新工科背景下創新班專業課的創新教學與實踐
—— 以食品化學為例

董緒燕，孫慶杰，陳海華，慕鴻雁，劉亮

（青島農業大學食品科學與工程學院，山東青島 266109）

為積極推進新工科建設、深化工程教育改革、促進高教強國建設，教育部就開展、推薦新工科研究與實踐工作先后以高等教育司和教育部辦公廳的名義發布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》和《教育部辦公廳關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，著力探索形成領跑全球工程教育的中國模式。新工科是基于國家發展新需求、國際競爭新形勢而提出的工程教育改革方向，目標是培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，打開產業發展新局面和形成國際競爭新優勢[1]。

我國是世界食品生產、加工制造和消費大國。科技創新實現了我國食品產業從農產品初級加工的“規模型、數量型”到食品的精深制造與綜合利用的“質量型、效益型”轉變，且部分領域達到世界領先水平。教育部關于“雙萬”計劃、“雙一流”建設計劃、國家重點學科和培育學科建設也正進一步推動著食品科學與工程學科建設和食品科技自主創新人才培育，為我國食品產業發展和食品科技進步源源不斷地培育和輸送專業人才是各高校食品科學與工程專業的職責和作用[2]。經過前期建設，我國食品科技與工業的基礎研究與人才培育體系正在形成。食品化學作為食品科學與工程專業的專業必修核心課程之一，具有知識更新快、信息量大、實際應用性強等特點，因此其在創新班的教學與實踐是衡量新工科研究和實踐的關鍵。

一、新工科背景下食品科學與工程專業的建設

（一）新工科背景下食品科學與工程專業建設的迫切性

隨著世界范圍內的工業與科技變革，新一輪工業革命推動產業發展，“未來工廠”“工業4.0”“中國制造”這一系列詞匯相繼出現。3D產業鏈、未來食品、納米材料、光學與數字技術等創新手段逐步應用于食品智能制造領域，食品工業正在發生一場世界范圍內的革命，《中國制造2025》正是我國面向工業4.0做出的積極響應[3]。我國食品產業在同時面臨前所未有的發展機遇和激烈的國際競爭壓力的新時代背景下，唯有不斷提升從業人員的知識水平與工程能力、勞動技能與協同協作、問題解決與數據決策等綜合素質，才能引領食品產業多元化、優質化與功能化的時代潮流，而培養富有創新、創業意識的創造型人才則是實現這一目標的關鍵舉措[4]。要想增強我國食品產業的國際競爭力，需要有大量的具有扎實且豐富知識的食品產業專業性拔尖人才加入到我國產業的建設中。高校本科生敢闖會創，是當代社會發展最具力量和創新性的人才，因此我們要以此為抓手，不斷發掘培養拔尖創新型食品專業人才，提升我國食品產業的國際競爭力。

（二）食品科學與工程創新班的培養目標

“新工科建設與工程教育認證”以OBE理念引領新工科教育，通過教育與行業需求的有效銜接，促進食品行業的多元化和協調化發展。食品科學與工程專業新工科建設中的人才培養要以智能轉型為目標，通過科技創新改造傳統食品產業[5]。

食品科學與工程專業的新工科建設在關注個體知識水平的基礎上，更加注重解決實際問題的社會實踐能力的提高，以培養高素質的創新創業工程人才。食品科學與工程專業創新班根據新工科建設要求制定的培養目標是培養德智體美勞全面發展、對國家和社會具有高度責任感、具有良好的人文科學素養和身體素質、具有知行合一、矢志“三農”精神的社會主義事業合格建設者和可靠接班人；培養能夠了解食品行業發展動態和問題，掌握食品科學與工程基礎知識、基本理論和基本技能，具有創新意識和實踐能力，能夠在食品的生產、加工、貯藏、流通、監管等相關領域從事食品生產及管理、產品開發、品質控制、工程設計、科學研究、教育教學等方面工作的應用型高級工程技術人才。

