基于信息技術與產學研融合的“食品化學”教學改革與實踐

楊玥熹，黃建穎，陳 杰，房 升，施永清

（浙江工商大學 食品與生物工程學院， 浙江 杭州 310018）

0 引言

“食品化學”是食品科學與工程專業的主干課程和核心課程，也是食品相關專業的一門重要基礎理論課，主要闡述食品中各主要化學成分的結構、性質及相互作用，從化學反應角度研究食品的加工、貯藏、包裝、運輸等因素對食品質量、營養價值、貨架壽命、安全性等方面的影響[1]。“食品化學”是多學科互相滲透的一門新興學科，食品、化學、生物學、農業、醫藥和材料科學都在不斷向食品化學輸入新鮮血液，也都在利用食品化學的研究成果，是食品科學與工程各個學科中發展很快的一個領域[2]。該課程為進一步學習“食品工藝學”“農產品貯藏與保鮮”“食品添加劑”“食品安全學”等專業課程提供了必要的基礎知識，同時也為學生日后從事食品的研發、品質控制、質量監督相關工作提供了較為寬廣的理論基礎和研究方法，具有集理論性、技術性、應用性、多學科交叉性、綜合性、實踐性、創造性、職業性等為一體的特點。

在食品化學研究領域，新的研究方法和成果不斷涌現，使得“食品化學”課程的知識內容和體系不斷擴充，其所涉及的知識點與食品“從農場到餐桌”的多個環節緊密聯系，在食品專業整個教學體系中發揮著舉足輕重的作用。“食品化學”教學范圍需要在過去“食品中重要成分結構表征及化學反應”的基礎上向“食品研發中的食品化學問題”拓展和轉變，不僅需要學生掌握食品中主要成分的結構與性質，及其在加工和貯藏等過程中物理、化學、生物化學變化及相互作用等基礎知識點，還需要理解這些變化和作用對食品感官品質、營養品質及貯藏穩定性的影響，進而培養學生發現和解決食品產業鏈中化學問題的能力，使其能在食品行業各種崗位（如研發、品控、供應鏈、督查） 中實際應用，并系統集成為食品創新的能力。在信息化時代，尤其是后疫情時代，傳統的LBL（Lecture-based Learning） 教學及考核模式對于完成“食品化學”的教學目標比較困難，需要進行教學改革。

1 學情及教材分析

該課程開課時間一般在大學二年級，授課對象已經具備一定的大學化學（“有機化學”“無機化學”“分析化學”“物理化學”“生物化學”） 基礎知識[3]，以及相關實驗操作技能，大多數有志向從事食品研發/生產相關工作，對該課程有一定的興趣；但尚缺乏對已有知識的融匯貫通能力及應用能力，并存在知識遺忘的問題，缺乏食品研發/生產相關經驗，學習積極性有待提高。“食品化學”教材多以食品中主要成分劃分章節，如水和冰、蛋白質、碳水化合物、脂質、維生素、礦物質、酶、色素，每個章節獨立性較強，機械地按章節教學很難促進學生融會貫通。酶和色素與“食品添加劑”課程教學內容有交叉，食品風味化學章節與“食品感官分析”課程教學內容有交叉、食品中的有害成分章節與“食品安全學”課程教學內容有交叉。

2 基于信息技術與產學研融合的教學理念及策略

2.1 教學理念

在信息化大背景下，教學內容緊跟食品產業新技術新工藝中的食品化學問題，確保授課內容實現“基礎”和“前沿”相結合，教學重心向應用型拓展和轉變，挖掘產學研的結合點。教師需要利用信息化技術優化課程內容[4]，利用有效的信息化教學手段與方法，在師生互動中培養學生分析、聯想與比較能力，促進學科專業知識的融會貫通，促進師生共同學習、共同進步。通過該課程教學，使學生在掌握先進的系統的“食品化學”知識的同時，理解食品品質變化的本質原因，并能在一定程度上反思食品加工工藝、配料、設備的合理性，培養學生客觀、全面的食品工程與食品安全融合性思維模式，培養學生自學能力和一定的探索性學習研究的能力，使學生具備一定的科學思維和實驗工作能力，并激發學生的創新精神與發散思維。

2.2 教學策略

采用指導性和生成性相結合的教學策略，“以生為本”，培養學生自主學習能力。對于理論性強的內容，如冰晶結構、蛋白質結構等，采用指導性教學策略，多運用PBL（Problem-Based Learning） 教學方法，通過實物演示、動畫展示等形象地提出問題，并引導學生回答問題[5]。對于食品成分的功能性質及其在加工及貯藏中的變化等實際應用性強的內容，則應用CBL（Case-based learning） 教學方法，引導學生討論、聯想、類比，進而培養學生學習興趣和積極性，明確學習目的和應用領域。對于拓展型前沿性知識，則應用TBL（Team-Based Learning）教學法，通過組織興趣小組討論，引入翻轉課堂教學模式，指導學生自學。

