基于STEM理念的“食品添加劑”課程研究

李 穎, 張 玲, 邱松山, 姜翠翠, 羅劍斌

（1.廣東石油化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院, 廣東茂名 525000；2.廣東茂名農(nóng)林科技職業(yè)學(xué)院, 廣東茂名 525000）

0 引言

STEM即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）英文首字母的縮寫, 最早由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)于2001年提出, 最近幾年全球STEM教育領(lǐng)域發(fā)展速度驚人, 我國(guó)學(xué)者或?qū)W校在六七年前幾乎不了解STEM, 但現(xiàn)在已成為各學(xué)校交流討論的熱點(diǎn)話題[1-2]。針對(duì)當(dāng)前學(xué)?！笆称诽砑觿钡膫鹘y(tǒng)教學(xué)模式, 存在教學(xué)方式單一、學(xué)習(xí)內(nèi)容以教材為主、學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱等問(wèn)題, 將STEM理念融入并應(yīng)用在“食品添加劑”課程, 通過(guò)研究設(shè)計(jì)合理的教學(xué)內(nèi)容、活動(dòng), 吸引學(xué)生深入探討參與學(xué)習(xí)、累積經(jīng)驗(yàn), 并掌握重要概念、方法和技能, 發(fā)展對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的興趣, 了解科學(xué)家、工程師、發(fā)明家工作的意義和價(jià)值, 激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力, 提升學(xué)業(yè)成績(jī)；有目的、有計(jì)劃地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)、實(shí)踐能力, 提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

1 課程分析

1.1 課程教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)引導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)的方向, 決定學(xué)生能力的獲得。根據(jù)學(xué)校食品科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及課程思政新要求, 設(shè)計(jì)多方融合的教學(xué)目標(biāo)。

（1）知識(shí)目標(biāo)。按照布魯姆教育目標(biāo)分類法[2], 以認(rèn)知領(lǐng)域教育目標(biāo)的6個(gè)層次, 包括識(shí)記、領(lǐng)會(huì)、應(yīng)用、分析、綜合和評(píng)價(jià), 依次設(shè)計(jì)各章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)。促進(jìn)學(xué)生對(duì)“食品添加劑”知識(shí)的認(rèn)知與感悟, 發(fā)展對(duì)食品添加劑課程價(jià)值的認(rèn)識(shí)、對(duì)學(xué)科的興趣, 同時(shí)理解各個(gè)不同學(xué)科的價(jià)值及它們之間的聯(lián)系。

（2）能力目標(biāo)。根據(jù)所學(xué), 提高學(xué)生知識(shí)的綜合應(yīng)用能力；學(xué)生具有研發(fā)新產(chǎn)品的能力；學(xué)生能夠在食品中正確合理添加各種食品添加劑, 并進(jìn)行評(píng)價(jià)；提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

（3）素質(zhì)目標(biāo)。培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感、法制意識(shí)、人文素養(yǎng)；培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的態(tài)度、創(chuàng)新思維和勇于探索的精神；培養(yǎng)學(xué)生辯證思維的能力；培養(yǎng)學(xué)生合作與交流的能力；融入國(guó)情發(fā)展、歷史文化等, 拓寬學(xué)生視野, 促進(jìn)個(gè)性化發(fā)展。

在STEM教育視野下, 教師不僅要掌握本學(xué)科理論知識(shí)、教學(xué)方法等, 還應(yīng)該培養(yǎng)有意使用技術(shù)的教學(xué)思維, 從而創(chuàng)造性地使用信息技術(shù)達(dá)成特定的教學(xué)目標(biāo)；同時(shí), 要從學(xué)生全面發(fā)展的角度, 為學(xué)生提供成長(zhǎng)的舞臺(tái)。

1.2 課程教學(xué)內(nèi)容

為了促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展、提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力, 確定基于核心概念和科學(xué)或工程實(shí)踐的學(xué)習(xí)進(jìn)階設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的原則（見表1）[3]；“食品添加劑”課程內(nèi)容不僅局限于教材, 在學(xué)生理解核心概念的基礎(chǔ)上, 設(shè)計(jì)跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容, 拓展學(xué)科內(nèi)容與科技、社會(huì)、歷史等方面的聯(lián)系, 開拓學(xué)生的視野, 該課程共有24學(xué)時(shí), 每周2學(xué)時(shí), 包含5個(gè)模塊, 學(xué)生需在12周的時(shí)間內(nèi)完成各節(jié)點(diǎn)教學(xué)的所有課程內(nèi)容（見表2）。

