創新能力培育視角下“食品化學實驗”教學模式改革研究

蔣志國，張偉敏，陳衛軍，陳文學

（海南大學食品科學與工程學院，海南海口 570228）

“食品化學”是食品科學、營養學、食品質量與安全等專業的基礎課程之一，“食品化學實驗”教學是“食品化學”課程教學的重要內容。通過有序開展“食品化學實驗”教學可培養學生獨立思考能力、實踐能力、探索意識及創新能力。習近平總書記指出“誰擁有了一流創新人才、擁有了一流科學家，誰就能在科技創新中占據優勢”。同時，在國家創新驅動發展戰略實施的背景下，國家建設與發展需要一支高素質、高水平的創新型人才[1]。為此，學校以培育創新型人才為目標，積極探索“食品化學實驗”教學的改革方案，充分激發食品類專業學生追求知識、提升能力及探索未知的動力，為經濟建設、社會進步及國家發展培育具有扎實基礎理論、熟練實驗操作技能和獨立思考能力的創新型人才。

1 “食品化學實驗”教學對培養學生創新能力的重要性

“食品化學”課程是食品科學學科中發展較快的領域，在教學中占據重要地位[2]。“食品化學實驗”教學是檢驗學生理論學習成效和錘煉學生實踐能力的重要途徑，更是培養學生創新思維和創新能力的重要環節[3]。在食品類專業中，開展食品化學實驗教學對培養學生創新能力的重要性主要體現在以下幾個方面。

第一，“食品化學實驗”教學可提升學生觀察和探索能力。在“食品化學實驗”教學中，觀察與探索均不可或缺。學生通過仔細觀察教師的示范，可以清晰地了解實驗的基本操作及注意事項，并對實驗涉及到的各類材料的特征予以清楚把握[4]；在具體實驗過程中，學生在明確實驗目的及操作重點的基礎上，認真對待實驗課程學習并細致觀察實驗過程的每一個細節，全面觀察實驗對象，利于培養和提升學生觀察能力，形成嚴謹、細致的良好實驗習慣。例如，實驗涉及材料的顏色、形態、氣味、特性等都需要經過學生的仔細觀察才能夠進行有效識別。同時，實驗過程也是探究的過程。通過參加具體實驗活動，對“食品化學”中涉及的物質組成、性質及物質變化等進行探究，利用增強學生學習主動性和創新意識。學生在仔細觀察的基礎上，遵循實驗操作過程、做好實驗相關記錄，在完成實驗的過程中錘煉自身的操作能力、實驗能力、觀察能力及探究能力，幫助學生從感性認識上升到理性高度。

第二，利于促進學生思維拓展，引導學生掌握科學的思維方法。在“食品化學實驗”教學中，通過引導學生在積極思維活動的基礎上，由淺及深地挖掘實驗現象所反映出的本質，形成對實驗內容的全面認識，引導學生從表面現象去挖掘內在本質，從感性認知逐步上升為理性認識。學生通過參與其中，可較好地鍛煉思維，從成功中積累經驗，從教訓中反思不足，逐步掌握科學的思維方法。例如，在食品化學實驗中的“紅薯/馬鈴薯/黃地瓜中淀粉含量測定（碘量法）”中，學生通過認真觀察和實驗，記錄現象，并回答教師提問，在學生之間，師生之間相互點評、補充的基礎上，增強對知識的理解，在此過程中學生觀察能力、探究能力、獨立思考均會得到顯著提升。

第三，“食品化學實驗”利于培養學生合作學習的意識和能力。在實驗教學過程中，學生通過組成學習小組，在彼此明確分工合作的前提下，充分地發揮集體智慧，實現彼此之間優勢互補與彼此協作，完成實驗活動，不僅利于提升實驗效率，促進實驗創新，更能夠在相互交流學習的過程中實現學生個體的全面發展。同時，合作學習也利于提升學生解決問題的能力。各學習小組成員通過圍繞實驗項目任務依據各自能力進行合理分工，分別負責實驗活動的不同板塊，圍繞實驗過程中遇到的實際問題進行共同討論和分析，最終探索解決實驗中遇到實際問題的具體方案，確保實驗活動有序開展。在此過程中，學生合作學習意識及合作學習能力均會得到提升。

