國家級一流本科課程《食品風味化學與分析》教學模式改革與創新

宋煥祿,王麗金,張雨,孟琦

(北京工商大學 食品與健康學院,北京,100048)

風味是食品最重要的品質指標之一,其本質是由食品中相應化學分子的存在造成的。“民以食為天,食以味為先”,風味是飲食之魂。未來食品發展的方向是風味健康雙導向,即未來食品需要同時滿足人們對美味和健康的需求[1]。食品風味品質的精準調控和不斷提升,是滿足人民群眾對美好生活的熱切期盼和向往的直接目標和有力保障。目前,我們面臨著健康食品不夠美味、傳統特色食品的經典風味難以延續和標準化、新型食品風味增強劑和天然食品香料的缺乏等問題,食品風味的精準調控和提升成為當前食品研發的重點和難點。因此,培養掌握食品風味相關知識的本科人才,成為助力食品產業發展、為國民的美好飲食生活插上美味與健康翅膀的必要工作。

《食品風味化學與分析》是北京工商大學食品科學與工程專業的主干課程。課程圍繞風味理論,重點講授食品風味化學的研究領域、風味物質的研究方法。通過本課程的學習,可使學生了解食品風味化學的發展方向,掌握現代食品風味分析的相關理論知識,為從事食品風味及其相關工作打下堅實的理論與實施基礎。課程以理論講授為基礎,配套了相關實驗和實踐教學,重視理論與實踐相結合,定位于食品創新研發的工程類課程[2]。

課程團隊教師均具有博士學位,專業背景涵蓋食品化學、分析化學、風味物質分析等領域。課程團隊一直致力于各種食品中的關鍵風味成分分析和風味質量控制,發表了大量的高水平論文[3-7],并將科研成果不斷助力教學。《食品風味化學與分析》課程于2018年12月建設了線上課程(慕課),并在“學堂在線”平臺上線,在線資源面向全社會免費開放,課程上線后深受廣大學習者的喜愛和好評。2019年7月,課程入選“學習強國”平臺“學習慕課”欄目。2020年5月,課程英文版上線“學堂在線”國際平臺,可供全世界有學習需求的人員進行學習。《食品風味化學與分析》線上課程于2020年11月獲得教育部首批國家級一流本科課程認證,目前已有2.1萬多人進行了注冊學習。

1 課程概況與特色

為加強食品專業的本科生對食品風味相關知識的理解和應用能力,北京工商大學于2011年開設了本課程,課程團隊教師利用常年從事食品風味化學相關研究的科研積累,將食品風味化學的基礎知識與科研成果相結合,培養了數百名食品風味相關領域人才。建課以來,課程團隊根據國內外相關領域的研究動態與最新發展,一直致力于教育教學理論改革和創新,不斷更新和優化教學內容,追求理論與應用并重,基礎與前沿共舉的培養理念與目標。

與目前國內其他高校所授相關課程相比[8-12],本課程的特色是從課程體系開始就設計理論與實踐的結合,即重視實驗技能的培訓,重在利用國際前沿的分子感官科學技術對風味(氣味、滋味)物質進行分析,目的是教會學習者風味分析的三部曲：(1)關鍵風味活性化合物準確的定性(鑒定)及定量；(2)關鍵風味活性化合物的形成途徑推斷；(3)掌握關鍵風味活性化合物在食品加工貯藏過程中的變化規律,以期從風味入手進行品質控制。

學習的最終目的是學以致用,本課程能夠從風味角度對食品加工貯藏從原輔料配方優化,到加工工藝的優化,乃至保質期的確定以及異味物質的鎖定,提供可靠有效的解決方案。另外本課程還響應國家“2030健康中國”計劃,前瞻性地介紹了風味與健康的關系,對三減(減鹽、減糖和減油)的機理進行了介紹,立意深遠。

1.1 課程體系

《食品風味化學與分析》的課程體系如圖1所示。

圖1 《食品風味化學與分析》課程體系概圖Fig.1 The schematic diagram of curriculum of “Food Flavor Chemistry and Analysis”

1.2 北京工商大學食品學科的優勢

1.2.1 院士領銜的“食品添加劑”、“食品風味化學”方面的領先地位

孫寶國院士在食品香料香精、食品風味方面的研究取得了令人矚目的成就,從而帶動了北京工商大學在這方面的發展,形成了學科優勢。《食品風味化學與分析》課程負責人宋煥祿教授與孫寶國院士一起自主研發了“天然級肉味香精生產技術”項目,榮獲了2000年國家科學技術進步二等獎；這些成果奠定了北京工商大學在食品風味研究領域的領先地位,也為本課程的開設打下了基礎。

1.2.2 軟科排名及ESI論文

根據軟科的最新排名,北京工商大學的食品學科位居國內前10名,全球前20名；農業領域ESI論文居全球前1%,目前為0.045%。這些都充分說明了北京工商大學的學科優勢,這也是我校成為北京市雙一流學科建設的有力佐證。

