思維導圖在“食品生物技術”課程教學中的應用

李才林，閆偉偉，吳海柱，秦少偉，趙利峰

（桂林旅游學院 廣西 桂林 541006）

“食品生物技術”是食品類（本科）專業的專業課。從科學研究上講，食品生物技術借助現代分子生物學的相關理論，利用五大生物工程技術，研究食品微生物學、食品化學、食品加工和食品檢驗等方面的基本知識和基本技能，進行食品的研發、生產、檢驗、分析、品控等；例如：新款零食的研發與生產，香腸、肉脯等肉制品的加工，酸奶、牛奶、奶片等乳制品的加工，食品營養成分和添加劑的檢驗與分析，食品品質和衛生的把控等[1]。從學習內容上講，“食品生物技術”課程的主要學習內容包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發酵工程等食品生物技術的基本理論和手段，以及這五大工程和技術在食品工程中的運用等；同時涵蓋食品生物技術發展簡史和食品生物技術領域在國內外的研究進展等相關內容，整體內容體現生物技術在食品產業的影響和該技術領域的發展方向[1-2]。從課程目標上講，在知識目標上，學生通過本課程的學習，需要掌握生物技術的五大工程，理解生物技術的下游過程及上下游技術的關系，了解食品安全的常用檢測方法；在能力目標上，學生通過本科程的學習，可以提高自身的專業能力，有利于在走上工作崗位后為食品行業把好食品質量和食品安全關，為運用先進生物技術去設計新型食品、開發新食品原料，以及革新食品生產工藝提供知識和技術儲備；在素質目標上，食品生物技術要培養具有獨立思考、分析和解決問題能力的學生，為后續課程學習及職業能力、創新精神、科學作風和綜合素質的提升打下堅實基礎。桂林旅游學院休閑與健康學院2019 級的食品質量與安全專業的“食品生物技術”在第六學期開設，理論課程26 個學時，實驗課程6 個學時。學生在開課之前已經學習了“食品生物化學”“食品分析”“食品微生物學”等課程，具有一定知識儲備。通過本課程學習為后續食品保鮮、食品加工、食品開發、食品貯藏、食品安全與質量控制等相關課程的學習打下理論和技能基礎。

“食品生物技術”課程內容分為兩個部分：一是基礎部分，主要包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發酵工程等基本理論和技術。這些理論技術涉及生物學專業的基礎理論，知識比較抽象，內容綜合性強，而食品專業學生的生物學知識儲備相對薄弱，大多數學生學習效果欠佳。特別是在學習基因工程和細胞工程等內容時，新概念、新知識都讓學生茫然不知所措，對知識脈絡和章節間的關系不能很好地領悟和掌握，久而久之逐漸喪失對課程的學習興趣。二是應用部分，主要包括分離技術、檢測技術和廢物治理技術。這些學習內容實踐性強，特別是和各種生產案例相結合，知識呈現一定程度的碎片化，學生不容易抓住重點，也不容易總結和記憶。筆者從近幾年的教學實踐中也發現學生在食品生物技術上普遍感到難度較大，學習耗時較多，考試成績不理想等，所以有必要探索一種新穎和有效的教學方法，一方面來提高學生對學習“食品生物技術”的興趣，另一方面幫助學生對所學知識進行梳理和總結。

近幾年，一些比較熱門的教學方法陸續在課堂教學中得到實踐和應用，比如LBL（lecture-based learning）教學法即強調利用多媒體與板書相結合的方式、系統地講解基本知識和基本理論，并注重講授過程中對學生的學習進行及時的指導[3]。PBL（problem-based learning）教學法又名問題教學法，這種教學方法強調以問題為學習導向，在教學過程中以學生為中心，最大限度地把學生當作課堂的主體，讓學生在思考問題、解決問題的過程中完成學習[4-7]。TBL（team-based learning）教學法強調教學要以學生為中心、以團隊為基礎，從而讓學生通過團隊討論、團隊協作提高學習能力、協作能力和自我管理能力[8-9]。“Sandwich”又稱“三明治”教學模式，該模式通過在教學中增加小組討論環節，達到促進師生、生生之間交流，從而調動學生的積極性，提高學生自我學習、自我思考的能力[10]。在眾多教學方法中，思維導圖（Mind Mapping）是一種培養學生自我建立知識架構的有效方法。該教學方法又稱心智導圖，能夠培養學生的圖像式思維和圖像式思考，是一種簡單高效的教學輔助工具。自20 世紀70 年代被英國學者Tony Buzan 創立以來，因為它可以利用繪畫技巧，圖文并重地把各級主題的隸屬關系與層級表現出來，將主題關鍵詞與特定的顏色各圖像在大腦中建立記憶鏈接，能夠充分發揮左右腦的邏輯與思維優勢，開啟大腦的無限潛能，增強人類的總體規劃能力、學習記憶能力、立體思維能力，所以許多學者認為思維導圖是一種突破性的教學輔助工具[11-12]。目前，很多教育發達國家的學校已經普遍推廣使用思維導圖，并將其上升到國家教育改革策略的高度，在實際教學實踐中也取得了顯著成效。例如，思維導圖在新加坡成為從幼兒園到大學的必修課程；思維導圖教學模式也在大多數美國學校得到了應用，許多教師認為這種教學方法是未來的教學工具[13-15]。

