基于多種食品安全檢測方法對比的食品專業本科生科研訓練模式的探索

孫春燕，袁 媛，時曉磊，李紅霞，王作昭，王二雷

（吉林大學 食品科學與工程學院，吉林 長春 130062）

食品安全檢測涉及無機化學、分析化學、生物化學、分子生物學及物理和機械等方面的原理知識，另外也涉及一些儀器分析技術方法，如氣相色譜-質譜（GC-MS）、液相色譜-質譜（LC-MS）、原子發射光譜（AES）、原子吸收光譜（AAS）等。“食品安全檢測實驗”課程的學習對于學生掌握食品檢測技術的基本方法和實驗原理、提高實驗技能和動手能力，尤其是培養與科學技術發展相適應的綜合創新能力等方面都具有重要意義。

2018年，教育部強調高校要全面梳理各門課程的教學內容，號召淘汰“水課”、打造“金課”，出臺了金課標準——“兩性一度”（高階性、創新性、挑戰度）[1]。“新工科”教育改革也要求高等教育要加強對學生創新能力和動手能力的培養。近年來，隨著檢測技術的不斷發展，新型檢測技術層出不窮，參考教育部提出的上述標準，就要求食品安全檢測實驗課程不斷改革，將新型檢測技術融入實驗課程教學中。基于此，以開設基于多種食品安全檢測方法對比的食品專業實驗課為出發點，在食品安全傳統檢測實驗的基礎上，開設新型食品安全檢測實驗。將專業教師的系列科研成果轉化為實驗教學的部分內容，更加利于引導和開發學生的主動積極性和創造性，提升本科生發現問題、分析問題和解決問題的能力，從本科生階段開始培養學生嚴謹的科學作風和鉆研的科研精神，在促進學生全面發展的同時，更加注重本科生的個性發展，為今后從事與食品安全檢測相關的工作和研究奠定堅實的理論基礎。

1 當前課程的局限性

近年來，世界范圍內的食品安全事件時有發生，食品安全問題已成為全社會關注的熱點問題。目前，一些傳統的檢測手段雖然準確度和靈敏度都較高，但普遍需要昂貴的儀器設備、復雜的樣品前處理步驟和專業的技術人員等，不適用于現場快速檢測。因此，開發新型檢測方法迫在眉睫，然而我國在食品安全檢測方法研發方面的人才仍處于缺乏狀態，食品專業學生的專業素養和創新意識的培養方法急需改進和加強。

“食品安全檢測實驗”課程教學不僅能夠提高學生理論聯系實際的能力，更加鍛煉學生的實驗技能和動手能力，為其后期從事食品安全檢驗方面專業工作或科學研究打下堅實基礎。目前，在食品安全檢測實驗教學中，學生通常只接觸傳統食品安全檢測方法，對新型、前沿的食品安全檢測方法接觸較少。另外，學生進行的實驗項目大多是教師選題，學生不能自行選擇，這就限制了學生的積極主動性和創新能力的開發。甚者，由于教育成本的問題，大型儀器如液相色譜等多采用教師演示、學生觀看的教學模式，不利于學生對儀器方法的原理理解和實際掌握，不能上手操作，也無法調動學生學習的積極性。因此，為了提高本科專業教學質量，鍛煉學生的動手能力和創新能力，急需探索新的實驗課程教學模式。在傳統食品安全檢測方法的基礎上，引入新型食品安全檢測技術，建立各種檢測方法之間的聯系，可以使學生對食品安全檢測技術有更加系統全面的了解，同時鼓勵學生自主選題進行方法操作，提高學生的學習主動性；引導學生創新食品安全檢測技術，提高其科研能力和創新思維。

2 教學改革

針對“現代儀器分析”“食品理化分析原理與技術”和“食品分析實驗”等課程的學習內容及目前食品安全的熱點問題，采用教師命題、學生選題的方式，選擇多種食品安全檢測方法進行實驗，設計綜合性實驗，將教師的科研成果轉化為實驗內容，化被動教學為主動教學，提高實驗課程含金量。同時，組織學生進行大量文獻調研、分組討論、制定詳細實驗方案，并在課堂上以PPT形式匯報小組設計的實驗方案，經師生共同討論修改后開展實驗操作。采用研究生輔助教學模式，增加研究生和本科生之間的交流機會，營造良好的學術氛圍。此外，引入虛擬仿真平臺和實踐教學基地學習，進一步提高學生的科研水平。

2.1 學生自主選擇感興趣的實驗內容

實驗內容的選擇在食品安全傳統檢測實驗的基礎上，開設新型食品安全檢測實驗，把教師的科研成果轉化為實驗教學內容，教師確定好實驗大方向，學生再選擇自己感興趣的實驗方向開展后續工作。