學(xué)生需進(jìn)行的主要科學(xué)與工程實(shí)踐見表1, 課程內(nèi)容安排見表2。

表2 課程內(nèi)容安排

1.3 課程技術(shù)元素

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代, 要求教師具備學(xué)與教的雙重身份。“食品添加劑”課程為了營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境, 使用以下3種不同技術(shù)與課程進(jìn)行深度融合。

1.3.1 慕課

“慕課”即MOOC, 大規(guī)模開放的在線免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)課程?；谀秸n背景下的翻轉(zhuǎn)課堂, 是進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量的有效措施。該課程充分利用慕課平臺(tái)資源, 進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)、預(yù)習(xí)及復(fù)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容并完成自測(cè), 便于在課堂教學(xué)過(guò)程中有針對(duì)性地交流探討。

1.3.2 雨課堂

雨課堂是基于現(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng), 融入了人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的互動(dòng)教學(xué)平臺(tái), 能夠幫助教師由傳統(tǒng)教學(xué)轉(zhuǎn)型為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)[4]?！笆称诽砑觿闭n程整個(gè)教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用雨課堂以完成以下幾個(gè)方面：①課前預(yù)習(xí)。明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、提出問(wèn)題和具體要求, 利用雨課堂平臺(tái)中的“手機(jī)課件”的推送功能, 向?qū)W生推送課件、豐富的教學(xué)資源（慕課）、圖片、音頻等學(xué)習(xí)資源。②課堂實(shí)時(shí)反饋。充分利用平臺(tái)發(fā)起簽到、隨機(jī)點(diǎn)名、實(shí)時(shí)反饋、彈幕等互動(dòng)功能, 并針對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)過(guò)程及課堂教學(xué)中遇到的重難點(diǎn)設(shè)計(jì)一些具有挑戰(zhàn)的選擇、思考題并讓學(xué)生借助智能手機(jī)進(jìn)行作答。采用同伴教學(xué)法[5], 讓學(xué)生分組討論找到正確的答案。③課后復(fù)習(xí)。通過(guò)平臺(tái)采集學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài), 針對(duì)教學(xué)過(guò)程中的重難點(diǎn)及學(xué)生較薄弱的知識(shí)點(diǎn), 推送相關(guān)的教學(xué)資源, 進(jìn)行復(fù)習(xí)并完成課后作業(yè)。

1.3.3 問(wèn)卷星

利用問(wèn)卷星網(wǎng)絡(luò)平臺(tái), 針對(duì)課程的各個(gè)方面設(shè)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查表, 了解學(xué)生學(xué)到了什么、遇到了什么困難、有什么困惑、對(duì)教學(xué)方法的喜惡程度等, 以便教師更好地進(jìn)行教學(xué)反思。

1.4 教學(xué)評(píng)價(jià)

有效的評(píng)價(jià)方法及詳盡的評(píng)分細(xì)則是確保教學(xué)質(zhì)量的重要手段。課程既有理論又有實(shí)踐, 可充分利用雨課堂平臺(tái)數(shù)據(jù)分析, 對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、成效實(shí)時(shí)跟蹤、評(píng)價(jià), 在各個(gè)環(huán)節(jié)中嵌入表現(xiàn)性評(píng)價(jià)來(lái)評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況, 即表現(xiàn)性評(píng)價(jià)占總比60%（由學(xué)生自評(píng)10%、小組評(píng)價(jià)30%, 小組互評(píng)20%, 教師評(píng)價(jià)40%）（見圖1）[3]。期末以半開卷形式, 融入思政考核內(nèi)容, 完成開放性論述題考核（占總比40%）。

