工程導向“食品營養與安全學實驗”教學改革

楊悅，李大鵬，陳義倫，張小燕，張晨，孫欣

山東省高校食品加工技術與質量控制重點實驗室，山東農業大學食品科學與工程學院（泰安 271018）

“食品營養與安全學”是普通高校食品專業一門重要的專業必修課程，也是培養食品專業應用型人才的關鍵課程[1]。“食品營養與安全學實驗”作為該課程的實驗課，在達成人才培養目標的過程中扮演了重要的角色。通過實驗課教學，使學生比較全面、系統地掌握理論課的基本理論、基本方法和基本技能，鍛煉學生的實驗操作技能，培養學生獨立思考和創新能力，進一步理解飲食營養、食品安全與人體健康的密切關系，具有很強的科學性、社會性和應用性[2]。

2016年我國開始工科專業工程認證，強調“學生中心、成果導向（OBE）與持續改進”三大基本理念，極大地推動了我國教學體系的完善與人才培養質量的提高[3]，教學的重點聚焦于“學生產出”，注重學生創新、實踐等工程能力的培養。課程實驗作為培養學生解決復雜工程問題能力的重要途徑之一，是課程體系的重要組成部分，對畢業要求的達成起到了重要的支撐作用，但是目前傳統的實驗教學存在創新性差、驗證性實驗多等多種弊端，導致課程結束后學生動手實踐能力及自我分析能力等掌握不足，難以體現“以學生為中心”的教學理念，無法滿足當前食品產業創新型、復合型及應用型人才的培養要求[4]。

文章針對傳統實驗教學中的種種弊端，從教學內容、教學方法、考核方法等幾個方面改革和探索綜合設計性實驗的實施方案，旨在培養學生獨立分析問題解決問題的能力，培養符合食品產業需求的工程技術人才。

1 傳統食品營養與安全學實驗教學中存在的問題

1.1 實驗教學內容設計簡單

傳統的實驗教學環節，學生根據實驗手冊設計好的實驗內容進行機械式操作。實驗內容設計簡單且多為單個驗證性實驗，例如，食品中各種營養素（如抗壞血酸、黃酮、脂肪）的測定等，這樣導致大多數學生學習積極性差、缺乏思考與創新能力的鍛煉，無法有效培養學生解決復雜工程問題的能力。

1.2 實驗教學方法不先進

目前實驗課任課教師以講授與演示為主，這種“以教師為中心”的傳統教學模式是教師事先準備好實驗用品，上課時講解實驗目的、原理、步驟、注意事項，最后由學生按照所講解的方式進行實驗操作，缺乏對學生預習行為的監督和檢查，這種教學模式下學生很少主動思考實驗每步操作的原理，也不會去主動分析實驗結果，學生對實驗沒有興趣和積極性，不能很好地參與實驗，導致課堂氛圍沉悶，嚴重束縛了學生創新能力的培養。

1.3 考核方式不科學

傳統的考核方式是實驗報告和實驗技能操作結合作為期末成績考核的依據，其中實驗報告只考察學生對實驗方案的執行能力，同時抄襲現象嚴重，無法考察學生真正解決復雜工程問題的能力。同時，實驗技能操作缺乏具體的評分標準，造成難以評價學生實際的分析問題和解決問題能力。教師難以發現學生的真實問題，不利于正確評價學生課程目標的達成情況。

2 食品營養與安全學實驗教學改革

2.1 優化實驗教學內容

實驗教學內容要更新，不僅要考慮對學生基本實驗技能的訓練，還要緊跟科技發展的前沿，對當前食品營養與安全相關的熱點問題，制定相關實驗項目，在一定程度上增加實驗的深度與廣度。將分散的單獨的驗證性實驗項目有機地整合起來，形成系統性的綜合性實驗體系，開展開放式和探索性的實驗教學，使學生逐步將課堂上獲得的食品工程知識與工程實踐相聯系，以提高學生工程應用能力。每個綜合實驗中包含教學大綱涉及到的知識，不同實驗小組間的實驗條件不同或者材料不同，確保了各個實驗小組形成獨立的實驗方案，避免了實驗報告的雷同現象。

綜合設計性實驗列舉：

1)“不同種類及貯存期的蔬菜中亞硝酸鹽含量變化的監測及安全控制”，其中涉及的基礎實驗操作有亞硝酸鹽含量的測定、pH的測定等；

2)“果汁不同殺菌工藝過程中質量品質的變化”，根據實驗組設計不同種類的果汁，不同的殺菌工藝，測定質量品質中各個指標的變化，涉及的實驗內容包括各種殺菌工藝技術、維生素C含量的測定、色差的測定、酸度的測定、糖度的測定、菌落總數的測定等。

