創(chuàng)新及工程能力提升的食品分析實踐教學(xué)改革

李紅霞，袁媛，馮慧慧，時曉磊，張鐵華，孫春燕*

1. 吉林大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（長春 130062）；2. 吉林大學(xué)教務(wù)處（長春 130012）

食品質(zhì)量與安全密切影響人類的生活和健康，食品學(xué)科培養(yǎng)的專業(yè)人才將成為我國未來食品行業(yè)發(fā)展的中流砥柱。“食品分析”作為食品學(xué)科專業(yè)教育建設(shè)過程中的核心必修課程之一，是建立在“分析化學(xué)”“現(xiàn)代儀器分析技術(shù)”基礎(chǔ)上的一門綜合性和應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，主要研究和評定食品的質(zhì)量及其變化、檢驗方法和原理及檢測技術(shù)[1]。因此，在“食品分析”實驗課教學(xué)過程中，對于學(xué)生的獨(dú)立思考與設(shè)計、實際動手操作、積極探求學(xué)科前沿等綜合能力的培養(yǎng)尤為重要。

在國家啟動“新工科”建設(shè)的背景下，將創(chuàng)新及工程實踐能力教育融入專業(yè)教育是實驗課程教學(xué)改革的關(guān)鍵任務(wù)[2]。吉林大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院食品科學(xué)與工程專業(yè)是國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，專業(yè)積極開展“新工科”建設(shè)，并多次通過工程教育認(rèn)證，在專業(yè)發(fā)展過程中建立尊重個性、強(qiáng)化能力、拓展素質(zhì)的工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。為培養(yǎng)學(xué)生“新工科”技術(shù)、“新工科”能力、“新工科”情懷，基于所在教學(xué)團(tuán)隊近5年的教學(xué)經(jīng)驗，開展“食品分析”實驗課程的改革與探究。通過明確教學(xué)改革思路、設(shè)計開放式實驗教學(xué)體系明確改革方案，在多個環(huán)節(jié)采取“智慧課堂”引入、研究生協(xié)助實驗教學(xué)、實驗結(jié)果充分討論、邀請一線專業(yè)人員開展講座、課程思政元素融合等多種舉措完善教學(xué)改革，并建立多元化考核方式，形成閉環(huán)運(yùn)行的“食品分析”實驗課程教學(xué)改革體系，以提高大學(xué)生創(chuàng)新及工程實踐能力，從而實現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升。

1 基于大學(xué)生創(chuàng)新及工程實踐能力提升的“食品分析”實驗教學(xué)設(shè)計

1.1 明確“食品分析”實驗課程教學(xué)改革的思路

現(xiàn)有的實驗課程教學(xué)一般在理論課程結(jié)束之后，由實驗教師完成實驗方案設(shè)計、檢測方法選定、儀器調(diào)試等前序步驟，學(xué)生只需做一些簡單的前處理操作，這種培養(yǎng)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力，同時無法持續(xù)提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)精神，也限制了學(xué)生對“食品分析”理論知識的深入理解和牢固掌握。因此，在“食品分析”實驗課程教學(xué)過程中，教師要有意識地引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)良好的實踐創(chuàng)新能力、工程能力、獨(dú)立思考和動手操作能力等綜合能力。

教師引導(dǎo)學(xué)生基于“食品分析”課程的理論內(nèi)容，結(jié)合各類方法特別是儀器分析方法的科學(xué)原理，調(diào)研熱點(diǎn)案例和檢索國內(nèi)外文獻(xiàn)，科學(xué)設(shè)計實驗方案，明確儀器構(gòu)造和具體操作，科學(xué)分析實驗結(jié)果，獨(dú)立完成食品營養(yǎng)成分及有害成分的檢測內(nèi)容。通過開放式實驗授課模式的實驗教學(xué)過程，加強(qiáng)學(xué)生對“食品分析”理論知識，特別是儀器部分的系統(tǒng)全面理解，拓展學(xué)生對該領(lǐng)域的前沿科學(xué)研究的了解和思考，激發(fā)學(xué)生對于食品安全的社會責(zé)任意識，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行食品分析檢測技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計。結(jié)合食品質(zhì)量與安全專業(yè)本科生工程能力培養(yǎng)的實際需求，邀請當(dāng)?shù)厥称窓z測相關(guān)單位的一線高級工程師人員來校進(jìn)行理論講座授課，委派學(xué)生進(jìn)入第三方安檢單位進(jìn)行大型儀器的實驗操作，以提高學(xué)生與食品科學(xué)技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的科學(xué)思維、工程實踐和就業(yè)創(chuàng)新能力。通過關(guān)注食品安全熱點(diǎn)問題和國家時事政策新聞等思政教育內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生的食品安全意識、人文科學(xué)素養(yǎng)、社會責(zé)任感和愛國情懷，使學(xué)生能橫向分析食品安全問題，縱向概覽食品分析發(fā)展現(xiàn)狀，將來成為講誠信、愛祖國、具有社會責(zé)任意識和時代精神的高素養(yǎng)食品人，實現(xiàn)對學(xué)生適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和學(xué)校定位的培養(yǎng)目標(biāo)。此次教改論文提出的“食品分析”實驗課程改革探究的總體思路如圖1所示。

