基于工程教育認證的“食品化學開放實驗”教學改革研究

邵秀芝，孫 華，于功明，曲靜然

（齊魯工業大學（山東省科學院），食品科學與工程學院，山東濟南 250353）

工程教育認證標準中的12條畢業要求，其重點在于要求學生具備扎實的專業理論知識和科學原理，較強的實踐能力和創新能力，從而達到分析、解決和研究復雜工程問題的目標，同時還應具備良好的的人文科學素養、團隊合作能力、溝通交流能力及終身學習能力等綜合素質[1]。因此，在專業課程體系中需設置必要的實踐教學，以達到完成學生的能力培養和素質養成的工程教育任務[2]?！笆称坊瘜W開放實驗”是在“食品化學理論”和“食品化學實驗”開設的基礎上，課外開設的一門實踐技能課，依托開放的食品分析實驗室和食品工藝實驗室，實現課內與課外相融合、開放與創新相整合，開拓學生的科研思路，提升科學研究能力與新思維能力。齊魯工業大學為鼓勵學生參與開放實驗，出臺了開放實驗課程可替代本專業選修課學分的辦法。近5年來，學校每年為學生開設“食品化學開放實驗”項目3～5個，每位學生都選修了“食品化學開放實驗”。2015年以來依據工程教育專業認證標準及食品專業的補充標準，剖析了“食品化學開放實驗”的課程目標，不斷改進開放實驗的教學模式，培養學生解決復雜工程問題的能力。

1 課程教學目標

根據工程教育認證標準的畢業要求，“食品化學開放實驗”課程的教學目標是學生能運用食品化學原理發現食品生產過程中的問題，并采用科學方法合理設計實驗方案；能結合文獻資料分析食品生產中存在的復雜工程問題，并提出解決方案；學生能選擇和使用合適的實驗技術和實驗工具，具備食品加工及安全問題分析的能力；能主動與團隊成員開展合作研究。課程的培養目標是使學生不僅能鞏固、加深“食品化學”所學的理論知識，更重要的是培養學生自主設計實驗、嚴謹的科學態度和團隊合作能力。

2 優化實驗內容

近年來，開設過的開放實驗項目有蓮藕酶促褐變的抑制及保鮮藕片的制作、發酵果汁型酸奶的制作及品質鑒定、植物中有效成分的提取及提取液的濃縮、酸牛乳的主要理化指標的檢測、現代儀器分析方法測定食品中有害污染物殘留、地溝油鑒別檢測方法探討、食品物性的測定、酶在果汁飲料中的應用及果蔬汁飲料的制作等12項，一部分項目來源于教師科研項目，一部分來源于當前食品研究的熱點，還有一部分來源于課內實驗的拓展。每個實驗項目設置24～32學時（1學分），每個項目限定選修人數20人。開放實驗有綜合性和設計性2類實驗，設計性實驗鼓勵學生進行產品開發，最終達到能獨立制定產品工藝流程，完成產品試制的目的。綜合性實驗以單元操作或儀器設備操作為重點，使學生綜合利用所學知識，培養其提出問題、分析問題和解決問題的能力，綜合操作性實驗以設備或儀器的操作為重點，側重對學生工程操作技術的訓練。

3 改革教學模式

傳統的實驗教學中，學生根據教師講授的方法按部就班地進行操作步驟，幾乎沒有發現問題、設計實驗方案、判斷與解決問題等過程，使學生的科研思路狹窄，對遇到的不確定性和不可預期性的實驗現象無法找到解決的辦法。以“蓮藕酶促褐變的抑制及保鮮藕片的制作”項目為例，探討項目教學法在“食品化學開放實驗”中的應用。

3.1 問題的提出

在開課前，教師講授項目的來源和最終的成果要求，同時基于問題導向，提出有關問題。例如，原材料如何選擇，影響藕片品質的因素、藕片的處理工藝和方法，如何控制藕片的變色，如何包裝，如何控制生產成本保障食用安全？依據食品化學理論課中酶、色素這2章所涉及的多酚類化合物的酶促褐變機制及控制原理，學生分組查閱相關資料文獻，設計實驗方案。實驗預期目標是篩選出抑制褐變的最佳組合劑，制備出食用營養安全、綠色健康的鮮藕片。

