適應新工科特色的《食品發酵技術》線上教學模式探索與反思

陳磊,周楠迪,陳鵬程

(江南大學 生物工程學院,江蘇 無錫,214122)

《食品發酵技術》課程是面向生物工程、生物技術、釀酒工程、食品科學與工程等專業開設的一門專業選修課,是輕工類院校食品和發酵相關工科專業的一門重要課程。作為系統介紹食品發酵基本理論、基本技術及主要發酵食品生產工藝的課程,《食品發酵技術》課程重在培養學生微生物發酵基礎知識、發酵食品形成機制及工藝技術等方面的能力,因而也是關系江南大學輕工技術與工程、食品科學與工程兩個A+級“雙一流”學科建設的重要環節。為了支撐我國快速發展的新經濟,培養新型工程創新人才,教育部自2016年提出新工科建設,旨在對高等工程教育全面創新和改革。在此基礎上,為主動擁抱新科技革命和產業變革的機遇與挑戰,教育部、科技部等13個部門于2019年4月29日聯合啟動“六卓越一拔尖”計劃2.0,全面推進新工科、新醫科、新農科、新文科(簡稱“四新”)建設,以提高高校服務經濟社會發展的能力[1]。其中,新工科代表的是最新的產業或行業發展方向,其內涵包含新興、新型和新生三方面的含義：“新興”指的是與傳統“老工科”對應的,在新經濟發展趨勢下對應新興產業的新興工科專業,即產生一類新型工科形態；“新型”指的是工科的新要求,利用傳統工科大學集約的工程技術優勢面向新興產業進行戰略調整,并進行相應的學科重組和擴展；“新生”則指的是由不同學科交叉融合而產生出來的新學科[2]。因此,新工科指的是正在形成的或將要形成的新的工程學科[2],食品類專業屬于“工科新要求”專業。在當前大健康產業高度重視的背景下,食品發酵技術課程既涉及微生物學又涉及食品工程、發酵工程等學科的交叉融合,符合新工科建設中新型、新生兩個內涵的要求,屬于未來食品生物技術的發展范疇。

2020年為應對新冠疫情,在學生無法按時返校進行正常教學活動的情況下,按照教育部“停課不停教、停課不停學”的要求,筆者所在單位江南大學也多次出臺相關政策,對教師進行線上平臺的培訓,幫助教師適應新的教學方式,保證教學質量。基于新工科建設和國家“以人為本”的要求,需要將當前“學科導向”的教育理念向“產業需求導向”進行轉變。因此,需結合國際工程專業認證“成果導向教育(Outcome Based Education,OBE)”的教育理念,對本課程進行改革探索。我們也以此為契機,根據《食品發酵技術》的課程特點,探索參與式的線上教學方式,營造獨立思考、自由探索、勇于創新的教學環境,做到以學生為中心、以能力為導向、可持續改進。

1 課程介紹

發酵食品是以食品組分為原料經微生物或酶的作用而制得的一類具有特殊風味的食品,是我們日常飲食的重要構成部分。《食品發酵技術》課程作為生物工程學院大二學生的專業選修課,是建立在生物化學、微生物學、發酵工程等課程學習基礎上的一門課程,具有知識點多、交叉性強、覆蓋面廣的特點。作為以食品科學、發酵工程等專業聞名的輕工院校中的專業課,本課程在學生專業興趣培養和未來職業選擇中具有十分重要的作用。然而,目前開展食品發酵技術課程的多為職業類院校,本科院校開設的相關課程多為食品發酵工藝學,也主要側重于發酵食品的加工工藝方面。由于不同食品的發酵工藝均有交叉,授課過程中如果僅按照分類講解一種發酵食品的相關知識,會導致學生重復學習,效率較低,而且會嚴重影響學習興趣。此外,隨著現代發酵技術的發展,發酵食品種類日益增加,如何在有限的課時內與時俱進,在拓寬知識面的同時培養學生的興趣和能力,是這門課程在教學過程中需要重點解決的問題。通過總結之前授課過程中學生反饋的問題,可以發現學生的興趣點及問題所在,如課程內容不夠新穎、發酵工藝過于枯燥、教學形式單一、希望增加實驗和參觀等(圖1)。