圖1 基于大學(xué)生創(chuàng)新及工程實踐能力提升的“食品分析”實驗課程改革探究思路圖

1.2 采用開放式實驗授課模式，重構(gòu)實驗教學(xué)體系

“食品分析”以食品營養(yǎng)成分和有害成分檢測為主要研究內(nèi)容，涉及的方法包括化學(xué)分析方法（如比色法、滴定法）和儀器分析方法（如原子吸收/發(fā)射光譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法、氣相/液相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等）。結(jié)合最新修訂的本科生教學(xué)大綱，采用學(xué)生自主選題的開放式實驗授課方式，針對實驗課程的內(nèi)容和食品科學(xué)的熱點(diǎn)問題，教師設(shè)置實驗主題，包括營養(yǎng)成分（如脂肪、糖、蛋白質(zhì)、維生素、常量和微量元素）和食品安全成分（如重金屬離子、農(nóng)獸藥殘留、食品添加劑、加工危害物等），學(xué)生以小組形式調(diào)研相關(guān)熱點(diǎn)問題或食品安全相關(guān)案例，結(jié)合研究興趣、大學(xué)生創(chuàng)新課題和畢業(yè)論文設(shè)計課題，討論選定食品樣品（如乳制品、水產(chǎn)品、油炸食品、蔬菜水果等）和檢測目標(biāo)物；檢索國家標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)外文獻(xiàn)，確定樣品前處理方式、儀器分析方法，對不同儀器方法進(jìn)行檢測性能的對比；引入“智慧課堂”在小組內(nèi)充分討論實驗方案的可行性，在授課教師的指導(dǎo)下完成實驗（具體實施方案以原子吸收光譜法定量分析金屬元素為例進(jìn)行說明，如圖2所示）。

圖2 以原子吸收光譜法定量分析金屬元素為例的實驗課程具體實施方案

學(xué)生從關(guān)注食品熱點(diǎn)、檢索文獻(xiàn)、明確原理、確定實驗試劑、設(shè)計方案，到樣品采集前處理、上機(jī)測試、結(jié)果數(shù)據(jù)處理，再到撰寫實驗報告、同一線工程師討論分析結(jié)果，經(jīng)歷一次非常完整的科研實踐體驗，深入理解常用分析儀器的工作原理、操作技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，明確所用分析儀器的結(jié)構(gòu)和性能、操作流程和注意事項，掌握儀器主要操作參數(shù)及其對分析結(jié)果的影響，并培養(yǎng)學(xué)生正確分析實驗圖譜的信息，科學(xué)處理實驗數(shù)據(jù)，提升學(xué)生應(yīng)用大型高端儀器分析方法解決食品科學(xué)中實際問題的能力。這種開放性實驗授課方式不僅有利于學(xué)生自主構(gòu)建知識體系，更能夠培養(yǎng)學(xué)生動手操作和自主設(shè)計的能力，特別是在提高創(chuàng)新思維和工程實踐能力方面發(fā)揮重要作用。

2 多環(huán)節(jié)、多舉措完善實驗教學(xué)改革

實驗教學(xué)是鞏固基礎(chǔ)知識和深入理解理論知識的重要途徑，除了學(xué)生在實驗課上的具體實驗操作之外，還應(yīng)該通過多環(huán)節(jié)、多舉措完善教學(xué)改革。開展實驗之前，通過“智慧課堂”組織學(xué)生進(jìn)行以小組形式查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，并進(jìn)行組內(nèi)討論，制定具體實驗方案；開展實驗的過程中，實行1名研究生匹配1組本科生的團(tuán)隊操作模式，研究生輔助規(guī)范實驗操作，營造良好的學(xué)術(shù)氛圍；在學(xué)生開展實驗之后，建立實驗結(jié)果討論機(jī)制，結(jié)合實驗內(nèi)容，邀請食品企業(yè)一線專業(yè)人員開展講座，提升學(xué)生工程實踐能力。同時，在整個教學(xué)環(huán)節(jié)之中，融合課程思政元素，提升學(xué)生的社會責(zé)任感。利用這些措施進(jìn)行相互銜接的教學(xué)改革與實踐，實現(xiàn)提升大學(xué)生創(chuàng)新及工程實踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.1 優(yōu)化智慧教育環(huán)境，提高學(xué)生自主能動性

