國際化視野結合PBL/CDIO 理念的“食品化學”教學改革與實踐

吳鎖柱，伊 莉，于智慧，荊 旭，鄭 丹，張素敏，耿雪冉，王曉聞，陳益勝

（山西農業大學食品科學與工程學院，山西晉中 030801）

PBL（Problem-based learning） 教學法，是“以問題為基礎的學習”教學法。PBL 教學法是一種強調在教學過程中以問題為基礎、以學生為主體、以教師為導向的小組討論式教學方法[1]。自加拿大麥克馬斯特大學首次創立PBL 教學法以來，廣泛應用在理、工、農、醫等多種學科的教學中，并在國際上得到了普遍認可和接受。CDIO 理念，即構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate） 理念，是美國麻省理工學院的一種經典工程教育模式[1]。CDIO 理念與各類工程專業的人才培養方案相結合，以科技為基礎，把專業理論、實踐和創新能力有機結合融入教學的全過程，使專業知識和工程能力形成一個有機整體。因此，將CDIO 理念與PBL 教學法有效結合，即將問題式和工程式教育理念融合起來，從教學理念和教學模式等方面開展積極的改革和探索，勢必在工程教育改革方面取得較好的成果。PBL/CDIO 理念在一些歐美發達國家已經應用了10 余年，如荷蘭頂級大學馬斯特里赫特大學、美國麻省理工學院、瑞典皇家工學院等。近年來，PBL/CDIO 理念在中國高校一些工程類專業，如土木工程、電器工程、人工智能等課程中已有應用，但在食品科學相關專業課程中的應用十分有限[2-3]。

食品化學（Food Chemistry） 研究食品的組成、性質及其在加工、貯藏、運輸等過程中發生的化學變化，是食品科學的一個重要分支[4-5]。作為食品科學與工程學科的一門專業基礎課，“食品化學”課程為學生學習其他專業課、升學和從事食品相關領域工作奠定基礎。“食品化學”課程具有專業性強、內容繁多、知識覆蓋面廣等特點。目前，大多數高等院校采用傳統的“教師講、學生聽”的教學模式進行該課程知識的傳授。這種方法雖然具有傳授的知識系統完整、邏輯性強等優點，但是存在學生處于被動接受知識、與授課教師的互動少、動手機會少、思考空間不足等缺點，難以達到預期的教學效果，在一定程度上限制了學生在獨立思考、個性化學習、綜合運用理論知識分析問題和解決問題等方面的發展。“食品化學”課程特點使其非常適合PBL/CDIO 教學模式。同時，由于全球化科技經濟發展趨勢及各國科研機構、企業等交流合作日益緊密，無形之中推動了社會對具有高素質、高專業技能且同時具有良好外語溝通能力人才的需求。因此，采用國際化視野結合PBL/CDIO 理念在“食品化學”課程中開展教學改革，有利于學生了解和掌握食品科學與工程學科最新的國際化知識動態及跟蹤國際發展趨勢，以滿足國家對高層次國際化人才的需求，促進大學生教育高質量發展，提升人才培養國際競爭力。筆者所在的課程教學團隊經過多年的探索，主要從師資隊伍、教育理念、教學方法、實驗教學、考核方式等方面對“食品化學”課程進行了教學改革與實踐，旨在提高該課程的教學質量和教學效果。

1 引進優秀人才充實師資隊伍

“師者，所以傳道受業解惑也”。教師作為整個教學活動過程的設計者、組織者和實踐者，其專業理論與教學實踐水平的高低對課堂教學效果具有直接的影響。此外，開展課程的雙語教學，還對授課教師的英語口語表達能力提出了更高水平的要求。山西農業大學食品科學與工程學院自2012 年開設“食品化學”課程以來，非常重視課程師資隊伍的建設。近年來，學院陸續從山西大學、浙江大學、中國農業大學、江南大學等國內雙一流高校引進多名優秀人才來充實課程的師資隊伍，同時注重引進和培養相結合，發揮老教師對青年教師的傳、幫、帶作用，助力青年教師在教學經驗、英語口語水平等方面的快速成長，努力構建學院結構合理、理論水平高、實踐能力強的課程教學隊伍。

