基于STEM理念的“食品添加劑”課程研究

李 穎, 張 玲, 邱松山, 姜翠翠, 羅劍斌

（1.廣東石油化工學院生物與食品工程學院, 廣東茂名 525000；2.廣東茂名農林科技職業學院, 廣東茂名 525000）

0 引言

STEM即科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）英文首字母的縮寫, 最早由美國國家科學基金會于2001年提出, 最近幾年全球STEM教育領域發展速度驚人, 我國學者或學校在六七年前幾乎不了解STEM, 但現在已成為各學校交流討論的熱點話題[1-2]。針對當前學校“食品添加劑”的傳統教學模式, 存在教學方式單一、學習內容以教材為主、學生實踐環節薄弱等問題, 將STEM理念融入并應用在“食品添加劑”課程, 通過研究設計合理的教學內容、活動, 吸引學生深入探討參與學習、累積經驗, 并掌握重要概念、方法和技能, 發展對科學、技術、工程和數學的興趣, 了解科學家、工程師、發明家工作的意義和價值, 激發學習的興趣與動力, 提升學業成績；有目的、有計劃地培養學生的科學、實踐能力, 提高分析問題和解決問題的能力。

1 課程分析

1.1 課程教學目標

教學目標引導教學設計的方向, 決定學生能力的獲得。根據學校食品科學與工程專業培養目標及課程思政新要求, 設計多方融合的教學目標。

（1）知識目標。按照布魯姆教育目標分類法[2], 以認知領域教育目標的6個層次, 包括識記、領會、應用、分析、綜合和評價, 依次設計各章節的教學目標。促進學生對“食品添加劑”知識的認知與感悟, 發展對食品添加劑課程價值的認識、對學科的興趣, 同時理解各個不同學科的價值及它們之間的聯系。

（2）能力目標。根據所學, 提高學生知識的綜合應用能力；學生具有研發新產品的能力；學生能夠在食品中正確合理添加各種食品添加劑, 并進行評價；提高學生分析問題、解決問題的能力。

（3）素質目標。培養學生社會責任感、法制意識、人文素養；培養學生科學的態度、創新思維和勇于探索的精神；培養學生辯證思維的能力；培養學生合作與交流的能力；融入國情發展、歷史文化等, 拓寬學生視野, 促進個性化發展。

在STEM教育視野下, 教師不僅要掌握本學科理論知識、教學方法等, 還應該培養有意使用技術的教學思維, 從而創造性地使用信息技術達成特定的教學目標；同時, 要從學生全面發展的角度, 為學生提供成長的舞臺。

1.2 課程教學內容

為了促進學生的認識發展、提高學生分析問題、解決問題的能力, 確定基于核心概念和科學或工程實踐的學習進階設計課程內容的原則（見表1）[3]；“食品添加劑”課程內容不僅局限于教材, 在學生理解核心概念的基礎上, 設計跨學科教學內容, 拓展學科內容與科技、社會、歷史等方面的聯系, 開拓學生的視野, 該課程共有24學時, 每周2學時, 包含5個模塊, 學生需在12周的時間內完成各節點教學的所有課程內容（見表2）。

學生需進行的主要科學與工程實踐見表1, 課程內容安排見表2。

表2 課程內容安排

1.3 課程技術元素

“互聯網+”時代, 要求教師具備學與教的雙重身份。“食品添加劑”課程為了營造良好的學習環境, 使用以下3種不同技術與課程進行深度融合。

1.3.1 慕課

“慕課”即MOOC, 大規模開放的在線免費網絡課程。基于慕課背景下的翻轉課堂, 是進一步提高教學質量的有效措施。該課程充分利用慕課平臺資源, 進行跨學科學習、預習及復習相關課程內容并完成自測, 便于在課堂教學過程中有針對性地交流探討。

1.3.2 雨課堂

雨課堂是基于現代移動互聯網, 融入了人工智能和大數據技術的互動教學平臺, 能夠幫助教師由傳統教學轉型為數據驅動的教學[4]。“食品添加劑”課程整個教學過程中應用雨課堂以完成以下幾個方面：①課前預習。明確學習目標、提出問題和具體要求, 利用雨課堂平臺中的“手機課件”的推送功能, 向學生推送課件、豐富的教學資源（慕課）、圖片、音頻等學習資源。②課堂實時反饋。充分利用平臺發起簽到、隨機點名、實時反饋、彈幕等互動功能, 并針對學生預習過程及課堂教學中遇到的重難點設計一些具有挑戰的選擇、思考題并讓學生借助智能手機進行作答。采用同伴教學法[5], 讓學生分組討論找到正確的答案。③課后復習。通過平臺采集學生學習動態, 針對教學過程中的重難點及學生較薄弱的知識點, 推送相關的教學資源, 進行復習并完成課后作業。