“智慧課堂”作為高校教學(xué)改革的發(fā)展新方向，主要通過數(shù)字技術(shù)來重構(gòu)高校教育環(huán)境，防止傳統(tǒng)條件下對學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境及運(yùn)行方式方面的諸多限制，實現(xiàn)課堂平臺化、學(xué)習(xí)個性化與師生創(chuàng)客化，也為高校教師開展新時代下課程改革與建設(shè)提供良好契機(jī)[3]。在授課期內(nèi)，學(xué)生通過教師在網(wǎng)絡(luò)平臺上傳的教學(xué)視頻、課件或案例資料，了解課程的基本內(nèi)容，教師通過智慧平臺組織學(xué)生進(jìn)行國內(nèi)外文獻(xiàn)查閱、熱點(diǎn)討論，匯報小組設(shè)計的實驗方案，教師實時反饋，及時與學(xué)生交流，確定方案的重點(diǎn)和難點(diǎn)，經(jīng)師生共同討論修改后確立實驗主題和方案內(nèi)容。通過學(xué)生自行設(shè)計實驗，熟悉食品營養(yǎng)成分或食品危害物檢測的研究熱點(diǎn)，并鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和科研思維。

2.2 科研輔助教學(xué)，營造良好學(xué)術(shù)氛圍

實行1名研究生匹配1組本科生的團(tuán)隊操作模式，本科生在實際操作過程中遇到問題，可及時向研究生咨詢，確保實驗順利進(jìn)行，大型精密或貴重的儀器須在研究生指導(dǎo)下使用，保證儀器安全運(yùn)作與維護(hù)；教予本科生常用實驗數(shù)據(jù)處理軟件的使用方法，促進(jìn)研究生與本科生之間的交流，創(chuàng)造良好的科研實踐學(xué)術(shù)氛圍。同時，本科生也可以參與到研究生的研究實驗，進(jìn)行更加專業(yè)的學(xué)習(xí)和鍛煉，為本科生進(jìn)行大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目的選擇提供指導(dǎo)意見。

2.3 建立實驗結(jié)果討論機(jī)制，鼓勵學(xué)生進(jìn)一步創(chuàng)新

現(xiàn)有的實驗教學(xué)中，學(xué)生僅通過撰寫實驗報告分析數(shù)據(jù)，并不能與教師進(jìn)一步互動研討。實施PPT交流的形式，每個小組匯報整個實驗過程以及實驗結(jié)果，并對整個體系進(jìn)行分析，匯報該方法檢測的優(yōu)缺點(diǎn)，同時提出改善方法。通過重視實驗結(jié)果討論，教育學(xué)生在實驗的過程中發(fā)現(xiàn)問題并且解決問題，鼓勵學(xué)生進(jìn)一步創(chuàng)新檢測方法，對其下一階段安檢實習(xí)、畢業(yè)論文的選題均有較大幫助。同時，選擇不同的目標(biāo)物，可能選用了同一種儀器，小組之間也可以探討各種儀器設(shè)備的適用性和特異性，以及面對不同目標(biāo)物檢測的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。這種方式既可以提升本科生查閱中英文文獻(xiàn)和分析數(shù)據(jù)的能力，增加學(xué)生自主、合作和群體學(xué)習(xí)活動的機(jī)會，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)實驗的興趣，又可加強(qiáng)學(xué)生對國內(nèi)外食品分析檢測領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的了解，為研究生階段的進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定良好的研究基礎(chǔ)。