2 緊跟時代步伐更新教育理念

在傳統的“食品化學”課程教學過程中，由于在有限的課時內需要完成對課程知識的傳授，教師往往通過“教師講、學生聽”的教學模式牢牢掌控著課堂的教學進度安排，學生長期處于被動學習的狀態，這樣很容易造成學生對課程知識的理解不夠透徹、缺乏自己的見解、跟不上教師節奏等情況，導致學生喪失對課程的學習興趣和主動性。在我國高等教育不斷深化改革的形勢下，傳統的“教師講、學生聽”的教學模式已經不能適應時代的發展需求，迫切需要高校教師具有先進的教育理念。

學院“食品化學”課程教師緊跟時代步伐，不斷更新教育理念。作為食品科學與工程學科的專業基礎課，“食品化學”課程專業性強、知識覆蓋面廣，非常適合嘗試將PBL/CDIO 教學模式引入該課程的教學活動中。在整個課程的教學過程中，著重增強“教師”的宏觀指導作用，引導學生進行學習，以“問題”為導向培養學生的學習興趣，以“學生”為主體建立良好的學習習慣。同時，以科技為基礎，把專業理論、實踐和創新能力有機結合融入教學的全過程，使專業知識和工程能力形成一個有機的整體。另外，采用雙語教學對學生專業能力的提升有較強的促進作用。在“食品化學”授課過程中，充分發揮留學回國人員的作用，結合國外學者Fennema編寫的原著英文教材[4]嘗試采用雙語進行教學，不僅僅局限于對某些專業詞匯進行簡單的翻譯和背誦，而是利用多元化的教學資源，以英文原版圖片、動畫、短視頻等形式使學生對與食品化學相關的現象和案例有初步的直觀了解和理解，同時建立相應的激勵機制，鼓勵學生以英文思維的方式進行實驗設計和相關的英文匯報，對學生了解食品化學領域最新發展動態及進展、學習國外先進的科技手段等方面都具有十分重要的意義。利用雙語教學，不但可以使學生具備搜集閱讀英文原版技術文獻資料的能力，在更深層次上提升自我學習能力和創新能力、提高專業技術水平，而且可以使學生具備使用英語與國外同行進行專業技術交流的能力，進一步提升學生的國際競爭力。

3 改進教學方法提高教學質量

好的教學方法有助于提高教學質量。傳統的“教師講、學生聽”的教學模式雖然利于教師將“食品化學”課程知識系統、完整地傳授給學生，但不利于激發學生對課程的學習興趣和熱情，教學效果不理想。因此，進行“食品化學”課程教學方法的改革顯得至關重要。

學院授課教師采用國際化視野結合PBL/CDIO 理念在“食品化學”課程中開展討論式教學方法，以提出問題的方式讓學生展開集體討論，為學生預留出充足的討論時間和思考的空間，并對學生循循善誘，使其思維向答案靠攏。同時，尊重學生觀點，在靈活、愉快的氣氛中幫助學生建立“食品化學”課程的相關知識體系。此外，授課教師將相關章節內容與具體案例或項目形成串聯，使學生投入于到項目研究設計與實施的整體模擬過程中，通過挈領關鍵技術問題解決的路徑，形象展現課程教學內容中的難點，在潛移默化中提升學生分析問題、解決問題的技能和自主學習的能力。教師也可以在授課過程中采用翻轉課堂教學方法，圍繞課程內容或者案例，布置課程研討課題，運用所學理論知識和專業技能解釋相關的產業問題，結合所學領域進行報告，進而提高學生的理解能力、實踐能力和團隊合作精神。教師還可以在授課過程中使用多媒體教學方法豐富教學內容，將食品在加工、貯藏、運輸等過程中所涉及的抽象、復雜的化學式或化學反應通過多媒體動畫將其演示出來，激發學生的學習興趣和熱情，充分調動學生學習的主動性和積極性，加深學生對這些專業理論知識的理解；再如，由于多數本科學生對專業知識的了解不夠、專業外語詞匯量較少且基礎薄弱，教師在“食品化學”課程雙語教學過程中需要根據學生對食品化學的認知程度及外語層次來消除學生的畏難情緒。例如，向學生介紹雙語型專業技術人才在國際上的作用、針對出現高頻的專業詞匯進行歸納總結、引入國外課堂的一些優秀的教學短視頻，既可以使學生明白雙語教學的目的和意義，又可以使學生了解國際的相關研究趨勢和成果，還可以使學生通過圖像和聲音強化相關英文專業知識的記憶。