因此,在今后的教學過程中應當做出針對性的改進(圖2),如緊跟前沿、更新梳理課程內容；調整理論與工藝部分,使之更為合理地被學生所接受；豐富教學手段,利用更多網絡資源；使學生更直接地體驗發酵食品的過程,啟發對相關內容的興趣,增進對該行業的深入了解,培養復合型工程人才。與食品專業其他課程不同,《食品發酵技術》課程所涉及的內容繁雜,既涉及食品原料、微生物發酵和生物化學,具有一定的理論性,又包含食品加工、儲運等,涵蓋相當多的工藝過程,各章節又相對獨立,學生很難全面掌握。因此,需要結合本校的雙一流學科優勢,深度整合發酵食品制作過程中所涉及的微生物學、生物化學、發酵工程及食品工藝學等相關原理和知識,融入OBE教育理念,以學生為中心,以能力培養為導向,對教學模式做出改革和探索。

圖1 《食品發酵技術》線下課程常見問題Fig.1 Frequently asked questions (FAQ) of offline courses on Food Fermentation Technology course

在新工科建設的要求下,專業拓展課程被認為要注重為新工科專業學生的職業和個性發展提供寬闊的平臺,注重培養學生復雜工程問題解決能力、多學科團隊協作能力、創新創業能力、動態適應能力等[3]。因此,在借鑒先進的OBE高等教育理念、模式和方法的基礎上,結合學校及學院的實際情況,對《食品發酵技術》的課程體系、內容和教學方法進行改革,探討線上教學和線下課程的結合模式,將課堂理論融入到生產實踐和日常生活中,以家鄉的特色地域發酵食品入手,最大程度地啟發學生的專業興趣(圖2)。

圖2 《食品發酵技術》課程改革思路Fig.2 Reforming ideas of Food Fermentation Technology course

2 課程建設

2.1 教學目標

針對本課程線下教學過程中發現的問題,結合線上教學模式的特點,及時修正教學大綱和課程目標。《食品發酵技術》課程旨在使學生能夠了解和掌握食品發酵的基本理論知識,熟悉調味品、肉制品、乳制品、果蔬制品等相關發酵食品的生產工藝,并能夠解決產品常見的質量問題和控制產品的質量安全,引導學生交叉融合食品科學和生物發酵技術,啟發學生對未來食品的發展和創新做出思考。同時,結合“課程思政”的要求,通過發酵食品課程的學習,培養學生為國為民的社會責任感、端正良好的職業道德、務實嚴謹的工作態度,培養學生從身邊點滴中發現問題、分析問題、解決問題的能力,以及團隊合作、自主學習、與人溝通的能力,以滿足學生全面發展的需要。以面向未來和引領產業發展為目標,使學生開拓思路、了解行業現狀和發展趨勢,為畢業后從事食品發酵相關工作奠定堅實的基礎。

2.2 教學內容的組織

新工科專業建設要求明確的培養目標和豐富多變的教學內容,并且注重提高學生的學習興趣、學習參與度、學習效果和能力培養[2]。由于《食品發酵技術》課程涉及較多加工工藝,單純的課堂教學容易讓學生感覺枯燥、喪失興趣,線下教學時主要以課堂講授不同類型發酵食品的原理和工藝為主。根據學生反饋的問題,今后教學中需采用體驗式教學,通過帶學生品嘗不同發酵食品和校外參觀食品發酵企業生產加工的方式豐富教學內容,啟發學生的專業興趣。

由于疫情期間的安全問題,課堂教學由線下轉移至線上,發酵食品的感官認知和校外生產參觀并不現實。因此,為了適應本課程的這些特點,就需要遵循“以點帶面、與時俱進”的原則選擇教學內容,合理利用網絡資源豐富教學形式,激發學生的學習興趣,注重提高學生課內外學習的積極性和效率。例如,在首堂課的教學過程中以提問的方式帶學生梳理日常生活中常見的傳統發酵食品,并引導大家做好分類,幫助學生構建完整的知識體系(圖3),鼓勵學生探尋身邊的相關發酵食品,尤其是具有地方特色的產品,在下節課開始前留出部分時間與大家分享。根據發酵食品的特點,梳理整合知識點,分別從上游、中游、下游3個方面組織課程內容(如圖2)。具體到某一類發酵食品,在統一講解基本原理和技術的基礎上,選取日常生活中常見且有代表性的1～2種產品進行深入分析。教學過程以能力培養為導向,鍛煉和培養學生的信息獲取、知識更新以及終身學習能力,鼓勵學生從不同角度分析發酵食品工業中諸多因素的相互關系,提出解決問題的新思路、新方法和新途徑。