3.2 方案論證

學生自行設計實驗方案，在規定時間內向指導教師匯報，每個小組的匯報時間15 min，指導教師與學生討論實驗方案的可行性，同時對每位學生提出問題，以便了解實驗方案設計的參與度。針對蓮藕的褐變問題，各組提出的處理方法有熱處理、酸法、亞硫酸鹽法、驅除氧法、肉桂酸或阿魏酸法等，每組都設計了2種以上的處理方法來抑制褐變，有的采用三因素三水平設計了L9（34）正交試驗，有的采用傳統方法和現代新方法進行比較。以測定多酚氧化酶活性、褐變度、硬度等為指標，評價鮮藕片的品質。所使用的主要儀器設備有紫外可見分光光度計、質構儀、真空充氣包裝機等。在設計選用哪種抑制褐變及處理方法時，分別從經濟效益、食用營養和安全等方面探討了抑制褐變的處理方法和處理工藝。實驗方案的論證和討論中，將前沿知識用于教學中，開拓學生的思路，培養學生發現問題、提出問題和分析問題的能力，尤其是培養學生的科研素養和新思維能力。

3.3 項目實施

實驗前學生提交實驗所需的材料、食品添加劑、儀器設備等清單，指導教師購買實驗材料、調試儀器設備。在實驗操作實施過程中，實驗室實行開放狀態。學生根據擬定好的實驗方案進行原料處理、試劑配置、儀器設備調試等，指導教師時時跟蹤實驗操作過程，及時給予指導。實驗中針對抑制褐變方法，選用經濟有效、食用安全的抑制劑。對于實驗中遇到的不可預期的現象時，學生再次查閱文獻資料，解決出現的問題，修定實驗方案，直至達到有效的實驗結果。例如，實驗中測定多酚氧化酶的酶活時，數據測定不穩定，通過綜合分析找出了操作中存在的問題并加以解決。在進行實驗數據和現象分析時，大多數學生只知其然不知其所以然，通過教師指導，學生再次查閱文獻，在實驗報告中能用理論恰當地分析實驗現象和原因。這種基于問題導向的實驗教學模式，大大提升了學生提出探究性問題的能力和解決復雜工程問題的能力。

3.4 考核評價

傳統的實驗教學評價一般包括考勤、實驗表現和實驗報告，沒有真正體現學生的能動學習和科研素養[3-4]?！笆称坊瘜W開放實驗”的考核評價包括實驗方案設計、實驗表現和實驗報告3個部分，主要考核內容包括在實驗方案設計中的參與度、方案論證時對問題的解答情況、實驗方案的合理性；實驗過程中的參與和協作程度、對問題的解決能力、動手能力等；實驗結果的分析與討論、獨到見解等。3個部分的考核評價成績比例為4∶3∶3，注重評價實驗過程的實驗方案設計階段，能反映學生掌握和運用知識的能力。這種過程性考核評價是強調實驗項目實施中對學生的綜合評價，具有導向、診斷、調節和激勵等屬性[5]。

4 結語

“食品化學開放實驗”是提升學生綜合運用知識能力、解決復雜工程問題能力、鍛煉操作能力和協調溝通能力等的重要環節，這些能力的達成，有助于工程教育認證中食品專業人才培養目標的達成，學?！笆称坊瘜W開放實驗”的設計性實驗已連續實施了5年，收到了較好的教學效果，學生受益匪淺。通過引入項目教學法，并與傳統的實驗教學方法進行比較，在項目教學法模式下，構建有效的開放實驗教學內容、開放實驗室、進行過程考核評價，能有效激發學生主動探究學習，開發學生的創新思維，提升學生分析和解決實際問題的能力、實踐動手能力，以及解決食品加工中復雜工程問題的能力，為學生達到畢業要求與專業培養目標奠定了堅實基礎?；诠こ探逃J證的成果導向、以學生為中心、持續改進等核心理念[6]，“食品化學開放實驗”還需不斷優化開放實驗項目，持續改進教學過程，不斷提升教學質量，以保障畢業要求與培養目標相符合，滿足工程教育專業認證的要求。