1.3.3 問卷星

利用問卷星網絡平臺, 針對課程的各個方面設計問卷調查表, 了解學生學到了什么、遇到了什么困難、有什么困惑、對教學方法的喜惡程度等, 以便教師更好地進行教學反思。

1.4 教學評價

有效的評價方法及詳盡的評分細則是確保教學質量的重要手段。課程既有理論又有實踐, 可充分利用雨課堂平臺數據分析, 對學生的學習態度、成效實時跟蹤、評價, 在各個環節中嵌入表現性評價來評估學生的學習情況, 即表現性評價占總比60%（由學生自評10%、小組評價30%, 小組互評20%, 教師評價40%）（見圖1）[3]。期末以半開卷形式, 融入思政考核內容, 完成開放性論述題考核（占總比40%）。

教學流程見圖1。

圖1 教學流程

2 課程特色

課程采用問題導向式、案例、探究、項目式等多種教學方法促進學生的學習, 將知識與技能學習情景化、問題化和活動化, 設計更多基于生活、工程實踐活動, 以學生為中心, 減少灌輸式教學, 避免學生思維固化。課程特點是目標清晰, 評價方法恰當, 學習不僅局限于課堂, 教學資源豐富, 理論與實踐相結合, 促進學生主動參與；打造學習共同體：小組協作設計并完成任務, 支持同伴互助學習, 師生互動交流, 利用雨課堂平臺數據分析, 實時反饋學生學習動態, 積極肯定學生工作。同時, 課程也體現了STEM教育的多個關鍵特征：多學科融合、基于問題的學習、基于探究的學習、基于實踐的學習、基于項目協作的學習[6]。

2.1 多學科融合的學習

課程的學習者是來自學校食品科學與工程專業本科生, 其授課內容涉及食品、化學、微生物、數學等多個學科的知識, 要求學生在學習過程中融會貫通。例如, 學生通過設計防腐劑實驗, 并展開研究收集數據, 進行數據分析, 解釋實驗現象及原理。

2.2 基于問題的學習

基于問題導向的學習, 主要以小組的形式進行, 包括課前預習、課堂討論, 由教師設計有趣、有意義的問題于情境中, 學生通過自學、合作來解決問題, 形成自主學習的能力。例如, 哪種食品生產不需要食品添加劑, 為什么要使用食品添加劑, 什么是食品添加劑, 食品添加劑的種類有哪些, 食品添加劑的安全性如何？

2.3 基于探究的學習

基于探究的學習是指學生通過科學實驗或觀察現象提出假設、驗證假設, 從而發現新的因果關系的過程。此過程涉及問題的解決及相關實操技能的運用, 強調了學生的學習主動性和發現新問題的能力[5]。該課程教師主動講授的內容很少, 大部分都是由學生圍繞給定的問題或實驗項目任務以小組形式自主探究：學生完成給定材料的閱讀, 主動查詢任務所需資料, 合作開展研究工作, 制作視頻、圖片、PPT等文件, 完成匯報工作并參與全員討論。教師的職責就是組織、指導和幫助。

2.4 基于實踐的學習

實踐是檢驗真理的唯一標準, “食品添加劑”是一門實踐性非常強的課程, 因此大部分內容需要進行科學實驗, 以驗證學生、教師觀點, 同時可以讓學生更好理解“食品添加劑”的概念和掌握理論知識, 并將食品添加劑更好地應用到食品加工中去。

2.5 基于項目協作的學習

基于項目協作的學習過程, 是指學生以小組形式共同解決一個實驗項目, 包括確定選題、設計方案、開展實驗、數據分析、匯報演示等；或者不同小組學生進行正反方辯論食品添加劑的利弊, 要求所有學生對演講視頻進行至少一次提問和評論。

3 結語

基于STEM教育理念的“食品添加劑”課程是一次全新的課程教學改革, 改變了單一的食品專業學習模式, 結合了社會、食品產業發展的需求, 形成理論知識與實踐能力相結合的人才培養模式, 有利于培養綜合性人才。該課程促進了學科之間的交流與合作, 重點培養和提高學生設計、解決、分析實際問題的能力和創新思維的能力。通過不斷總結和積累經驗, 后續課程還需要繼續優化教學內容, 完善教學方法。