教學(xué)流程見圖1。

圖1 教學(xué)流程

2 課程特色

課程采用問(wèn)題導(dǎo)向式、案例、探究、項(xiàng)目式等多種教學(xué)方法促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí), 將知識(shí)與技能學(xué)習(xí)情景化、問(wèn)題化和活動(dòng)化, 設(shè)計(jì)更多基于生活、工程實(shí)踐活動(dòng), 以學(xué)生為中心, 減少灌輸式教學(xué), 避免學(xué)生思維固化。課程特點(diǎn)是目標(biāo)清晰, 評(píng)價(jià)方法恰當(dāng), 學(xué)習(xí)不僅局限于課堂, 教學(xué)資源豐富, 理論與實(shí)踐相結(jié)合, 促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與；打造學(xué)習(xí)共同體：小組協(xié)作設(shè)計(jì)并完成任務(wù), 支持同伴互助學(xué)習(xí), 師生互動(dòng)交流, 利用雨課堂平臺(tái)數(shù)據(jù)分析, 實(shí)時(shí)反饋學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài), 積極肯定學(xué)生工作。同時(shí), 課程也體現(xiàn)了STEM教育的多個(gè)關(guān)鍵特征：多學(xué)科融合、基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)、基于探究的學(xué)習(xí)、基于實(shí)踐的學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目協(xié)作的學(xué)習(xí)[6]。

2.1 多學(xué)科融合的學(xué)習(xí)

課程的學(xué)習(xí)者是來(lái)自學(xué)校食品科學(xué)與工程專業(yè)本科生, 其授課內(nèi)容涉及食品、化學(xué)、微生物、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí), 要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中融會(huì)貫通。例如, 學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)防腐劑實(shí)驗(yàn), 并展開研究收集數(shù)據(jù), 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析, 解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及原理。

2.2 基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)

基于問(wèn)題導(dǎo)向的學(xué)習(xí), 主要以小組的形式進(jìn)行, 包括課前預(yù)習(xí)、課堂討論, 由教師設(shè)計(jì)有趣、有意義的問(wèn)題于情境中, 學(xué)生通過(guò)自學(xué)、合作來(lái)解決問(wèn)題, 形成自主學(xué)習(xí)的能力。例如, 哪種食品生產(chǎn)不需要食品添加劑, 為什么要使用食品添加劑, 什么是食品添加劑, 食品添加劑的種類有哪些, 食品添加劑的安全性如何？

2.3 基于探究的學(xué)習(xí)

基于探究的學(xué)習(xí)是指學(xué)生通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)或觀察現(xiàn)象提出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè), 從而發(fā)現(xiàn)新的因果關(guān)系的過(guò)程。此過(guò)程涉及問(wèn)題的解決及相關(guān)實(shí)操技能的運(yùn)用, 強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題的能力[5]。該課程教師主動(dòng)講授的內(nèi)容很少, 大部分都是由學(xué)生圍繞給定的問(wèn)題或?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目任務(wù)以小組形式自主探究：學(xué)生完成給定材料的閱讀, 主動(dòng)查詢?nèi)蝿?wù)所需資料, 合作開展研究工作, 制作視頻、圖片、PPT等文件, 完成匯報(bào)工作并參與全員討論。教師的職責(zé)就是組織、指導(dǎo)和幫助。

2.4 基于實(shí)踐的學(xué)習(xí)

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn), “食品添加劑”是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程, 因此大部分內(nèi)容需要進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn), 以驗(yàn)證學(xué)生、教師觀點(diǎn), 同時(shí)可以讓學(xué)生更好理解“食品添加劑”的概念和掌握理論知識(shí), 并將食品添加劑更好地應(yīng)用到食品加工中去。

2.5 基于項(xiàng)目協(xié)作的學(xué)習(xí)

基于項(xiàng)目協(xié)作的學(xué)習(xí)過(guò)程, 是指學(xué)生以小組形式共同解決一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目, 包括確定選題、設(shè)計(jì)方案、開展實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、匯報(bào)演示等；或者不同小組學(xué)生進(jìn)行正反方辯論食品添加劑的利弊, 要求所有學(xué)生對(duì)演講視頻進(jìn)行至少一次提問(wèn)和評(píng)論。

3 結(jié)語(yǔ)

基于STEM教育理念的“食品添加劑”課程是一次全新的課程教學(xué)改革, 改變了單一的食品專業(yè)學(xué)習(xí)模式, 結(jié)合了社會(huì)、食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求, 形成理論知識(shí)與實(shí)踐能力相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式, 有利于培養(yǎng)綜合性人才。該課程促進(jìn)了學(xué)科之間的交流與合作, 重點(diǎn)培養(yǎng)和提高學(xué)生設(shè)計(jì)、解決、分析實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維的能力。通過(guò)不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn), 后續(xù)課程還需要繼續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容, 完善教學(xué)方法。