總之，通過科學有序地開展“食品化學實驗”教學，可以實現理論知識與實驗實踐的緊密結合，輔助學生借助實驗驗證理論知識，在反復實驗的過程中探索新思路、凝練新觀點[5]，形成新的實驗成果，能夠在強化學生實驗基本技能的基礎上，增強學生的科研探索意識和創新實踐能力，對于培育應用型、創新型人才具有重要意義。

2 “食品化學實驗”教學中存在的突出問題

“食品化學實驗”教學是“食品化學”課程教學的重要構成部分。近年來，隨著教育理念的轉變以及教學方法的創新，“食品化學”課程教學質量不斷提升，在培育應用型、創新型食品專業人才中發揮重要作用。同時，隨著行業發展對人才能力要求的不斷提升，現有食品化學專業實驗教學存在的不足逐漸凸顯出來，主要體現在以下幾個方面。

第一，實驗內容安排不合理，設計性、創新性實驗較少。實驗教學項目安排需要綜合考慮課程教學目標和學生綜合素質培育要求，應當突出設計性實驗、創新性實驗及綜合性實驗的設計。“食品化學實驗”教學中主要以演示驗證性實驗為主要實驗項目，而與學生創新能力、綜合能力密切相關的綜合性實驗、設計性實驗、創新性實驗整體較少。演示驗證性實驗在傳統教學中較為多見，是為驗證某種認識或假說是否正確而進行的一項實驗。顯然驗證性實驗是證明已知結論，而設計性、綜合性、創新性實驗則不同，大多具備一定探究性特征，要通過實驗結果來驗證實驗假設的正確性。

第二，教學方法運用缺乏靈活性，教育與技術的融合優勢尚未充分體現。目前，在“食品化學實驗”教學中采用的教學方法相對單一，即灌輸式教學，由教師準備實驗器材、材料、試劑等，在講解實驗目的、基本原理、注意事項及操作步驟的基礎上，安排學生獨立依據示范完成實驗過程。教學中采用這種教學方法，學生被動接受知識、機械性的進行實驗操作，缺乏主動思考、探索的過程。但是，在“食品化學實驗”教學中，教育與技術的融合優勢尚未得到體現。

第三，實驗教學團隊建設滯后，影響“食品化學實驗”教學實效。實驗教學團隊是實驗教學活動高效率、高質量開展的重要保障。為有效地培養和提升學生創新能力，教師在開展“食品化學實驗”教學時，必須配備科研水平高、實驗經驗豐富的教師團隊。同時，要求實驗教師能夠通過教學活動帶動實驗活動，借助科學實驗，在突出學生主體地位的基礎上，有序開展實驗教學，才能確保實驗教學質量。結合目前“食品化學實驗”教學現狀可看出，在教學團隊建設層面存在的問題主要體現在：一是教學理念尚未充分轉換，學生的主體地位不夠突出，實踐教學內容安排及教學方式組織中以教師為主導，學生積極性、主動性不足；二是部分教師自身科研能力或實驗能力尚存欠缺，無法真正地給予學生足夠專業的指導，影響實踐教學的實際效果。此外，教師隊伍身兼多門課程教學任務是影響實驗教學實效性的重要因素。

第四，實驗教學考核體系有待優化。教學考核是衡量教學質量和人才培養質量的關鍵環節。在“食品化學實驗”教學中，通過合理的考核方式可以反饋出學生個體對實驗內容、實驗操作等的掌握情況。目前，在“食品化學實驗”教學考核過程中，主要以學生完成的實驗報告及獲得的實驗數據等進行評定，考核評價方式較為單一。同時，評價標準較為單一，主要以學生對實驗的熟練程度、實驗報告等進行評價。通過這種單一的方式無法全面而準確地考核學生實驗課程學習的成效、綜合能力與創新能力等提升情況等。此外，教師在進行評價時，受自身主觀觀念影響較大，很難真實反映出學生的實驗技能水平，更無法持續調動起學生的學習積極性。