傳統的食品危害物檢測方法主要為國家標準方法，包括原子吸收、氣相色譜、液相色譜等方法。例如，用原子熒光光譜分析法檢測食品中汞離子的含量、高效液相色譜法檢測牛奶中的三聚氰胺、石墨爐原子吸收法檢測食品中的鉛離子、氣相色譜法測定油脂中的反式脂肪酸等實驗內容，學生可根據近年來發生的食品安全問題，結合自己接觸過的實驗課題，檢索國家標準和國內外文獻，選擇自己所需測試的目標物并確定檢測方法。學生從查閱相關文獻、理解實驗原理、設計詳細的實驗方案，到購買所需藥品、實際樣品的采集與前處理、具體實驗操作、上機測試，再到實驗數據處理和撰寫實驗報告，經歷一次非常完整的科研實踐體驗。最終目的是使學生了解實驗的設計過程，能更切身理解實驗的整個開展流程，并掌握紫外-可見吸收分光光度計、熒光分光光度計、高效液相色譜儀、氣相色譜儀、原子吸收分光光度計等常用分析儀器的工作原理、結構和性能、操作流程、應用領域和注意事項，掌握儀器主要操作參數及其對分析結果的影響，培養學生正確處理實驗所得圖譜及從實驗數據中獲得信息的能力，能獨立進行上機操作來解決實際食品安全領域的具體問題。

新型的食品危害物快速檢測方法主要有生物傳感器、生物化學發光檢測、生物芯片、化學比色法、免疫膠體金試紙等[2]。開設新型食品安全檢測實驗，內容主要選擇教師團隊現有基礎研究的方法，主要為基于新型納米材料如量子點、膠體金等的獨特物理和化學性質建立的比色法、基于新型分子識別元件抗體、核酸適配體等建立的生物傳感器等，如基于核酸適配體的熒光法檢測鉛離子及汞離子、基于酶抑制作用的熒光法檢測農藥、基于金納米粒子比色傳感器檢測瘦肉精和抗生素、基于生物膜干涉技術檢測食源性致病菌等實驗內容。選擇具有重現性好、快速、高效、靈敏的新型食品安全檢測技術，學生重復其中實驗操作或者引入自己新的想法設計新的實驗思路，可以鍛煉自己的科研能力，了解食品安全檢測領域的研究熱點。

通過以上新型檢測方法的實驗學習，讓學生對食品安全檢測技術有更加全面系統的了解。訓練學生數據處理、科研繪圖等能力，利用Origin，SPSS等數據處理軟件，對所得結果進行數據處理和分析。分析對比傳統檢測方法和新型快速檢測方法，如靈敏度、檢出限、所耗時間、成本、操作專業性等方面，對數據結果和實驗過程中的操作進行討論，通過認識其各自的優點和缺點，提出改良方法。同時，了解食品危害物檢測研究熱點，以鍛煉學生的科研思維。

2.2 采用多媒體教學，開展課堂互動研討活動

在課程開始前，組織各組學生進行國內外文獻查閱、組內討論、制定實驗方案，并在課堂上各小組組長以PPT形式匯報設計的實驗方案，經師生共同討論修改后進行實驗操作。每位本科生輪流擔任組長和匯報實驗方案，保證每位學生得到均衡和充分鍛煉。得到實驗數據后，再次開展PPT形式匯報小組的實驗數據，匯報通過對比得出的傳統檢測方法和新型快速檢測方法的優缺點，并提出改進方法。這種授課方式不僅培養了學生查閱中英文文獻、設計實驗方案的能力，還彌補了傳統的講授式教學的不足，充分調動了學生的學習積極性，激發學生對科學實驗的濃厚興趣，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，增加師生互動性，更容易發現學生在開展實驗時容易遇到的問題，同時小組合作也增加了學生合作學習活動、自主學習活動、群體學習活動的機會，學生自主學習的同時可以在小組交流中互相學習、互相啟發，對學生創新能力、團結協作能力、自主學習能力的提升都有很大的幫助。此外，還使學生在了解國內外食品安全檢測領域研究熱點的同時也保證了每組實驗方案實施的可行性，為研究生階段的學習奠定了良好基礎。

2.3 研究生輔助教學

實行1名研究生對1組本科生的團隊實驗模式，增加研究生與本科生之間的學習交流機會，營造良好的學術氛圍，引導本科生開展實驗的同時還能夠鍛煉研究生的科研能力。研究生和本科生“1對1”能保證本科生在查閱文獻時遇到的難以理解的知識點可以仔細詢問，在實驗過程中遇到問題時也可以及時向研究生咨詢；此外，貴重或復雜的儀器設備可以在研究生的指導下使用，確保儀器的良好運作與維護，保證本科生安全使用各種儀器；教給本科生實驗數據的處理方法和常用分析軟件的正確使用。同時，本科生與研究生交流的過程，促進本科生了解食品安全檢測研究的熱點問題。

