基于項目教學法的“食品物性學”教學改革與實踐

趙 珂，張 菡

“食品物性學”是食品科學與工程學科的一門重要專業基礎課[1]，主要研究食品和食品原料在加工、流通和使用過程中的物理性質和工程特性，包括形態特征、力學特性、流變特性、質構、熱物性、電特性和光學特性等主要內容[2]。食品的來源豐富，其組成和結構復雜，因此食品物性學研究的內容十分廣泛：一方面，食品物性學涉及不同食品及其不同狀態，相關的基礎知識點多而分散，需要構建有效的知識結構體系；另一方面，食品物性學是一門涵蓋多學科的綜合應用學科，需要學生將抽象理論轉化到解決實際問題上來，這就需要大量的實踐鍛煉。然而，目前“食品物性學”教學的過程中，基礎知識體系的構建不夠完善，實驗課程安排內容簡單，與課堂教學內容連貫性欠佳，從而使得學生在學習“食品物性學”的過程中學習難度大、學習興趣不高等問題凸顯。

項目教學法是一種以“任務驅動”和學生自主探索為主要形式的教學方法[3]，其特點符合現代高等學校教學改革中所倡導的以學生為主體的教學理念。已有學者將項目教學法在“發酵工程”和研究生“食品物性學”教學實踐中進行嘗試并取得了顯著的教學效果[3-4]，目前尚未見項目教學法在本科“食品物性學”中的實踐報道。因此，課程組教師通過教學研究與實踐，將實驗教學整合為項目，并將其與課堂教學進行融合貫通，充分運用項目教學法的理念對“食品物性學”課程教學進行改革，并在教學方法和教學手段上不斷探索總結，形成了特色鮮明的教學體系，為教學質量提高提供了保障。

1 教學體系與內容結構

經過多年的教學探索與實踐，該課程形成了“理論教學+實驗項目+匯報總結”三結合的教學體系。旨在提高學生主動學習、獨立思考、發現問題、解決問題、實踐操作技能等能力，強化學生的團隊合作意識，引導學生將抽象的食品物性學理論知識運用到解決實際問題中來，從而達到該課程掌握食品物性學的基礎理論知識和實際應用能力的主要目的。

“食品物性學”教學體系與內容結構見圖1。

圖1 “食品物性學”教學體系與內容結構

2 教學改革與實踐

2.1 實驗項目的選擇與設計

根據以往“食品物性學”實驗課程安排，課程主要包括以下8個獨立的實驗內容：①粉末狀食品顆粒度測定；②面粉和面團流變學特性測定；③食品的黏彈性和黏度測定；④食品的質構分析；⑤差示掃描量熱儀測定食品比熱容；⑥食品原料的靜電分離；⑦食品的顏色測定；⑧食品近紅外成分測定。這些實驗內容涵蓋了“食品物性學”課堂教學內容的主要章節和知識點，包括食品的力學特性、質構特性、熱學特性、電學特性和光學特性，實驗內容安排比較合理。但是，在順序上與食品物性學理論教學內容完全匹配的實驗設計，雖然能加深并拓展學生對課堂內容的理解和應用，但是各實驗之間相對獨立，不能使學生在學習過程中有效地將知識點融匯貫通進而構建有序的知識框架。

因此，課程在深入分析和總結實驗和教材內容的基礎上，將已有的8個實驗內容整合到2個綜合實驗項目中：①小麥面粉、面團、面糊和餅干的物性測定和比較；②雜糧分類、近紅外成分測定和熱導率/比熱容測算。這2個項目以面粉和雜糧2種實體食品原料為載體，一方面涵蓋了教學和試驗內容的要點，另一方面將實驗內容通過面粉的加工過程和雜糧的篩選測定兩條主線有機的串聯起來。在模擬食品加工和生產實踐的實驗項目中，實驗過程條理清晰主次分明，可促進學生將理論教學內容重新梳理整合和升華，真正達到學以致用的教學目標。

2.2 理論教學模塊劃分與教學模式

課程采用李云飛主編的第二版《食品物性學》教材，該教材包括10個章節的內容，分別是緒論、食品的主要形態與物理性質、黏性食品的流變特性、黏彈性食品的流變特性、食品質構、顆粒食品的物理特征與流動特性、食品熱物性、食品的電特性、食品的光學性質和物性分析與微觀成像技術[2]。依據對知識點間的邏輯關系梳理和易于學生學習理解，重新將理論教學內容整理組合為以下6部分：①食品的主要形態特性；②食品物料的力學特性；③食品物料的質構特性；④食品物料的熱學特性；⑤食品物料的電學特性；⑥食品物料的光學特性。其中，食品的主要形態特征部分包含了教材中食品的主要形態和顆粒食品物理特征；食品物料的力學特性包含了微觀結構與作用力、流變特性和顆粒食品的流動特性內容；而原教材中物性分析與微觀成像技術的內容則分散在不同章節的實際應用部分穿插講述；其他內容與原教材一致。