因此，為幫助學生高效掌握“食品生物技術”課程的知識內容，構建完整的食品生物技術知識框架和體系，培養學生的發散性思維能力和邏輯歸納能力，并提高學生學習“食品生物技術”的興趣和效率，我們嘗試將思維導圖模式引入“食品生物技術”課程的教學實踐中，以期達到融會貫通和學思結合的良好效果。

1 教學對象與教學方法

1.1 教學對象

以桂林旅游學院休閑與健康學院食品質量與安全專業兩個班級的學生為研究對象，這兩個班級各30 名學生，均為統招學生，入學成績相當，使用教材相同。

1.2 教學方法

1.2.1 教學實施過程

桂林旅游學院“食品生物技術”課程在第六學期開設，理論課時26 個，每周2 節課。對2019 級食品質量與安全專業的兩個班級，在其中一個班級以傳統教學模式進行教學，在另一個班級用思維導圖模式進行教學。傳統教學班級和思維導圖教學班級的教學內容相同，同步進行授課。對思維導圖班級而言，在每一章的課堂教學結束后，要求該班級學生繪制本章節知識的思維導圖，進行重難點的梳理，提倡通過創新設計來展現主題。

對于思維導圖班級的學生而言，并非只是簡單要求學生制作某一章節的思維導圖而已，而是教師在多個環節方面下功夫，力求學生在思維導圖這種形式上的學習效果最大化。例如“食品生物技術”的第二章食品與基因工程，學生在課堂上學習完第二章內容后，首先，要求教師引導和啟發學生進行課堂討論，及時對本章節的內容和知識要點進行歸納、總結和梳理，并在此過程中，提醒學生對本章中相似知識點進行甄別。通過教師在這一環節的引導和啟發可有效避免學生課后對所學知識總結的懈怠、擱置和拖延現象，能夠使學生形成一個有效的閉環學習模式。同時，在這一環節中，為使學生更好地理解和掌握本章的重點和難點知識，要求教師還要盡量做到把知識點化繁為簡，比如需要學生掌握基因工程的五個操作步驟：目的基因的分離和制備、載體和基因的限制性酶酶切、載體和基因連接形成重組體DNA、重組體DNA 轉化感受態細胞、含有重組DNA 的陽性細胞的篩選和增殖等，這些知識點較為枯燥和龐雜，對于食品專業的學生來講，由于他們的生物學背景相對較為缺乏，對這些繁雜和晦澀的知識難以很好地理解和掌握。所以，為了方便學生理解和記憶，教師可以將基因工程的五個煩瑣操作步驟總結為五個字——“分、切、連、轉、選”，這樣，學生通過對這五個字的記憶，再結合課堂上所學的詳細知識內容，就能夠扎實和牢固地掌握基因工程的操作步驟。

其次，教師在引導和啟發學生總結的基礎上，要求思維導圖班級的學生繪制本章的思維導圖。在這一環節中，教師著重提醒學生把握本章節的重難點內容以及各部分知識點的脈絡層次和結構關系。根據第二章食品與基因工程的組織框架和脈絡層次，該章總體可分為八個部分：概述、工具酶、目的基因的制備、基因載體、基因重組、轉化增殖和表達、基因工程在食品中的應用以及后基因組學等。其中，基因工程的操作步驟、目的基因的制備、陽性克隆的篩選等為其重點和難點內容，這些知識點均需要學生重點去理解和掌握。所以，要求學生在對本章思維導圖進行組織、構思和設計時，對這些重點和難點內容能夠做到有所側重，分清楚主次，并且還可以通過標記一些特殊符號或突出文字顏色等多種方式體現在思維導圖中。比如，可以用五角星標記概述中基因工程的概念和操作步驟、工具酶中限制性內切酶的特點和種類、目的基因制備中的PCR方法、基因載體的特征、基因轉化的條件以及陽性克隆的篩選方法等這些重點內容。通過這種重點標注方式，能夠使學生對本章節的重難點知識做到心中有數、一目了然，從而建立起一套完整的知識架構和體系。