圖3 發酵食品知識體系Fig.3 Knowledge hierarchy of fermented food

2.3 教學方式的改革

在傳統的課堂教學中,教師可以通過跟學生的互動交流及時掌握學生的疑惑和困難,并及時調整自己的教學思路,但疫情期間學生不能返校,只能采取線上教學。因此,選取合適的教學資源、對課程內容和教學形式進行適當調整,并及時了解學生的學習動態和興趣,對教學質量和學生能力的培養都有重要的影響。在這一背景下,我們采用多平臺混合線上教學模式,優化食品發酵技術的教學內容和授課模式,以企業微信、騰訊會議等在線平臺展開教學,通過企業微信群、在線直播討論等群組討論模式展開交流,給予學生一定的線上討論和交流時間,對學生的學習狀況和興趣動向及時掌握,通過這些混合式教學方式提高學生的課堂參與度。

由于線上教學的特殊性,師生之間相隔千里,僅能通過屏幕的畫面和聲音進行交流,因此對教學資源的要求更高。如何將知識點通過網絡高效地傳遞給學生,是一個非常值得深思的問題。我們根據教學目標,進一步凝練整合知識點,投入更多精力對ppt課件進行設計和制作,根據不同發酵食品的特點,選取相應的主題色調(如發酵果蔬制品部分采用清新簡約的水果色主題、發酵肉制品章節采用饞涎欲滴的紅黃色主題等),結合發酵食品的相應圖片,帶給學生更強的視覺沖擊力。此外,合理利用網絡視頻資源,積極尋找適合課程內容的視頻資料(如《舌尖上的中國》、《風味人間》中的片段)、生產現場動畫圖片、發酵食品安全相關案例等,在課堂中留出適當時間進行播放,一方面調節課堂氛圍、避免面對屏幕夸夸其談式的枯燥；另一方面豐富教學形式,使PPT、教師講授和視頻播放相結合。通過在授課過程中搭配使用這些資料,豐富教學方式、增加趣味性,增強學生的感性認知,喚醒學生對課程的興趣,使學生深刻理解“民以食為天、食以安為先”的社會擔當。課后,將部分發酵食品的生產技術上傳到企業微信課程群或慕課平臺作為擴展學習內容,供感興趣或學有余力的同學進行學習。

同時,鼓勵學生在居家隔離期間通過課程內容在家動手制作酸奶、果蔬酵素、納豆等常見發酵食品,將發酵食品的理論與實踐有效結合,寓教于樂,最大限度激發學生的學習樂趣,提高學生的動手能力。結合線上教學和課下探索提高學習效率,鼓勵學生參加不同形式的科技競賽和創新產業實踐等與專業相關的實踐活動,培養學生分析問題和解決問題的能力,鍛煉學生理論聯系實際的能力和實踐應用能力。

2.4 教學改革成效

新工科建設要求培養具有解決復雜工程問題能力的人才,OBE理念是以成果為導向,即以大學生的學習成果、學習能力為核心,二者均是要求以培養學生能力為根本,因此,首先要確定預期的學習成果。在此基礎上,教學團隊對本門課程進行梳理和挖掘后,初步確立了本門課程的預期改革目標：1)主動對接新工科建設體系,在課堂之外建設實驗平臺,鼓勵學生選取自己感興趣的發酵食品進行探索,鍛煉實踐能力的同時啟發學生主動發現問題、分析問題的能力,培養學生的創新思維；2)以OBE理念為指導,在重視實踐、強化能力的同時,通過引入學科競賽、指導科研論文等方式,幫助學生將興趣和努力轉化為成果,從設計思路、動手操作、閱讀寫作、統籌答辯等多角度全面提升學生能力；3)融入課程思政,深入挖掘本課程中天然存在的思政元素,在授課過程中進一步強化和拓展,培養工科學生的科學精神和社會責任感,注重人才培養、科學研究、社會服務和文化傳承的有機結合。