參考吉林大學食品專業本科生培養方案，授課教師和學生結合教學團隊教師的科研工作設計了多種食品安全檢測方法。以液相色譜法測定油炸食品中丙烯酰胺和基于非標記脫氧核酶熒光傳感器檢測鉛離子為例。油炸食品中的丙烯酰胺通過正己烷除脂后，以水和乙腈作為提取溶劑，經過基質固相分散萃取凈化后，以液相色譜法對丙烯酰胺進行檢測，以外標法進行定量。基于非標記脫氧核酶熒光傳感器檢測鉛離子（Pb2+）的實驗體系中利用噻唑橙（TO）作為信號探針。水溶液中游離TO的熒光非常弱。當17E酶鏈和17S底物鏈通過雜交形成雙鏈結構時，TO能夠識別并插入其中，在發射波長530 nm處產生高熒光發射；而當體系中存在Pb2+時，17E酶鏈能夠特異性地作用于17S的rA堿基處，發生酶切反應，使底物鏈分成2段，從而破壞雙鏈結構，不再被TO識別和插入，導致熒光強度下降，因此可以根據熒光強度的變化實現Pb2+的定量檢測。選擇了上述課題的本科生在課前先查閱相關文獻，確定好自己的實驗方案后在課堂上以PPT形式講述，與授課教師討論修改方案，最后在教師和研究生的指導下完成了上述實驗。整個過程中，本科生不僅鍛煉了自己設計實驗方案的能力，掌握了高效液相色譜儀和熒光分光光度計的工作原理和操作流程，還接觸到了鉛離子催化脫氧核酶活性等本科理論課程不會涉及到的知識，使其對研究生的工作有了初步的了解。在研究生指導下進行實驗，本科生減少了上課的拘束感，實驗積極性大大提高，學習氛圍濃厚。

2.4 其他措施

學生利用虛擬仿真平臺學習大型儀器設備的使用方法，為實驗課開展進行打好基礎。利用虛擬仿真平臺無地點限制、無操作人數限制、可重復多次練習、高度仿真等優點，提高學生實驗課前預習和課后復習的質量水平。同時，還可以利用與學院合作的實踐教學基地，如食品檢驗所、出入境檢驗檢疫局、第三方檢測公司等單位，選派學生去交流學習關鍵性的實驗技術，在檢測過程中將課上所學的知識運用到實際工作中，提高專業技能，有利于接下來安全檢驗實習和畢業實習等實踐環節的開展，畢業之后走向相關工作崗位也能更快地適應和融入。

3 獎勵制度

設計并開展實驗對于本科生來說挑戰較大，為激勵學生積極參與設計實驗、動手操作，并通過分析數據得出結論，進行方法改良，采用小范圍的獎勵制度。獎勵表現最為優秀的幾個小組不同額度的獎金或等值的物品，使學生多方面收獲學習的喜悅。同時，對學生實施獎勵機制是對學生努力成果的一種肯定，在一定程度上可以激勵學生學習的積極主動性。另外，可以刺激學生之間的良性競爭，促進學生積極開展實驗。

鼓勵學生積極參加食品安全相關的科研競賽，通過自主設計實驗，使學生在自信心、科研思維、實踐創新能力等方面都有提高，也為進一步培養實驗能力、研究生階段學習、參加工作奠定夯實基礎。對參與相關競賽并取得優異成績的學生給予一定的輔導費或競賽報名費用的支持，調動學生參加競賽的積極性，通過競賽項目的設計和實際操作比拼進一步培養和鍛煉學生的動手能力和實驗設計能力。

4 推行方式

在“現代儀器分析”“食品理化分析原理與技術”和“食品分析實驗”等課程設置基礎上，實施上述教學改革方案，推廣基于多種食品安全檢測方法對比的食品專業本科生科研訓練模式，設計綜合性實驗，培養本科生良好的實驗習慣和嚴謹細致、實事求是的科學態度，使其逐步具備科技人員應有的高素質。在實驗教學中采取綜合考評的方式對學生的實驗方案設計、學習態度、操作水平、團隊協作和創新能力進行評價，從學生的出勤率、小組PPT內容、實驗操作過程、實驗報告總結、實驗結果分析、實驗設計的創新性等環節進行考核，考核內容靈活多樣，利于激發學生對實驗課程的濃厚興趣。嚴把教學質量關，不斷完善質量保證體系，使學生的科研能力得到鍛煉，實現教學與科研互動的目的。

5 結語

食品安全檢測技術對于保證食品安全具有重要作用，“食品安全檢測實驗”課程對食品專業人才培養的重要性不言而喻，因此教師應當在充分利用現有資源、調動學生的積極性和主動性開展實驗教學的同時將最新研究成果運用到實驗教學當中，培養學生的科研能力和創新能力。通過食品安全檢測相關實驗課程的教學改革，有利于學生更加全面地掌握食品安全檢測技術的相關知識和最新應用，促進專業課程的建設，為進一步打造“金課”奠定基礎。教學改革的方向是科學技術，科學技術的快速發展又推動了教學改革的加速，教學要適應科學技術的發展，同時又促進科研的發展[3]。食品安全檢測技術的不斷發展及教學模式的不斷改革，需要教師積極分析和反思現行教學模式的不足，并將先進的教學理念和技術融入教學實踐中，提升實驗課程的教學質量，為食品安全檢測工作或研究培養高素質人才。