2.3 項目教學的實施與考核

開課后，首先向學生詳細介紹課程的主要內容、學習目標和重要性，并對基于項目教學法的教學方式進行解釋和介紹，讓學生對課程和教學有全局性的認識，為教學改革的順利實施打好基礎。項目教學的實施一般可分為3個階段，包括項目設計、項目實施和項目評價。在“食品物性學”的教學過程中，將項目設計貫穿在課堂教學過程中，在課堂知識點講授時通過啟發和引導的方式，鼓勵學生邊學習邊思考，逐漸向兩個大的實驗項目中補充詳細的實驗設計；項目實施安排在課堂教學完成之后，集中4周時間在開放實驗室完成實驗項目，撰寫實驗報告；項目評價作為課程考核的重要組成部分，以口頭匯報和答辯的形式進行，教師點評總結。具體實施過程如下。

2.3.1 課堂教學改革和項目設計

課堂教學是一種師生雙邊參與的動態變化過程，引導學生自主學習是課堂教學評價的一個主要因素[5]，以“歸還課堂給學生，做好學生與知識間的橋梁”為主導思想，充分考慮學生作為主體的學習態度、理解能力、學習興趣和學習積極性等方面的因素。課程主要以多媒體課件形式授課，配合板書對要點和重要進行強化。為了提高學生的學習興趣，課件內容大量采用圖片和視頻資料，引入課程主要知識點后，根據學生對知識的理解和思考積極與學生互動，總結補充學生觀點的同時做好引導、啟發學生對新知識的思考和探索。由于食品物性學是一門應用性很強的學科，在教學過程中還要特別注意以下2點：一方面積極給學生引入關于食品物性學研究的最新發展方向和動態，另一方面對食品物性學知識在生產中的應用及其存在的問題進行介紹，主要包括相關儀器設備的基本原理和應用。在此基礎上，啟發和引導學生依據所學知識對該課程給定的2個框架形式的實驗項目進行設計和規劃，每個實驗項目預設4個實驗，通過實驗達到實驗項目的預期目標。課堂教學結束后，每位學生提交一份實驗項目的項目設計。

2.3.2 項目實施

完成課堂教學和項目設計初稿的批改工作后，正式進入項目實施階段。此階段是“食品物性學教學”的一個重要環節，一方面使得學生對課堂教學內容進行回顧和整合，加深對知識的理解和掌握；另一方面，在實際操作過程中還鍛煉了學生發現問題、解決問題、相互協作和動手的能力。

首先，帶領學生參觀實驗室的布局和安全注意事項，掌握實驗儀器配置及其操作流程。實驗室所配備及與企業合作的實驗儀器主要包括質構儀、旋轉黏度計、流變儀、激光粒度儀、差示掃描量熱儀、粉質儀、近紅外光譜測定儀、全波段酶標儀、馬弗爐、色差計、轉鼓式靜電分離儀等。合理的單組實驗人數是保證實驗質量的一個重要因素[6]，因此以6～8人為1組，將班級學生分成8組，各組內根據實驗項目的先后順序再分成2組。分組后，對照實驗室的已有條件，各組成員對項目設計書進行討論修改并定稿，最終每組每個實驗項目設定不超過4個實驗。學生從實驗試劑準備和儀器調試等方面自主安排實驗進度，項目實施過程中學生應對所承擔項目做好詳細記錄，包括實驗步驟、實驗結果、遇到的問題和解決方法等。考慮到部分大型儀器只有單臺的因素，實驗室實行開放制度，可供學生自由安排時間進行實驗，并留出充足的時間進行實驗的改進、實驗結果的歸納總結和分析比較，從而在實踐中充分鍛煉學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。在此過程中，以學生操作和分析討論為主，教師則主要負責跟進各組的實驗進度和實驗操作的規范性等問題，進行輔助指導。

2.3.3 項目評價

各小組除了提交2份實驗項目的報告外，還以小組為單位，結合課堂教學內容和試驗項目的實施過程，對所完成項目的結果制作PPT并進行口頭匯報和總結，接受教師和學生的提問和質疑。評價過程中，以教師評定為主，其他小組綜合評定為輔。項目評價的主要指標包括：實驗設計的合理性、檢測指標的可靠性、實驗操作的規范性、團隊合作的協調性、分析討論的深入性和創新性。雖然每個小組所完成的大項目框架是一樣的，但是不同的小組有不同的設計，達到同一個目的就有了多種不同的途徑。比如，對雜糧進行分類時，可以采用靜電分離裝置對不同的雜糧進行靜電分離，也可以采用色度儀對不同色級的雜糧進行分類；對面粉不同加工階段的物性檢測指標也不盡相同，反映了不同實驗設計所關注的食品特性的不同。因此，在相互討論和交流的過程中，對拓展學生思維方式有明顯提升作用。

3 教學效果和結論

基于教學和實驗課同時改革的項目教學法在“食品物性學”課程改革和實踐中取得了良好的教學效果。“先基礎知識、再結合基礎知識進行實踐，最后總結反思基礎知識與實踐結合”的教學思路，結合系統連貫的教學體系、課程內容結構和以學生為主體的教學理念，充分發揮了教師的引導和啟發作用，激發了學生學習的積極性、主動性和自主性。實踐與課堂教學結合的方法，不但強化了學生對食品物性學知識的理解深度和廣度，還提高了學生的專業操作技能，培養了學生提出問題、分析問題和解決問題的能力，加強了該課程的實踐性和實用性。

總之，采用項目教學法對提高學生學習興趣、提高學生綜合能力、培養和挖掘學生創新潛能等方面均有顯著促進作用，為培養優秀的食品科學方向專業人才提供了有利保障。