1.2.3 學校對食品學科發展的高度重視

北京工商大學以食品、商科為中心,對食品學科發展給予了政策傾斜以及經費投入的支持,尤其是相關先進儀器的購置使得我們的風味研究如虎添翼,催生了大量高水平的科研成果以及學生們實驗技能的熟練掌握。通過北京市食品風味化學重點實驗室、分子感官科學實驗室等特色平臺,為培養學生在食品風味方面的創新研究提供了實踐載體,同時通過本科生導師制,鼓勵學生參與食品風味領域創新研究。

1.3 前瞻性的國際視野

課程負責人宋煥祿教授于2004年9月至2005年8月,國家公派赴美國伊利諾伊大學香檳校區(UIUC)Laboratory of Flavor Chemistry做訪問學者,主要進行食品風味化學方面的研究,采用氣相色譜-嗅聞(GC-O)、香氣提取物稀釋分析(AEDA)、溶劑輔助風味蒸發(SAFE)、動態頂空制樣(DHS)、氣-質聯用(GC-MS)等方法對美國鄉村火腿的香味活性物質進行了研究[13]。合作導師CADWALLADER教授是食品風味界的知名教授,采用國際前沿的風味分析技術,開展了一系列高水平研究,頗有建樹。他為學生開設了食品風味化學研究技術課程,介紹了國際先進的風味分析技術。正是在這種前瞻性的國際視野下,《食品風味化學與分析》課程博采眾長,既講授包括上游知識延伸到神經生理學如嗅覺、味覺的傳導機制等內容在內的食品風味化學基本知識,又注重風味分析具體的實驗操作,實現理論聯系實際,解決風味分析教學中的難點及痛點問題。例如,重點講授氣相色譜-嗅聞(GC-O)技術,強調風味化學與經典分析化學的不同之處,即風味化學關注的是風味活性物質,更大程度上取決于物質的覺察閾值(不同化合物之間的閾值差了幾萬倍,例如1-己醇在水中的氣味閾值是500 ng/L,而二甲基三硫醚為0.01 ng/L,相差50 000倍),并不是含量越高其對整個風味輪廓的貢獻度就越大。一般情況下,色譜峰面積大的往往不是關鍵風味物質,而一些小峰因其所含化合物的閾值較低,則被實驗證明為特征賦予化合物(character-impact compounds)[14],而這正是目前國際前沿的分子感官科學的組成部分。宋煥祿教授已于2011年首次向國內介紹分子感官科學[15],于2014年在國內出版了第一部相關專著《分子感官科學》,系統介紹風味化學國際學術前沿[16],并按照此方法對多種食品的風味進行了深入分析,旨在從風味入手對食品生產貯藏過程進行品控。

1.4 理論與實踐充分結合

食品風味與人的感官緊密相關,《食品風味化學與分析》課程內容涉及味覺、嗅覺、三叉神經感覺等的神經生理學知識,這決定了本課程在理論授課的同時,必須讓學生親身實踐才能形成深切體會,才能獲得真知學問。因此本課程以人為本,尊重學生的主體地位,配套了相關實驗和實踐教學。例如,在講授常規的分離純化儀器應用和感官評價方法的基本原理時,設置實驗課,培養學生的動手能力；在講授各類典型食品的風味特征時,用標品配置成不同風味的聞香瓶,讓學生在課堂上可以實時體會,幫助學生形成深刻認知,激發學生的學習熱情和興趣。

1.5 教、學、研的三向融合與促進提升

本課程充分利用北京工商大學在食品風味化學領域的科研優勢與研究經驗,將實際研究中遇到的不同問題作為案例,結合課本基礎知識進行有針對性地講解。例如,在講解固體、液體和半流體樣品中風味物質的提取分離方法時,用大棗、飲料和酸奶等實際科研項目中的風味物質提取方法進行講解,使學生對抽象的課本知識能夠快速理解并掌握。同時,將科研中遇到的瓶頸問題作為教學思考題在課堂上與學生充分討論,利用學生活躍的思維打破科研的傳統思考模式,集思廣益,促使解決問題新方法的提出,最終達到教、學、研三向的貫通融合與相互促進。

2 教學模式創新與改革

基于前期累積的教學基礎和經驗,課程團隊嘗試探索將智慧教學、信息化教學等創新教學模式融入課堂。

2.1 國家級一流本科線上課程建設

2018年12月本課程建設了線上課程(慕課),并在“學堂在線”平臺上線,在線資源面向全社會免費開放,任何有學習需求的人員均可進行網絡學習。

課程上線后深受廣大學習者的喜愛和好評,2019年7月,課程入選“學習強國”平臺“學習慕課”欄目,供全國黨員和廣大社會群眾在線學習。2020年5月,課程英文版上線“學堂在線”國際平臺,進一步供給全世界有學習需求的人員進行學習。2020年11月,本課程成功入選教育部首批國家級一流本科課程[17]。目前學堂在線累計選課總人數已超過2.1萬人,累計播放次數超過90余萬次,課程于2021年8月已開啟第七期(2021秋)選課學習。本課程運行建設歷程如圖2所示。