在本次教學改革嘗試過程中,教學團隊利用本校食品學院、生物工程學院、食品科學與技術國家重點實驗室和糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室等優勢學科資源,初步構建了發酵調味品和佐餐食品(醬油、醋、豆制品等)、發酵面制品(面包、蛋糕等)、發酵乳制品(酸奶、奶酪、馬奶酒等)、發酵酒(黃酒、啤酒、白酒、果酒等)以及發酵果蔬制品(酵素、泡菜等)等多個與課程內容緊密相關的發酵食品實踐平臺,在周末開放給學生,并協調相關研究生進行指導和輔助,培養學生興趣、鍛煉動手能力。同時,在課余時間由授課教師牽頭舉辦發酵食品品鑒活動,進一步激發學生的熱情。

在基礎實踐的過程中,引導學生通過查閱資料、學科交叉等方式擴充自己的知識面和興趣點,并進行相應的創新、創業探索。在授課和指導過程中,及時鼓勵學生將自己的想法和作品進一步加工整理后參加“互聯網+”大學生創新創業大賽、全國大學生生命科學競賽、全國大學生生命科學創新創業大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽等相關學科競賽,以培養學生能力為中心、以學習成果為導向,培養具有寬廣知識面和多領域適應能力的食品及生物工程類專業復合型工程人才。對《食品發酵技術》課程1年時間的教學改革探索,不僅受到了學生的廣泛好評(圖4),相關成效也開始逐步體現,如引導學生將課程作業整理發表核心期刊論文一篇[4],指導學生獲得第四屆全國大學生生命科學競賽(2020年)江蘇省省賽三等獎兩項,第五屆全國大學生生命科學創新創業大賽(2020年)國家級一等獎四項、二等獎一項,以酵素食品的形式在“Ibone杯”寵物食品設計大賽(2021年)中獲得特等獎一項。

圖4 教改前后教學評價對比(數據導出自 江南大學評教系統)Fig.4 Comparison of teaching evaluation before and after the reform注：指標1.老師為人師表,責任心強,尊重我的想法和意見；指標2.老師專業知識廣博而精深,對我的學習幫助很大；指標3.老師言語表達清晰,邏輯性強,有助于我的理解；指標4.我能感受到老師在課前做了充分準備,他很重視教學；指標5.老師非常有耐心,在遇到問題時,我樂于向老師請教；指標6.課外作業分量適度、反饋及時,有助于對專業知識的理解與拓展；指標7.講課內容充實、時代感強、理論聯系實際；指標8.教學方式靈活多樣,切合教學內容,能激發我的學習興趣；指標9.能得心應手地處理教學問題和突發事件；指標10.使我掌握了本門 課的基本原理和技能,并具備相關的應用能力

通過對《食品發酵技術》課程的線上教學探索與反思,雖然取得了一定的成效,但仍存在部分不足:1)課時有限,沒有足夠的課時圍繞課程目標進行系統深入的探究和更多的實踐鍛煉,實際教學效果與行業企盼仍存在明顯差距；2)線上教學資源分散,缺乏系統的食品發酵技術理論與實踐結合的教學資源,不利于學生課下自學和拓展；3)課后引導與問題解決途徑還需進一步完善,加強與學生的交流和溝通。

3 基于網絡平臺的線上教學

3.1 課堂組織架構

教師在首堂課授課過程中布置學習任務：學生就自己家鄉的特色發酵食品或特別感興趣的發酵食品進行深入了解和調研,課程結束時做PPT匯報分享,教師與學生共同參與評價,從PPT制作、匯報內容、問題回答等方面進行打分,作為期末考評依據。

為保證在線教學質量,提前半小時調試好網絡,線上教學采用企業微信的在線會議或直播形式(以騰訊會議作為備選),營造一種與學生面對面的交流氛圍,盡量避免只有說教的錄課形式。教師每次課提前10分鐘在教學平臺發布簽到通知,以保證學生準時上課。同時針對本次課程內容播放相關發酵食品的視頻短片,激發學生的學習興趣,使學生逐步進入上課狀態。上課過程中允許學生在評論區就感興趣的知識點留言,課后積極參與學生的討論,及時答疑解惑。每堂課最后留5分鐘時間跟學生共同回顧本節課內容,留5道左右習題供學生課后解答,下節課開始前以問答方式復習上節課內容。采用在線授課軟件自帶的錄屏工具將講課內容進行錄制,并共享給學生,方便學生課后復習。這樣的教學方式既實現了師生互動、突出學生的主體性,又實現了教師在網絡授課過程中對學生的監管,有助于培養學生的自主學習能力及發現問題、分析問題、解決問題的能力[5]。