3)“不同種類、不同劑量的抗氧化劑對食品品質的影響”，根據實驗組設計不同種類、不同劑量的抗氧化劑，根據觀察比較食品脂肪氧化值等，分析抗氧化劑的使用種類、使用量與抗氧化效果之間的關系[5]。

實驗課教學改革優化后的實驗綜合性、系統性更強，可根據不同的實驗小組進行實驗設計，如實驗材料不同、檢測方法不同或者樣品前處理方法不同，這種簡單的研究性實驗課程由學生團隊獨立完成。從實驗的設計到具體步驟的操作，再到數據的處理整個全過程，這種連貫性、系統性、創新性的實驗課程的學習不僅有助于學生實踐技能的提高，重要的是能夠大大提升學生解決問題能力和工程實踐能力，這充分地體現了工程認證的教育模式，強調培養學生獨立動手及獨立思考的能力與素質，極大程度提高了學生的科研創新意識。

2.2 更新實驗教學方法

在實驗教學過程中嘗試引入虛擬仿真實驗室，通過網絡技術、虛擬現實技術、計算機仿真技術、多媒體技術等實現的各種虛擬實驗環境[6]，將實驗操作步驟制作成視頻、圖像動畫等，提前發給學生們自主預習，通過小組討論的方式解決遇到的問題，方便自身糾錯和總結，這樣將傳統學生的“被動”轉為現在的“主動”[7]。

課程教學要緊跟高科技發展的步伐，為同學們提供參觀企業工廠的機會，培養學生廣闊的思維空間和實際應用鍛煉能力，改革后的實驗課程教學能夠使學生既能夠理解運用理論基礎知識，又能幫助學生從學校學習到工廠實踐實現平穩過渡，從而加深對專業知識的理解和掌握以及對生產實際的領悟和感受。

2.3 完善實驗考核制度

“食品營養與安全學實驗”是一門強調實驗操作技能的課程，改革后的實驗課程成績采用“態度+興趣+能力”相結合的形成性考核模式，由過程考核和結課考核兩大部分構成，比例各占50%，具體見表1，使考核方法制度更加科學、全面、具體。評分標準詳見表2和表3。

表1 期末成績評分標準

表2 過程考核成績評分標準

表3 課程卷面成績評價標準

過程考核中，要求學生對實驗內容進行預習、查閱相關文獻并撰寫預習報告，以便提前掌握實驗目的、原理及操作步驟，準備實驗藥品和儀器。實驗過程中老師根據實驗操作的關鍵點，對學生的操作進行量化評價，同時引導糾正學生實驗過程中的不規范操作，給予正確的評價與導向。通過實驗報告引導學生在實驗過程中學會分析實驗現象及相對應的實驗數據，鼓勵學生提出有困惑或疑問的地方并加以指導。通過過程考核，觀察學生的實驗態度、過程操作能力，發現一些實驗態度不端正，實驗報告撰寫不認真的同學，及時提醒、談話，并召集這部分學生座談、建群，及時輔導，做到學習過程預警，保證實驗教學環節與課程目標的吻合度。

結課考核中，課程卷面題目覆蓋本課程的全部課程目標，通過閉卷考試，考察學生對不同食品中有益成分、有害成分和質量指標的分析測定方法的掌握程度，是能夠對食品質量做出科學合理的評價；能否靈活運用營養學知識，針對不同人群提出合理化膳食建議；考察學生是否具備對實驗數據和現象進行分析的能力，通過書面報告和口頭陳述清晰地表達食品營養與安全相關實驗的過程和結果，可對實驗中出現的問題提出合理的解決方案。

期末考試后根據分數統計每位學生每個課程目標的達成情況，撰寫課程達成度報告，對于某個課程目標達成度未到0.7的同學，對每位同學按照課程目標達成不足的指標點量身定做考題或者實驗項目，對其重新考核，加強對課程目標及課程具體內容的理解和運用，最終目的是持續改進，使全部同學完成課程目標的達成要求。