4 注重實驗教學增強動手能力

實驗教學可以使學生加深理解“食品化學”課程中涉及到的一些基本理論和基本知識，使學生接受有關食品化學基本實驗方法和操作技能方面的訓練，提高綜合運用知識、發現問題、分析問題和解決問題的能力。通過改進“食品化學實驗”的教學安排，結合學校鼓勵本科生開展課外科研活動的舉措，引導并指導學生開展自主設計的“食品化學實驗”，為開拓學生科研思路、提高學生創新思維發揮有益的作用。為了突出實驗教學的重要性、增強學生的動手能力，山西農業大學于2014 年修訂教學大綱，“食品化學實驗”從“食品化學”課程中獨立出來成為一門新課，同時其實驗課時數較上一版教學大綱增加了6 個課時。

對于一般的基礎實驗，以鍛煉學生的基本操作能力為主，以對應理論教學中的重要知識點為導向。綜合性實驗要求學生靈活運用理論學習中的多個知識點，開展相關系統的研究，主要培養學生查閱文獻、實驗技巧和數據分析能力。自主設計實驗主要由學生制定實驗方案，與指導教師討論可行性之后予以實施，主要側重實驗的創新性和解決實際問題的能力。基于PBL/CDIO 理念，教師在“食品化學實驗”教學過程中不再講授實驗目的、實驗原理和實驗步驟等內容，而是圍繞課程教學的重點內容確定多個自主設計性實驗的主題，加深學生對食品化學基礎理論與食品加工、貯藏過程中各種變化的理解、掌握與實際應用能力。通過CDIO 理念改進課程實驗教學，即構思（Conceive） 主要實驗教學內容、設計（Design） 教學方法和提出或引入問題、實現（Implement） 課堂討論及問題分析總結、運作（Operate）可操作性的實驗。同時，輔以以問題為基礎的討論式和啟發式的PBL 教學方式，引導學生通過發現問題、分析問題創造性地解決問題。此外，還可以鼓勵學生以英文思維的方式設計實驗、參與教師主持的科研項目、申報各種級別的大學生創新創業計劃項目、參加各種類別的食品創意創新大賽等，充分鍛煉學生對所學理論知識的應用水平。

5 優化考核方式重視過程評價

課程的考核方式對于學生學習效果的評價極其重要。傳統的“食品化學”課程考核方式僅是注重期末的卷面成績，憑借一卷定“英雄”。由于對課程知識理解的不透徹，學生只能通過短期的死記硬背來應付期末的課程考試，難以真實地反映出學生掌握“食品化學”知識的程度及教師的教學效果。

由于在課程教學過程中采用了國際化視野結合PBL/CDIO 的教學理念進行授課，需要改變傳統的考核方式，探索一套能夠促進學生發展及更為有效、公正、客觀地反映學生綜合能力的考核方式。降低期末卷面成績所占比例，強化平時的過程性考核，重視學生自學能力的培養，可以提高學生運用所學知識進行分析問題和解決問題的能力，還可以全面提高學生的綜合素質和能力。例如，可以將課程成績設置成期末成績和平時成績2 個部分，平時成績包括課堂講練、網絡學習及課外閱讀等部分，并設計相應的學習效果評價量化表，包括學生參與課堂討論與互動、文獻資料搜集整理、展示匯報內容情況、團隊分工協作與溝通交流等方面，引導學生提高專業基本能力與綜合素質。與采用傳統課程考核方式的學生相比，采用過程性評價的學生在課堂教學活動中的主動性和積極性明顯增加，自我學習能力、搜集文獻資料能力、分析問題和解決問題的能力、創新能力、專業外語水平等均明顯提高。

6 結語

課程教學改革應充分激發學生對課程的學習熱情，調動學生對課程的學習興趣、主動性和積極性。基于國際化視野結合PBL/CDIO 理念的“食品化學”課程教學改革，將問題式和工程式教育理念融合起來，通過問題引導培養學生自主學習、分析問題和解決問題的能力，通過工程教育進一步加強學生動手實踐和工程能力的培養，同時輔以專業英語進一步強化專業知識、跟蹤最新研究發展動態，使授課內容與國際同步，從而培養出具有創新思想、敏銳國際視野、高競爭能力的綜合型高素質食品人才，以適應時代發展的需要。