3.2 融入課程思政

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020 年)》指出,教育要以育人為本,關心每個學生,促進每個學生發展。此外,教育部“雙萬計劃”的實施也更加注重創新型、復合型、應用型人才培養課程建設的創新性、示范引領性和推廣性。如何以人為本,結合學科優勢、緊跟學科前沿發展、探索食品發酵技術相關本科課程的創新培養模式,全面落實“以人為本、四個回歸”,努力培育以人才培養為中心的質量文化,是當前相關課程教育中需要反思的一個重要問題,也是新工科專業建設中的一項重要任務。教育部在2020年5月出臺《高等學校課程思政建設指導綱要》,旨在融入思政元素立德樹人,引導學生樹立正確的價值取向,實現育人成才的目標[6]。

如圖3所示,發酵食品與人民生活密切相關,其發展歷程具有悠久的歷史,是千百年來勞動和智慧的結晶,相關理論技術還涉及多學科的交叉融合。隨著現代食品工業的發展和人民生活水平的提高,層出不窮的食品安全問題也日益引起關注。因此,本門課程本身就存在美麗中國、優秀傳統文化、民族精神、科學技術現代化、科學精神、職業道德等思政元素。通過對《食品發酵技術》課程內容的進一步梳理,結合課程特點,可以做到在教學中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學精神的培養結合起來,提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力。此外,也應當注重強化學生的工程倫理教育,培養學生精益求精的大國工匠精神,激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。例如,在食品添加劑相關章節,通過講授現行食品添加劑相關的法律法規與標準,結合蘇丹紅、三聚氰胺、染色饅頭等案例使學生明白添加劑濫用、誤用、非法使用的危害,強調食品添加劑合理、合法、合規使用的重要性,啟發學生對職業道德與社會責任的思考；在不同傳統發酵食品的制作與安全相關章節,通過講述發展歷程,強調我國古代勞動人民的勤勞與智慧,增強學生的民族自豪感；通過講授現代發酵理論和分子生物學對發酵食品發展的推動作用,培養學生傳承與創新的科學精神、自主學習和終身學習的意識,以及不斷學習和適應發展的能力。

立德樹人作為課程思政的根本,首先要求教師以身作則,通過自身積極、熱情、樂觀的人生態度感染學生；也要求教師緊跟前沿、開闊思路和眼界,傳遞給學生更加有深度和廣度的內容；更要求教師及時關注學生的心理動向、了解學生的問題所在,通過聊天談心等方式開導學生,潛移默化地對其人生觀和價值觀做出正確的引導。由于線上教育具有時空分離、師生分離、教管分離的特點,使師生之間的交往和互動變得虛擬化,如何拉近師生心理距離顯得尤為重要[7]。此外,由于疫情期間的安全防控,學生都是禁足在家進行網課學習,要充分考慮到這個年齡段學生特殊時期會產生的心理變化,授課過程中要讓語言充滿熱情,增加與學生的交流互動,引導學生積極向上的生活態度,啟發學生從身邊點滴開始關注發酵食品、關注食品安全。

4 結語

突如其來的疫情帶來了各方面的不便和考驗,也加速了信息化時代線下實體課堂與線上網絡課堂的深度融合。在后疫情時代,雖然線下教學已經逐步恢復,但通過對《食品發酵技術》課程線上教學探索所進行的反思給我們提供了進一步加強課程改革的思路。在今后的教學中,我們應當在新工科專業建設的要求下,結合本校“食品科學與工程”和“輕工技術與工程”兩個“雙一流”學科建設的優勢,進一步深化OBE教育理念,以培養學生能力為導向、以培養復合型工程人才為目標,對《食品發酵技術》課程持續改進。同時,緊密聯系課程內容與行業產業,聚焦前沿理論和加工技術,充分利用網絡平臺,對傳統課堂教學進行改造、轉型和升級,把線上教學作為今后課程教學模式改革的有機組成部分,推動理論與實踐的深度融合,有效提升教學效果。