3 創新能力培養視角下“食品化學實驗”教學模式的開展策略

在“食品化學實驗”教學中，以創新能力培育為目標，應突出學生主體地位，探索新的教學方法，形成科研與教學相長教學模式。為有效地提升食品類專業學生創新能力，在開展“食品化學實驗”教學過程中，應著力從以下幾個方面優化教學模式，具體如下。

3.1 合理優化“食品化學實驗”內容，適度增加“三性”實驗比例

“食品化學實驗”教學中，通過合理安排實驗項目有助于培養學生的綜合能力，利于學生創新意識和創新能力的培育。在優化“食品化學實驗”內容時，應當適度增加綜合設計型、創新型實驗項目。這種實驗項目有別于傳統演示驗證性實驗項目，是發揮學生主體作用，由學生自主提出實驗項目，并在教師合理引導下獨立完成實驗項目的全部過程，并對實驗結果予以總結和匯報。在這類實驗中，學生需要獨立收集實驗相關資料，獨立準備實驗所需的儀器、材料、試劑等。在具體實驗項目中，學生可通過成立“課題組”的方式，在明確分工的基礎上，通過有效協作最終確保高質量完成實驗項目。不同模塊實驗項目的安排對應學生不同能力的培養。而通過多種類型實驗內容的有效組織安排，形成理論教學與實驗教學緊密結合，實驗教學與科研緊密結合的教學模式，將會有效地提升學生實踐能力、創新能力以及科研能力。其中，在基礎實驗環節中，可安排“食品中水分活度的測定”“美拉德反應”“油脂品質檢測”“蛋白質功能性質的測定”等實驗項目。而在綜合設計型實驗中，則可“維E 在油脂中的抗氧化作用”“果蔬中的維C 在熱加工中的變化”“pH 值對明膠凝膠形成的影響”等實驗項目，目的在于培育學生運用所學知識進行實踐的能力，引導學生形成良好的實驗習慣，提升學生分析問題和解決問題的能力。在創新性實驗內容安排時，可由學生自主設計，如“柑橘皮天然果膠的提取及果醬的制備”“不同面粉和油的種類對餅干特性的影響”“糖的種類對糖果制作的影響”等實驗[6]。總之，通過綜合性、設計性、創新性實驗與基礎實驗的合理安排，可促進學生實驗基本能力、綜合能力及創新能力的全面提升。

3.2 創新“食品化學實驗”教學方法，提升“食品化學實驗”教學實效

教學方法是影響教學實效的關鍵因素。在“食品化學實驗”教學中，教師應充分結合教學內容和教學目標，靈活選擇教學方法，在突出學生主體地位的基礎上，充分利用各類教育資源，實現教學實效的有效提升。目前，“食品化學實驗”教學中采用的教學方法較多，將混合式教學法與PBL 教學法有機結合，其中PBL 教學法是一種以問題為導向的教學方法，而混合式教學法則是融合線上教學與線下教學優勢新型教學方法。在“食品化學實驗”教學中，通過二者的有機結合，可有效提升教學成效，具體如下。

第一，基于在線學習平臺的線上教學。隨著教育信息化建設進程的推進，包括混合式教學法、多媒體教學法、翻轉課堂教學法等新興教學法在各專業課程教學中逐步得到推廣應用，在培育和提升學生理論素養、專業能力，培養學生自主學習習慣等方面發揮了重要的作用。教師通過結合食品化學實驗教學內容和教學目標，設計和制作線上教學資源、課程教案、典型實驗案例等，將這些優質資源上傳到在線教學平臺，并向學生布置“食品化學實驗”教學線上學習任務，由學生根據自身學習時間和學習習慣，自主完成課前線上學習內容，對實驗教學內容有基本的認知，并總結自主學習過程中遇到的實際問題，通過師生交流互動或課堂集中釋疑來獲得解決。同時，基于在線學習平臺可方便學生及時記錄獨立學習、實驗過程中的各項數據，為學生解決實驗中遇到的問題提供多樣化的解決途徑。例如，在講述實驗涉及的原理、實驗操作流程等一系列內容時，可借助Flash 動畫的方式，也可借助慕課資源等，形象化、生動化的展現出相對抽象的理論和相對復雜的操作流程，為學生營造出更加逼真的學習情境，對于增進學生對學習內容理解和提升學生的掌握效率都具有重要的意義。