2.4 吸納學生參與實驗準備及實驗室科研項目

鼓勵和吸納學生參與實驗準備及實驗結束后的整理工作，老師進行全程指導。在實驗準備工作中，需要學生親自配制實驗試劑，必要時要進行預實驗和驗證實驗，這些均能對學生的實驗操作能力有較大的提升作用，同時還需要較強的工作協調能力，如及時更換和補充實驗試劑、器皿和器材，這樣既能夠激發學生對實驗課程的主動性和積極性，又提高了學生的實驗操作技能[8]。

同時依托課程團隊教師的科研項目及實驗室平臺優勢，吸納班級學生進入不同的科研課題組做實驗，學生以此為基礎能夠申請各級別的大學生創新課題。這種以教學促科研、以科研成果支撐教學改革的教學方法，使教學和科研工作相互促進，實現教學與科研的良性循環。

3 實驗教學改革的評價與效果

在學期末實驗授課全部結束后，實驗授課教師認為教學改革后學生們在實驗操作的積極性及一次實驗操作的成功率等方面都有所進步。但授課教師認為教學改革后對教師的要求很高，綜合評價體系更是要花費數倍于傳統教學模式的精力，可能會對大范圍推廣會帶來一定困難。另一方面，學生對于教學改革的反饋，我們通過問卷星對2016級食品科學與工程、食品質量與安全、葡萄與葡萄酒工程三個專業556名學生發放了調查問卷，學生共提交調查問卷507份，回收率為91.2%，根據調查結果顯示，大多數學生認可這種開放式的教學模式，調查問卷結果詳見圖1～圖7。

圖1 學生對實驗課教學改革效果的滿意程度

圖2 學生對開放式的實驗教學模式的喜好程度

圖3 學生對教學改革激發自己對實驗課程的興趣程度

圖4 學生認為教學改革對提高實驗動手能力的幫助程度

圖5 學生認為教學改革后的減負情況

圖6 學生對教學改革的考核方式的滿意程度

圖7 學生是否愿意在其他實驗課中嘗試這種學習模式

從圖1～圖7可以看出，超過80%的學生對這種教改后的教學效果表示滿意，72.55%的學生贊同這種新型教學模式；超過70%的學生認為教改后的教學模式對于實驗的興趣和動手能力更有幫助，41.18%的學生認為在新的教學模式下減輕了學習負擔，這一部分學生普遍成績較好，他們在老師的指導下課前預習做的比較好；超過65%的學生表示愿意在其他實驗課程嘗試這種新型的教學模式，33.33%的同學對綜合設計性實驗這一教學改革持無所謂的態度，原因可能是自主設計研究課題及開展實驗需花費大量的精力和時間，極少部分對課程不感興趣的同學對這項改革持反對意見，因此在綜合性實驗推廣方面應當考慮到學生的興趣問題。

同時依據學生考試、平時考核，包括課堂考勤，課堂提問，實驗記錄等成績，按照《食品科學與工程學院本科人才培養方案制（修）定實施辦法》《食品科學與工程學院本科人才培養方案制（修）訂實施辦法》中的計算方法，對本課程的課程目標達成度進行評價，并與2015級相比較。圖8和圖9分別為2015年和2016年食品科學專業本課程的課程目標達成情況。2015級學生本課程的三個課程目標分別為0.83，0.76和0.90；2016級學生本課程的三個課程目標分別為0.84，0.79和0.91，較2015級學生有所提升，說明本課程的教學改革能夠提高課程的教學質量，促進了學生實踐能力和綜合素質的全面提高，為培養高素質的食品專業人才打下堅實基礎。

圖8 2015級學生學習本課程達成度

圖9 2016級學生學習本課程達成度

4 結語

總體而言，通過實驗課程的改革和探索，目前我校食品專業類學生的實驗操作技能已有較大的提高，教學改革成果得到大部分學生的認可和肯定。在工程教育專業認證背景下提高學生運用理論知識在實際生產中解決復雜工程問題的能力，是“食品營養與安全學實驗”這門課程的關鍵核心點所在。以工程教育專業認證的標準為導向，緊跟食品行業發展新趨勢，強化實驗教學，構建食品科學與工程專業的實驗教學培養方案及課程體系，建立靈活創新的實驗課程教學模式，以學生為中心，提高學生的綜合素質。通過“食品營養與安全學實驗”的教學改革探索，充分發揮了學生的主觀能動性，培養了學生嚴謹認真的科學態度、創新精神及實踐能力，對食品專業學生的實驗教學課程具有一定的借鑒意義，同時也為其他基礎實驗課程實驗課教學改革提供了有益的經驗和依據。