科教融合視角下食品營養與健康專業創新實驗教學模式

關鍵詞：食品營養與健康；實驗教學；科教融合；教學改革

0 引言

為提升國民健康水平，推進健康中國建設，我國相繼出臺了《國民營養計劃（2017—2030）》《“健康中國2030”規劃綱要》等。同時，我國營養保健食品、特殊食品及特殊膳食食品市場規模位居全球第2位，對具有扎實營養健康教育背景的技術及管理人才需求急劇增加。

食品營養與健康科學是近年來很多高校開設的新興本科專業，致力培養具備食品營養與健康分析、研發、生產和監管等多方面專業能力的高層次人才，服務未來食品產業及大健康產業高質量發展需求。

以華南理工大學食品科學與工程學院為例，新專業設置了食品新產品研發與設計、營養工程學等特色理論課，搭建了健康食品良好生產和食品理化性質虛擬仿真軟件配合教學。但相關實驗課仍沿襲傳統教案，缺乏專業特色和學科發展，難以支撐后續人才培養和專業發展[1]。建設緊貼專業培養目標的綜合型創新型實驗迫在眉睫，是當前實驗教學改革研究的重點和難點。

2019年10月，教育部發布《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》中提出，推動科研反哺教學；強化科研育人功能，推動高校及時把最新科研成果轉化為教學內容，激發學生專業學習興趣。因此，引入本學科最新科研成果轉化為實驗教學非常重要，通過提供大量潛在資源對實驗內容進行擴展更新，解決傳統課程具有一定滯后性和與學科前沿脫節問題，提高教學質量[2-3]。

與傳統實驗相比，本類實驗具有較高的創新性和挑戰性，實驗完成時間長，對教師輔導要求高，儀器設備臺套數和大型精密儀器需求多，實驗操作開放性大，對學生綜合知識和動手能力要求都較高，開設出一個合適的實驗課程考慮因素多、難度大。同時，科研成果的完成人鮮少是一線教師，對如何將前沿成果轉化為教學內容尚不熟悉，會出現兩者看似融合卻貌合神離的情況。

結合多年實驗教學和管理經驗，依托學院食品科學與工程和食品質量與安全雙一流優勢學科和ESI全球排名前1%特色研究成果，實驗中心教學團隊探索并實踐了科研成果轉化為創新實驗教學模式，開設多項科教融合實驗課，取得良好效果[4-6]。

1 選擇原則

選擇合適的科研成果是實現成功轉化的前提和基礎。許多科研成果雖然具有較好前沿性和創新性，但直接轉化可能存在科技亮點與本科教學知識點關聯少、學生實驗操作較難印證理論知識、科研探索過程難以濃縮在有限學時中等問題，因此在科研成果選擇中可考慮4個方面。

1.1 匹配度

選擇的科研成果不僅要創新亮點突出，充分體現學科領域前沿進展，還需要高度匹配對應課程培養目標，密切契合課程特色，具有較強轉化為一個完整實驗項目的可行性。在教學目標設計上要將科研成果的亮點與課程教學大綱要求掌握的知識點進行結合，將需要傳授給學生的知識技能設計在實驗方案中[7]。

1.2 緊貼社會熱點

前期調研發現，選擇與生活聯系緊密、體現學科豐富應用的科研成果進行轉化更能調動學生的學習興趣，學生對緊貼社會熱點、解決生活實際問題的實驗表現出了極大的學習興趣和熱情，愿意主動運用所學知識分析解決實際問題。

1.3 思政元素豐富

科研成果應具有豐富的思政元素，如民族自信、食品安全、鄉村振興、綠色生態和刻苦奮斗等，能從多個方面將思想政治教育的價值理念和精神追求融入到實驗全過程中，以潤物細無聲的方式培養學生家國情懷、責任擔當、創新意識和環保理念等，潛移默化地提高社會主義核心價值觀和道德素質修養，做到專業知識傳授與思想政治教育的同向同行[8]。

1.4 高階性和學科交叉

科研成果要體現食品專業知識的高階性和綜合性，包含多學科知識和技術，培養學生綜合運用專業知識和跨界思維的能力。

2 轉化過程

科研成果向實驗教學轉化并實施的具體流程如圖1所示。

2.1 選擇成果、制定目標

學院教學指導委員會定期組織學院科研教師和本科實驗中心教學人員交流溝通，對接科研項目和成果。首先根據選擇原則初步篩選合適的科研成果，構建項目數據庫，后續根據科研進展更新數據庫內容。

確定好科研成果后，梳理其中的科技亮點，提煉計劃教給學生的知識技能，與教學大綱所要求的知識點進行對應和匹配，了解該成果的研究背景和研發經歷等素材挖掘思政元素，確定轉化的廣度和深度。