二、食品科學與工程創新班的特色

結合新工科建設與工程教育認證的要求，食品科學與工程專業創新班以“重專業、強能力、提素質”作為培養人才的目標，按照“知識性學習、研究性訓練、生產性實踐”三足鼎立的人才培養方法，形成“3+0.5+0.5”應用型高級工程技術人才培養模式。注重學生工程實踐能力的培養，突出應用型人才培養為主，兼顧學術型和復合型發展需求的人才培養定位[6]。具體特色體現在：

1.“導師+項目+團隊”創新實踐培養模式：以課程、教師的科研項目和校內外教學與科研基地為依托，建立“校內—校外”“課堂—課外”和“科學—人文”多元化實踐教學模式，施行“創新教育—實驗實習—特性觀測—生產體驗/社會實踐—技能訓練—學術報告—研究創新”七環節的運行機制，培養學生的創新實踐能力。

2.“小班化+個性化+競賽”培養模式：組建適應創新性人才培養的教師隊伍，改革傳統教學內容；根據每個學生的特點和興趣實現大學四年全過程引導、幫助和指導學生開發個性，對創新性強的學生進一步引導，加強訓練，擇優申報校級、省級和國家級大學生創新創業項目；掌握知識和技能，增強自主學習能力的培養，加強知識學習吸收與探究研究的結合，為其開展創新能力培養奠定基礎[6]。

3.“夯實基礎+能力培養”的拔尖創新人才教學體系：利用學校、科研院所、企業等各級科研平臺，搭建科研實踐平臺，健全創新教學體系；改革考核方式，優化評價體系，培養食品科學與工程專業的科研、教學、技術開發和生產管理等方面的復合型拔尖創新人才。

三、創新班食品化學教學體系

（一）教學模式

傳統的填鴨式教學模式下學生被動聽課，上課積極性不高，很少進行獨立和評判性思維，只是停留在機械性記憶過程。在食品化學講授過程中，特別是食品加工過程中的基礎化學理論，很難激發學生學習的積極性。這種教學模式只適合熟練性工人的培養，不利于未來的發展成才，更不能適應新工科背景下對學生思維和創新能力的培養，學生創新創業、跨學科交叉融合、自主終身學習、溝通協商能力和工程領導能力等工程教育認證要求更無從談起。

新工科要求課堂改革創新工程教育方式與手段，優化課堂教育，深化學生核心能力素質的培養。創新班食品化學的講授主要體現在以下幾方面：

1.線上線下相結合。在線教育可以打破線下教育在時間和空間上的局限，能夠逼真模擬現實課堂環境，拓展學習廣度和深度，但也有部分學生會出現“水土不服”的現象，不能與老師的授課方式相融合，線下教育因材施教可以彌補這些不足。線上教育和線下教育只有相互融合，才能更好地提高教學效果，能夠培養大部分學生的主動學習能力和核心素質能力，教師要對“水土不服”的學生積極引導，輔以線下討論交流，盡快提高其網上主動學習能力。通過不間斷的網上學習提升學生的綜合能力，加上課堂學習逐步形成“課堂精講+網上拓展”相融合的新教學模式，鞏固基礎，提高創新技能。

2.翻轉課堂。教師精心準備課堂對話和討論，因材施教，通過課堂討論提升學生吸收知識的能力。翻轉課堂能夠充分發揮學生的主觀能動性，學生可以自主規劃學習內容、學習節奏、風格和呈現知識的方式。通過對一個知識點、一個問題、一種現象進行文獻檢索，知識歸納整理，并結合小組討論和PPT匯報等形式來提高學習效率。結合講授法和協作法來滿足不同學生的需要，在不斷進行知識熟化的基礎上促成他們的個性化學習，提高創新技能，通過實踐獲得更真實的學習。

