充氣包裝機(jī)等。在設(shè)計(jì)選用哪種抑制褐變及處理方法時，分別從經(jīng)濟(jì)效益、食用營養(yǎng)和安全等方面探討了抑制褐變的處理方法和處理工藝。實(shí)驗(yàn)方案的論證和討論中，將前沿知識用于教學(xué)中，開拓學(xué)生的思路，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和分析問題的能力，尤其是培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和新思維能力。

3.3 項(xiàng)目實(shí)施

實(shí)驗(yàn)前學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)所需的材料、食品添加劑、儀器設(shè)備等清單，指導(dǎo)教師購買實(shí)驗(yàn)材料、調(diào)試儀器設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)操作實(shí)施過程中，實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開放狀態(tài)。學(xué)生根據(jù)擬定好的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行原料處理、試劑配置、儀器設(shè)備調(diào)試等，指導(dǎo)教師時時跟蹤實(shí)驗(yàn)操作過程，及時給予指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)中針對抑制褐變方法，選用經(jīng)濟(jì)有效、食用安全的抑制劑。對于實(shí)驗(yàn)中遇到的不可預(yù)期的現(xiàn)象時，學(xué)生再次查閱文獻(xiàn)資料，解決出現(xiàn)的問題，修定實(shí)驗(yàn)方案，直至達(dá)到有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。例如，實(shí)驗(yàn)中測定多酚氧化酶的酶活時，數(shù)據(jù)測定不穩(wěn)定，通過綜合分析找出了操作中存在的問題并加以解決。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象分析時，大多數(shù)學(xué)生只知其然不知其所以然，通過教師指導(dǎo)，學(xué)生再次查閱文獻(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中能用理論恰當(dāng)?shù)胤治鰧?shí)驗(yàn)現(xiàn)象和原因。這種基于問題導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，大大提升了學(xué)生提出探究性問題的能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。

3.4 考核評價

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價一般包括考勤、實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，沒有真正體現(xiàn)學(xué)生的能動學(xué)習(xí)和科研素養(yǎng)[3-4]?！笆称坊瘜W(xué)開放實(shí)驗(yàn)”的考核評價包括實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告3個部分，主要考核內(nèi)容包括在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中的參與度、方案論證時對問題的解答情況、實(shí)驗(yàn)方案的合理性；實(shí)驗(yàn)過程中的參與和協(xié)作程度、對問題的解決能力、動手能力等；實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論、獨(dú)到見解等。3個部分的考核評價成績比例為4∶3∶3，注重評價實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)階段，能反映學(xué)生掌握和運(yùn)用知識的能力。這種過程性考核評價是強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施中對學(xué)生的綜合評價，具有導(dǎo)向、診斷、調(diào)節(jié)和激勵等屬性[5]。

4 結(jié)語

“食品化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)”是提升學(xué)生綜合運(yùn)用知識能力、解決復(fù)雜工程問題能力、鍛煉操作能力和協(xié)調(diào)溝通能力等的重要環(huán)節(jié)，這些能力的達(dá)成，有助于工程教育認(rèn)證中食品專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，學(xué)?！笆称坊瘜W(xué)開放實(shí)驗(yàn)”的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)已連續(xù)實(shí)施了5年，收到了較好的教學(xué)效果，學(xué)生受益匪淺。通過引入項(xiàng)目教學(xué)法，并與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行比較，在項(xiàng)目教學(xué)法模式下，構(gòu)建有效的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、開放實(shí)驗(yàn)室、進(jìn)行過程考核評價，能有效激發(fā)學(xué)生主動探究學(xué)習(xí)，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力、實(shí)踐動手能力，以及解決食品加工中復(fù)雜工程問題的能力，為學(xué)生達(dá)到畢業(yè)要求與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?；诠こ探逃J(rèn)證的成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)等核心理念[6]，“食品化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)”還需不斷優(yōu)化開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)過程，不斷提升教學(xué)質(zhì)量，以保障畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標(biāo)相符合，滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求。