以新開設的食品包裝技術實驗課中“明膠?淀粉復合膜制備和性能評估”實驗項目為例，內容來源于國家自然科學基金“淀粉相變進程中的智能調控及行為機制研究”，該項目成果處于國際先進水平，能讓學生切身體會到中國科學技術的高速發展，堅定民族自豪感和報效祖國的使命感。研究內容為綠色全降解淀粉基發泡材料及作用機制，是一種高性能可降解包裝材料，既涵蓋塑料垃圾污染環境治理難題，又涉及綠色環保包裝的行業研究熱點，具有較強的實用性和熱點性。科研成果中的材料制備、性能表征等研究內容不僅包含食品包裝技術課程大綱中要求掌握的教學目標，更覆蓋多學科知識。學生通過實驗制備新型綠色包裝材料并對其進行性能評估，體會到如何將所學專業知識運用到現實生活中，產生強烈的專業認同感和成就感。基于上述考慮將其作為向實驗教學轉化的科研項目。

2.2 落實內容、細化過程

確定轉化項目后，科研教師和實驗教學人員按研發過程將項目進行階段劃分，把教學目標落實到具體的實驗內容上，該步驟需要考慮知識點難易度和學生的知識貯備是否匹配，教學目標和實驗內容如何銜接，實驗軟硬件條件是否具備，實驗課時數如何安排，轉化的實驗是否具有教學可行性。這些確定后，要細化科研成果在課堂中實現的形式、流程和教學方法，通過預實驗或試運行確定具體實驗步驟，包括實驗課時數、試劑儀器、操作方法等。最后形成詳細的實驗講義申報給學院教學指導委員會進行審批。

教育部多次強調要淘汰水課、打造金課，并提出了金課的高階性、創新性和挑戰度標準，特別是科教融合的實驗課程教學，是帶領學生重現科研成果獲得的過程，具有較高的難度和挑戰性，更注重對學生科研能力培養，要避免普通驗證型實驗根據講義按部就班、實驗內容和結果穩定不變的教學模式[9]。課堂教學時間畢竟有限，可選擇模擬科研摸索的一些重要階段，如對一些關鍵因素（如溫度、時間、樣品配比）進行研究，制備出的樣品選擇不同操作方法進行性能測試，使學生通過實踐發現實驗中的各種不確定性并學會分析處理[10]。

在“明膠?淀粉復合膜制備和性能評估”實驗開課前，教師根據實驗操作步驟、所需儀器設備和上課人數進行排課和安排上課地點。在食品加工實驗室篩選不同原料比例和摸索不同制備條件制備復合膜，在標準感官評價實驗室按品評流程進行感官測試、在大型儀器分析平臺使用高端測試儀器進行質量分析。實驗內容涵蓋食品專業中多學科知識，如根據不同種淀粉的溶解度、膨脹勢、老化值等選擇原料種類（來源食品工藝學、食品化學等課程教學內容），考察不同共混膜的透光性、透水氣性、機械性能等性質確定最佳配方（來源食品包裝技術、食品感官評價實踐、食品分析等課程教學內容），研究淀粉種類、加水量、增容劑種類和用量對共混膜性質的影響（來源食品質量管理、食品新產品研發與設計、計算機在食品工程中的應用等課程教學內容）[11]。這樣可以打破學科知識界限、將各種專業知識串聯、促進學生對多學科理論知識和實驗原理的理解。

2.3 實驗開課、作業優化

做好課程教學每個環節準備后，可以安排開課。鼓勵科研成果的完成人參與實驗課授課，親身講述該成果的研究背景、科學意義、研究內容和經歷困難等，指導學生實驗操作上的重難點如何解決，這些舉措能更好地增強學生科研自信心和專業認同感。上課時間可根據學生意見安排在課內或課外，課外開課不用考慮課時數限制，學生可根據實驗進程調整方案多次探索，更利于科研成果分步重現。可邀請教學督導和有經驗的教師看課聽課。

傳統教學多采用固定模板的實驗報告，學生往往照搬照抄、機械填寫。本實驗采用預習和實驗雙報告作業形式。預習報告包括背景調研、文獻查詢、實驗方案設計和過程預測，讓學生做好扎實的課前預習，理解實驗原理和知識點、熟悉實驗方法、判斷可能出現的問題、提高實驗教學效率[12]。課后撰寫科研論文式實驗報告，包括題目、摘要、關鍵詞、前言、實驗步驟與結果分析及討論與展望，與傳統常規實驗報告不同、這種實驗報告每部分的能力培養目標都與不同實驗環節相對應，更注重學生個性化培養和價值塑造，給學生充分自由發揮的空間、更能培養學生觀察、分析、概括總結及全局把握的能力[13]。

在“明膠?淀粉復合膜制備和性能評估”實驗項目中，由于實驗耗時較長，安排在課外時間段開設，認定選修課學分，教師發開課通知到相應年級的學生QQ群里，學生自愿報名參加。這種上課方式的優點是參加學生確實對實驗有興趣，能堅持認真完成實驗；學生沒有較強考核壓力能自由探索不同實驗方案；小班教學和分小組讓教師有充沛的精力輔導每個學生；學生使用高精尖先進儀器時間充足。