2.2 依托數據評估學生學習進度

在線上教學活動過程中,通過大規模數據可以為教師提供詳實客觀的數據依托,反饋學習者課堂達成度。線上課程后臺會動態匯總每位學習者數據,包括：出勤率、完成率、做題時長、提問數、視聽次數等內容,通過觀察分析這些數據指標,教師能快速地細分學生學習程度。

教師通過討論區進行在線答疑、發布討論題、開設科普專欄(已開設【風味小常識】和【奇“聞”趣“味”】專欄)等,對風味化學進行多層次多角度解析,增加師生互動,激發學生對知識點的關聯、比較、反思、重構,使其從單一的學習,過度到應用實踐,最后實現遷移創新。例如,在線上課程開課的第二輪,教師發帖372個,與學員們互動,總共發帖1 065個；在測驗與習題方面,教師出題117個,有55名學員參與了答題,正確率在90%以上。圖3所示為本課程2021春季學期通過與同平臺(學堂在線)其他課程相比,從五個方面所獲得的課程評估示意圖。2021年7月19日-25日活躍人數表示近7日有學習行為,包括觀看視頻、圖文,發帖或評論以及做題等,本課程超過了92.26%的同平臺課程；學習者總規模即本課程選課人數,超過了67.08%的同平臺課程；論壇發帖回復率本課程超過了67.20%的同平臺課程；討論區人均互動次數本課程超過了54.52%同平臺課程；討論區參與規模本課程超過了70.51%的同平臺課程。

圖2 《食品風味化學與分析》線上課程建設運行歷程圖示Fig.2 The construction and operation of the online course “Food Flavor Chemistry and Analysis”

圖3 《食品風味化學與分析》線上課程(2021春季學期)與 同平臺(學堂在線)課程對比的課程評估Fig.3 Evaluation of the online course “Food Flavor Chemistry and Analysis” (2021 spring semester) compared with the course on the same platform (XuetangX)

2.3 重構知識“點”強化知識“面”

以往,教師先通過知識點之間的邏輯順序,依據經驗劃分的難易程度,進而確定授課難點和重點,并劃分授課比重,再制定教學大綱和課程教案。但是在實際教學中,由于教師無法及時獲取學生學習進度,造成教學要求與實際學習情況存在一定程度的脫節。

現在,通過后臺數據,能夠分析出知識點關聯度,清晰展示了不同學生對知識點掌握程度,以及知識點之間達成度的相關性。教師在教學或答疑中,相對弱化獨立知識點的介紹,重點突出知識點之間的連線。結合案例教學,建立知識之間的互動,構建知識網,用已有的網,捕捉新的知識點,把網織密,把網孔縮小,因此重新對知識點進行關聯劃分,重構知識“點”、“線”和“面”,完成教學課綱的持續更新及改進。

2.4 課程思政與弘揚文化

本課程在系統介紹食品風味化學的基礎知識的過程中,將課程思政融入課堂教學,以生活中食物的風味特征為案例,提升學生對課程理論知識的理解,調動學生的學習積極性,使學生形成自主學習能力。通過學習食品風味與工藝流程的關系,提升學生對我國食品工業發展的認同和自豪感。例如,在課程中系統介紹我國傳統食品的風味特征、形成機制及其在飲食文化中的應用,弘揚我國傳統飲食文化精髓；以我國優秀食品企業及其經典產品作為案例,使學生了解如何結合市場和企業需求,從風味角度更好地進行食品品質控制。學生通過本課程的學習,一方面可以為滿足人民群眾對美好生活的熱切期盼和向往提供理論基礎,另一方面也為我國食品安全和“健康中國2030”[18]貢獻力量。

2.5 教學對科研與食品產業的促進作用

通過本課程的學習,北京工商大學食品科學與工程、生物與醫藥(食品方向)的研究生與本科生在掌握了食品風味化學的基礎知識后,在食品科研領域進行了積極實踐與探索,每年都能在SCI二區(中科院分區)以上的學術期刊上發表食品風味化學領域的研究文章。

3 總結

《食品風味化學與分析》課程致力于教育教學理論改革與創新,不斷探索將智慧教學模式融入課堂的方式并提高教學效果,課程配套的線上課程獲得了首批國家級一流本科課程,課程同步上線“學堂在線”國際版,在國內外均產生了廣泛的影響。正是由于前瞻性的國際視野和學術前沿的介紹、積極探索理論聯系實際的教學方式以及免費注冊線上學習等措施,使得本課程具有較強的實用性,為廣大學習者所青睞,滿足了相關領域人員對食品加工生產的需求,為食品加工貯藏過程中風味品質控制打下了堅實基礎,提供了新的思路。