第二，基于PBL 教學法在“食品化學實驗”教學中的應用。PBL 教學要求以學生為中心，通過引入一系列富有啟發性、吸引性的問題，引導學生主動思考和探索，通過設計具體實驗項目探索問題的解決方案。這種教學法的優勢在于可以充分調動學生的積極性，營造良好的課堂氛圍，獲得較好的教學效果。教師要充分結合“食品化學實驗”教學目標和學生個性化學習需求，合理地設計符合課程內容且與生活緊密相關的問題，依據循序漸進的原則引導學生逐步思考。在合理設計問題的基礎上，應把握提問的時機，一方面要兼顧理論學習與實驗教學的緊密關聯；另一方面應引導學生對問題進行多角度深入探討，在保持學生學習興趣的基礎上，引導學生自主設計實驗探索答案。同時，在小組學生緊密結合，嘗試探索的過程中，可充分突出學生主體地位，賦予學生更好的學習體驗，更利于學生掌握學習內容。

氣相色譜質譜聯用法測定不同食用油中脂肪酸含量的實驗見圖1。

圖1 氣相色譜質譜聯用法測定不同食用油中脂肪酸含量的實驗

總之，通過線上教學與線下教學的緊密結合，多角度、多層面培養和提升學生的能力。學生在對上述問題進行思考的基礎上，學習積極性得到充分的調動。教師在此基礎上逐步引導學生深入思考，主動地掌握問題的本質。對于學生理解“食品化學”課程教學內容，進而掌握自主設計和實施實驗方法，對于學生個體知識鞏固和能力提升可以達到事半功倍的效果。

3.3 優化和改革食品化學實驗教學評價模式

考核評價環節是反饋學生學習成效和教學效果的重要途徑。通過采用科學合理的考核評價方法可以形成對學生學習的正向引導，幫助學生清晰地了解自身學習情況，幫助教師及時了解教學方法應用過程中獲得的經驗和存在的不足，促進教學模式的進一步優化。具體而言，應從以下幾個方面予以優化。

第一，樹立全過程評價的理念。“食品化學實驗”課程教學具備較強的操作性，除了培養學生的專業技能、實驗能力外，還側重對學生個體的科研思維、創新意識、創新能力等培養。這種情況下，傳統較為單一的評價方式顯然不適用。因此，應當充分結合食品化學實驗教學的特征，覆蓋實驗教學的每一個環節（實驗設計、實驗操作、解決問題、團隊協作）構建起全過程、全方位的課程教學評價方式，從課堂互動、隨堂測試、團隊協作、出勤、階段性測試等均納入到評價體系之中，從不同地角度全面地反饋出學生個體能力的提升情況，也可以進一步增強學生學習自信心，培養學生良好的學習態度和學習習慣。

第二，優化不同考核模塊在考核結果中的占比，促進評價方式的科學化、合理化。“食品化學實驗”教學評價由實驗態度、實際操作、團隊合作、數據記錄、數據處理、實驗結果及實驗報告等部分構成，其數據關系為“實驗態度10%+實際操作25%+團隊合作5% +數據記錄10% +數據處理20% +實驗結果20% +實驗報告10%=100%”。

不同考核模塊在考核結果中的占比見圖2。

圖2 不同考核模塊在考核結果中的占比

總之，通過優化各模塊占比，引導學生正確認識該課程的重要性及課程教學的重要內容，增強學生實驗課程學習的目的性，更利于取得良好的實際學習效果。同時，通過合理的考核方式可以客觀地反饋學生的學習成效，提升學生學習積極性，引導學生關注和重視實驗課程學習，也利于培養學生的責任心、合作意識，對學生未來工作、科研等具有重要的意義。

4 結語

總之，高校在“食品化學實驗”教學中，應當高度重視大學生創新意識、創新素質及創新能力的協同培養，以創新能力培育為目標，應突出學生主體地位，從優化實驗項目內容設置、探索新的教學方法及優化實驗教學評價方式等多個方面入手，推進“食品化學實驗”教學模式的變革與創新，進而形成科研與教學相長教學模式，促進學生專業能力、創新能力的不斷提升，為行業發展、國家建設培育高素質、高水平的創新型人才。