4～5名學生為一個小組，課前完成預習報告和教師討論后方可開始實驗。課程分兩次開設，整體8～10學時。第1次采用單因素、正交試驗等設計方法篩選明膠、羥丙基淀粉和甘油最佳混合配比并制備復合膜（4～5學時），第2次進行質量檢測研究復合膜的性狀，根據國家標準測定感官指標，采用拉伸壓縮材料試驗機和物性測定儀測定機械性能，采用高端精密儀器Merlin掃描電鏡觀察微觀形貌（4～5學時），課后統計分析數據進行綜合評估并提交一份科研論文式實驗報告。這種親身實踐式教學能讓學生掌握科研實驗設計方法，會對結果進行分析和取舍，學會使用繪圖、SPSS等各類科研軟件。使學生熟悉科研流程一般步驟，培養學生創新思維、全面提升學生的科研實踐能力。

2.4 效果考核、反饋提升

在本實驗課中，師生在教學過程中的角色發生轉變，學生作為主體負責把控實驗進度，摸索解決實驗難點，教師進行啟發引導和答疑解惑的輔助配合。考核機制由傳統側重結果改為強調過程，將學生在實驗中表現出的探索創新、動手操作、團結合作和不怕挫折等能力作為課程成績評價依據。開課一段時間后，可聽取學生、督導、同行教師各方面的意見和建議，查漏補缺，根據科研進展更新實驗教學內容和改進教學方法，進一步優化教學，促進實驗育人的多學科協同互補。

“明膠?淀粉復合膜制備和性能評估”實驗項目已開課3年，對參加課程的98名食品專業本科生進行問卷調查，結果如表1所示。大部分學生認為課程內容豐富、可操作性強，能切實提高科研創新和各方面能力。許多知識點不再是理論課課堂上走馬觀燈、紙上談兵式學習，而是通過自己一步步操作融會貫通，應用在實際需求中。

3 實施效果

3.1 科教融合，構建實驗教學長效更新機制

將高水平的科研成果轉變為教學資源融入實驗教學中，能解決傳統實驗課程具有一定滯后性、教材更新與知識發展存在斷層等問題，增加實驗內容的高階性、創新性和挑戰度。將符合要求的科研成果構建成項目數據庫，不僅能保障實驗教學源源不斷地更新，還能促進課程建設和專業建設，為建設雙一流學科打下基礎[14]。

3.2 提升教學水平，促進師生學習能力共同提高

實驗教師多為普通教學教輔人員，較多時間和精力放在教學上，對科研投入較少或不熟悉。開設此類實驗能讓教師深入接觸最新學科發展和前沿技術，增強專業學習和科研能力，實現個人職業發展和提升[15]。對學生而言，既鍛煉了實驗操作、數據處理和總結分析等科研創新能力，又培養了勇于擔當和團隊協作的集體合作精神，更強化了攻克科學難題的恒心毅力和挑戰實驗困難的實戰能力，綜合能力和專業水平都得到了綜合培養，為今后參與科研課題、技術開發和社會實踐奠定基礎。

3.3 同向同行，實驗教學與思政育人雙豐收

與傳統教學相比，科教融合的教學內容更全面豐富，可融入思政元素更多，促使學生快速形成正確的政治方向、價值取向與學術導向。問題調研和文獻檢索環節能讓學生了解中國科學技術高速發展，堅定民族自豪感和愛國情懷，激發學生創新意識和綠色環保理念；實驗操作（材料制備、制備表征、性能測試）環節能培養學生大膽嘗試，勇于探索的實驗精神和嚴謹規范，務實求真的科研態度；小組合作和論文撰寫能提高學生團隊意識和集體榮譽感，訓練分析、歸納、總結和寫作能力。

4 結束語

目前，華南理工大學食品科學與工程學院本科教學實驗中心已開發出一些緊貼社會熱點問題和專業最新成果的創新實驗項目，如根據國家自然科學基金和本科生科創項目轉化的“不同功效成分軟膠囊生產和質量檢測”（適用于食品分析實驗課）和“明膠?淀粉復合膜制備和性能評估”（適用于食品包裝技術實驗課）實驗項目。目前已有3屆本科生參與相關課程并在此基礎上拓展，申請大創、百步梯等學生科技創新項目立項3項，發表論文5篇，申請專利2項，取得了可喜的教學成果，表現出良好的創新潛質。

在轉化過程中也有一些挑戰，如選擇的科研成果如何做到既和課程教學大綱契合度高、包含知識點和思政元素充足，又能將這些豐富的教學元素融合在有限的課時數里；確定的科研成果如何細化在課堂中實現的形式、流程和教學方法，如何設計實驗教學方案、如何將科研成果的亮點和課程教學大綱的知識點進行結合；將科研步驟進行分解時，哪些是實驗課教學中需要重點掌握的技能和方法、哪些是重復操作可以忽略；制定正確的考核機制和評價手段提升學生的上課積極性，在轉化時都需要充分考慮。

研究如何推動科研轉化和科教融合、建設打造創新實驗課程，能更好地將更多前沿科研成果推向實驗教學，以更優質的教學內容豐富實驗課程體系，促進實驗教學質量和水平的全面提升，全面培養滿足時代需求的創新型人才。