3 基于信息技術與產學研融合的教學實踐

3.1 信息化為背景的課堂有效溝通體系構建

在信息化背景下，課堂有效溝通機制構建主要包括師生雙向的多維化信息傳遞體系構建和系統化評價/ 反饋體系構建。該課程依托中國大學MOOC（慕課）、學習通教學平臺[6]、對分易小程序、“食思匯”微信公眾號，搭建多層次多維度的課程溝通網絡，可實現O2O（Online To Offline） 混合式教育[7]模式，最大程度合理利用空間和時間。通過課慕課和學習通教學平臺，教師可布置預習及復習任務，進行分組討論和小組任務，進行師生交互式討論，實現教師點評、學生自我評價和小組互評，并可及時收集學生意見反饋。通過對分易小程序和“食思匯”微信公眾號，鼓勵課程興趣小組和實踐小組可及時匯報及展示自學成果，使得學生能在發現日常生活中食品化學問題，思考食品化學物質及反應的分子本質，提升食品科學的綜合素養。

3.2 基于產學研的“食品化學”信息化教學資源庫的構建

隨著教育體制改革的深入，我國高等教育正朝著教學與社會實踐相結合的方向發展，提倡學生創新精神的培養和實踐能力的提高[8]。近年來，食品研究與開發高新技術的發展日新月異，國內外食品質量與安全問題層出不窮，為高校“食品化學”教學改革帶來了機遇，也提出了挑戰。基于此，課程內容需要橫向拓展和縱向拉伸，引導學生在信息化時代適應產業需求和研究需要，不斷提升自主學習能力，培養優秀的創新型、科研型、應用型、復合型人才[9]，以滿足社會對食品專業人才的需要。

3.2.1 教學資料庫

教學資料庫的建設具有促進主動式、協作式、自主型學習的作用，是形成開放、高效的新型教學模式的重要途徑。為實現“食品化學”教學資源的多元化[10-11]、規范化和系統化，增進“食品化學”課程教學的互動性和實踐性，該課程教學資料庫在不斷擴充原有教具/ 圖片庫、Flash 分子結構動畫庫、試題庫基礎上，增加了實景短視頻庫、橫向課題庫、SCI 前沿論文庫建設。學校食品專業有近60 年的人才培養歷史，已有的畢業生遍布省內外知名食品企業，主要分為食品工業（食品原料及配料、食品生產、食品物流等） 和食品工業+（添加劑、廚房小家電、中央廚房等）。實景短視頻庫中的視頻資料主要在校友企業和橫向項目合作企業采集，并征得企業授權。例如，豆腐柴果膠凝膠過程、大豆蛋白組織化過程、油脂精煉過程、乳液微膠囊形成過程、藕淀粉沉降過程、披薩速凍過程等，激發學生興趣。SCI 前沿論文庫主要結合授課教師團隊所承擔的科研基金項目而建立，主要涵蓋植物蛋白（大豆蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白等）、動物蛋白（豬肉蛋白、牛肉蛋白、血紅蛋白等）、碳水化合物（抗性淀粉、結冷膠、低聚糖等）、植物提取物（茶多酚、胡蘿卜素等）、維B12等） 前沿研究論文，供學生下載學習、討論和實踐應用。在教學中融入上述新的科學研究課題和成果，可引導學生了解一些前沿科學知識和動態，從而開闊眼界，拓寬視野，激發學習興趣，培養創新意識和創新能力。在學生導師制的指引下，鼓勵學生參與教師主持的橫向項目，并部分衍生為大學生創新創業訓練項目、“挑戰杯”競賽、“互聯網+ 創新創業競賽”等[12]。讓以學生走進科研實驗室常態化，充分讓學生體會“學以致用”，調動學習積極性和自信心，實現教學內容和生產實際的無縫對接[13]。最大限度地提升學生對基本理論知識的掌握程度，提高理論教學實用性，提高學生分析和解決實際問題的能力，增進學生學科綜合素質的培養。

3.2.2 學生學習過程檔案庫

在課程建設頂層設計的OBE（Outcome-based education） 理念指導下，嘗試把學生能力培養效果和學生的學習反饋指標化，并進行分項記錄和數據分析，進而建立每個學生的學習過程檔案庫。主要包括學生課堂討論、課堂檢測、課后習題、學生意見反饋、小組學習、參加科研項目、參加競賽項目、考試各分項分記錄和數據分析。通過上述系統化的過程性記錄和分析，可進行即時性學情分析，有助于及時調整教學進度，進行“遞進式”的課程安排[14]，重點關注后進學生，對于應用課程內容的競賽進行相關的靶向性指導。根據學生學習過程檔案，進行教學反思，提出持續改進的個性化建議和方案。

4 結語

課程組在近5 年“食品化學”課程教學過程中，結合中國大學MOOC（慕課）、學習通網絡教學平臺，進行教學策略和評價方法創新，對教學重點和難點進行信息化重構，產教融合，科研反哺，不僅滿足了“工商融合”的高素質創新型食品專業人才培養需要，也推進了學院的信息化、專業化、共享性、優質數字化資源建設，提高了學院食品學科教師的教學水平。在食品專業工程認證達成度評價體系下，2015 級、2016 級、2017 級、2018 級食品科學與工程專業及食品創新班學生的“食品化學”課程完成度都超額達標，并逐年提升。