3.虛擬仿真的運用。食品化學的實驗課通常包含果膠的提取、非酶褐變程度的測定、油脂氧化、蛋白質的功能性質、果蔬加工中的護色實驗等內容，由于實驗條件和學時有限，老師要將所需的試劑配置好，學生按部就班地照著實驗操作流程完成實驗，寫出實驗結果，最后撰寫實驗報告。這種教學方式造成學生主動學習的積極性不高，只是機械地完成實驗，不能發揮學生的主觀能動性，更不能培養學生的創新能力，限制了學生各方面能力的提高。虛擬仿真技術的出現打破了傳統教學模式，從最初的實驗設計、實驗材料、實驗方法，到獨立準備實驗、進行實驗[7]，虛擬仿真技術可實現食品真實實驗不具備或難以完成的教學功能，學生能夠真實體驗到實驗的各個環節，包含一些成本較高、需要用高檔儀器操作的實驗。通過虛擬仿真技術平臺，學生可真實體驗實驗的整個過程，且獨立完整地完成一遍實驗操作，掌握每個實驗細節。學生在虛擬操作過程中，親身體驗自己實驗設計的合理性，潛移默化地激發其思維和創新能力，即使實驗失敗，學生也能通過失敗經驗獲取實驗知識和要點，思考失敗的原因，鞏固所學的知識，提高動手能力。

（二）創新實驗和實踐

新工科的“新”不僅能夠彌補實踐操作空洞化的短板，結合其他學科的優勢，將理論轉化為實實在在的研究成果，還能夠將創新創業的理念根植于專業知識的學習，為畢業生在工程領域高質量的就業提供教育保障。新時期應用型高校教育改革的重要內容之一就是培養學生的創新實踐能力，創新班的設立正是為了培養國家與社會迫切需要的應用型創新人才[8]。食品科學與工程專業創新班采取小班教學，學生在大二時可以根據自己的興趣和愛好選擇專業導師，導師對學生所學課程、專業方向選擇提供指導，并根據每個學生的特點和就業目標制訂個性化培養方案，引導學生參與其感興趣的課題研究，給本科生提供良好的培養科研興趣的機會，鍛煉學生的創新實踐能力。

學生參與導師的科研項目，結合創新課題立項參與創新競賽。創新創業項目的開展可以拓寬學生的知識構架，鞏固課堂所學知識，以賽促學，形成優秀競賽案例，同時為教學質量的監控提供了有力支撐。結合國內外專家學術報告和文獻研讀增強自主學習能力的培養，加強知識學習吸收與探究研究的結合，為其開展創新能力培養奠定基礎。通過對不同發展階段和就業目標的學生實施個性化指導，有助于個體科研能力的提高和未來職業生涯的規劃。食品化學的學習過程中要充分結合學生實踐案例進行學習，并將需要掌握的知識點融入教學案例中，按照展示案例、提出問題、分組討論、教師歸納、問題解答、效果評價等步驟，通過對食品化學中的水分活度、美拉德反應、酶促褐變、油脂氧化、蛋白質功能性質等知識點進行系統學習，促進食品化學理論在實踐中的應用，培養學生的創新實踐能力。

（三）科學、合理、全面的閉環考核體系

考核是學生學習的“指揮棒”，創新班食品化學的考核注重過程考核。借助超星、慕課等教學平臺強大的學習行為管理功能，教師及時跟蹤學生的學習過程，通過學習平臺動態記錄掌握學生的學習過程和效果[9]。考核成績由“線上+線下+期末成績”構成，引導學生重視平時學習和課堂的主動性，并通過課后作業、提問答疑、PPT展示等成績來衡量學生的學習效果。

四、展望

在新工科的背景下，培養創新型人才是本科高校人才培養的目標。食品科學與工程專業創新班食品化學的學習通過教學模式多樣化、實驗實踐層次化、競賽助力、考核標準科學化等措施，增強學生自主學習能力和動手能力，培養創新能力，按照新工科的內涵和工程教育認證的標準不斷提升人才培養質量。