最后，要求學生對本章思維導圖進行知識輸出。在該環節，學生先進行分組，組成4―5 人的小組，然后以小組為單位進行思維導圖的課堂匯報。小組內每位學生匯報時間為5 分鐘，主要匯報自己制作本章思維導圖的設計思路和表現形式，同時也考查學生對本章節重點知識的掌握程度。不僅如此，本環節中在每個小組學生匯報完后，還需要由其他組學生對該組學生進行課堂點評，點評內容包括對知識的理解、思維導圖的表現形式和風格以及語言表達能力等多個方面，并且還可以針對本章內容對該組學生進行提問，然后根據匯報學生的課堂表現分別給出本組學生該章思維導圖匯報的得分成績。學生的課堂得分成績最終會計入本組學生的平時成績，并納入其期末總評成績中。所以，在該思維導圖的匯報和展示環節中，不僅要求學生能夠對本章節的知識點和結構脈絡了如指掌，思維導圖設計合理、脈絡清晰，而且還要求有流利和清晰的語言表達能力，能夠流暢和清楚地通過思維導圖來匯報本章的知識內容，要求學生既會做又會說。這一環節的最后，教師對每組學生進行總體指導和總結，指出每組學生的優點和不足，對于優勢方面，引導其他學生如何借鑒，而對于不足之處，則給出具體建議和參考，以利于以后思維導圖任務的完善和提高。該環節把學生的課堂得分與其期末總評進行掛鉤，這種形式不僅能夠極大地調動學生的學習積極性，促使其在課堂學習及設計思維導圖等各個環節下功夫，而且也極大地鍛煉了學生的語言表達能力和團隊合作能力。

1.2.2 教學效果評價

成績評定：采用期末閉卷形式對學生進行考核，傳統教學班級和思維導圖班級均采用同一試卷進行考試，試題難度、試題數量均相同。

學習興趣評價：以問卷形式進行調查，內容涉及學生自身對“食品生物技術”課程難易程度的認識、重點內容的掌握技巧、未來進一步深造的意愿方向以及課堂匯報的收獲等。

2 結果

2.1 學生成績考核

經過一個學期的思維導圖方法在“食品生物技術”課程教學中的探索和嘗試，通過對比傳統班級和思維導圖班級的期末考試成績，我們發現與傳統教學班相比，采用思維導圖教學的班級期末考試平均成績（82.35±9.24）明顯高于傳統教學班級的平均成績（73.22±11.14），說明思維導圖這種教學模式對于提高學生的學習成績是一種有效的方法。

2.2 教學效果

通過問卷調查發現，相比傳統教學班級的學生而言，思維導圖班級的學生對“食品生物技術”課程的重難點有較準確的把握，且能夠自覺尋找適合自己的學習和記憶方法，對本課程的學習熱情和學習興趣明顯高漲。并且思維導圖班級的多數學生在未來選擇考研方向上，愿意選擇考試生物科目的專業和學校。

表1 思維導圖教學班級與傳統教學班級教學效果比較

3 討論

隨著經濟與社會的發展，人們對食品的營養性、可口性、安全性的要求越來越高[16]。近年來，伴隨科學技術的發展，食品加工過程中現代生物技術的使用也越來越廣泛，食品生物技術提高了食品的產量、拓展了食品來源、保證了食品的質量[17-18]。正因為上述原因，學好“食品生物技術”課程對食品質量與安全、食品科學工程等食品類專業的學生有重要的意義。但這門課程涉及大量生物學相關的知識，特別是五大工程的一些內容，例如基因編輯，知識較為抽象，內容綜合性強，即便生物專業的學生也不容易理解掌握。食品專業學生的生物學知識儲備相對薄弱，大多數學生要理解和掌握這些內容就更不容易。而在學習發酵工程等內容時，又涉及物理化學和食品工程的內容，新概念、新知識都讓學生茫然不知所措，對知識脈絡和章節間的關系不能很好地領悟和掌握，久而久之逐漸喪失了對課程的學習興趣。作為一門交叉學科，“食品生物技術”涉及生物、食品、物理化學等多個學科的內容，其內容繁雜，代謝途徑縱橫交錯，既枯燥又抽象，導致在“食品生物技術”的實際授課中存在教師難教會，學生難學懂的問題。所以，如何走出這個困局，讓學生對學習本課程津津有味而樂此不疲一直是一線教師考慮的問題。

思維導圖作為一種發散性思維工具，極大地解決了這個難題。學生在學習完一個章節后，特別對于跨時間長的多學時章節，及時梳理和總結本章知識點，構建知識框架和知識關聯層次，從而理清本章節整體知識脈絡和邏輯關系。我們通過在“食品生物技術”課程中實施思維導圖的教學方法，不僅使學生掌握了所學課程知識，形成一套完整的知識結構體系，而且培養了學生對知識內容的梳理意識和總結能力，為未來走上社會或進行深造打下良好的素質基礎。

實踐證明，將思維導圖的教學方法融入“食品生物技術”課程，相對于傳統教學模式，是一種創新和改革，有利于培養學生的綜合素質，這種教學方法能夠很好地增強學生學習的主動性，能夠幫助學生構建系統的知識體系框架，有效提升教育質量和教學效果。