2.4 食品企業(yè)一線專業(yè)人員開展講座，提升學(xué)生工程實踐能力

食品專業(yè)畢業(yè)生多數(shù)分布在高校研究、食品企業(yè)、食藥監(jiān)、檢驗檢疫局及第三方檢測機(jī)構(gòu)等單位，針對學(xué)生就業(yè)現(xiàn)狀，充分利用食品專業(yè)實踐教學(xué)合作單位或公司提供的教學(xué)平臺，邀請一線專業(yè)人員開展相關(guān)講座，針對學(xué)生自主設(shè)計的實驗方案進(jìn)行修訂和指導(dǎo)，協(xié)同教師一起對學(xué)生的實驗結(jié)果和結(jié)論進(jìn)行深入探討，提出改善檢測性能的建議和措施。這樣的授課模式將有效提升學(xué)生的實踐綜合能力，同時，一線專業(yè)人員對學(xué)生就業(yè)的選擇也起到重要的指導(dǎo)意義。除此之外，學(xué)生自主選題后，如果學(xué)院的設(shè)備不滿足檢測需求，可以前往食品檢驗所、出入境檢驗檢疫局等實踐教學(xué)基地開展實驗操作，充分滿足學(xué)生選題的范圍和操作平臺。

另外，通過對接食品生產(chǎn)企業(yè)、食品質(zhì)檢部門及第三方檢測機(jī)構(gòu)對食品分析檢測人員的需要，引導(dǎo)學(xué)生能以監(jiān)管部門角色進(jìn)行模擬演練與思考，明確食品質(zhì)量保障綜合管理的流程和需求，在理論知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上加強(qiáng)學(xué)生實踐能力和工程能力的培養(yǎng)[4]，在“新工科”及工程認(rèn)證背景之下培養(yǎng)出更適合社會需求的專業(yè)食品工程高層次人才，使學(xué)生畢業(yè)后能充分勝任所在單位的工作崗位需求。

2.5 融合課程思政元素，提升學(xué)生的社會責(zé)任感

學(xué)生在調(diào)研食品安全相關(guān)熱點(diǎn)問題時，如蘇丹紅、三聚氰胺、瘦肉精等事件，以及食品添加劑濫用、農(nóng)獸藥殘留超標(biāo)等，小組內(nèi)討論方案選題的實際意義，使學(xué)生深刻意識到利益驅(qū)使的道德缺失是造成食品安全問題的首要因素，使學(xué)生樹立正確的人生觀和價值觀。引導(dǎo)學(xué)生對企業(yè)誠信進(jìn)行思考，反思食品安全問題映射出的職業(yè)道德問題，教育學(xué)生遵守國家法律法規(guī)，不能唯利是圖，置道德和良心于不顧，危害社會和人民安全；培養(yǎng)學(xué)生做事講誠信有道德，將來從事食品相關(guān)工作時要自覺把人民群眾的安全放到工作第一位；引導(dǎo)學(xué)生維護(hù)國內(nèi)食品產(chǎn)品的聲譽(yù)，并思考如何提升國內(nèi)產(chǎn)品的競爭力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新的積極性，激發(fā)至誠報國的愛國情懷[5]。

3 采用多元化考核方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

傳統(tǒng)的學(xué)生實驗成績考核主要以實驗操作和實驗報告來評分，教師主觀性較強(qiáng)。因此，從熱點(diǎn)關(guān)注、方案設(shè)計、實驗準(zhǔn)備、操作過程的規(guī)范性、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果匯報等多方面進(jìn)行考核，鼓勵學(xué)生積極參與課程學(xué)習(xí)。同時，“新工科”背景下，人才的職業(yè)技能與職業(yè)道德同等重要，科學(xué)合理地考核每一位學(xué)生的職業(yè)道德、態(tài)度和作風(fēng)，提高學(xué)生的獨(dú)立性、責(zé)任心、敬業(yè)精神、合作意識等。

4 結(jié)語

“食品分析”課程是一門與食品相關(guān)的各種成分檢測為主要內(nèi)容的實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程。通過實驗教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠更好地掌握相關(guān)實驗技能，獨(dú)立完成實驗操作及產(chǎn)品檢測，并獨(dú)立分析實驗檢測結(jié)果，提升食品檢驗及綜合分析能力。結(jié)合食品專業(yè)本科生工程能力培養(yǎng)的實際需求，將創(chuàng)新及工程實踐能力的提升融入“食品分析”實驗課程的培養(yǎng)目標(biāo)中，強(qiáng)化工程實踐的教學(xué)理念和創(chuàng)新型食品工程人才培養(yǎng)體系，以主要服務(wù)傳統(tǒng)食品產(chǎn)業(yè)改造升級所需的實踐和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才培養(yǎng)為中心，進(jìn)行“食品分析”實驗教學(xué)內(nèi)容及模式改革，以加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)、實踐能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)，為國家開展食品安全檢測、執(zhí)行食品標(biāo)準(zhǔn)要求輸送專業(yè)人才，為維護(hù)國民食品安全、推動食品產(chǎn)業(yè)進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。