基于項(xiàng)目教學(xué)法的“食品物性學(xué)”教學(xué)改革與實(shí)踐

趙 珂，張 菡

“食品物性學(xué)”是食品科學(xué)與工程學(xué)科的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，主要研究食品和食品原料在加工、流通和使用過(guò)程中的物理性質(zhì)和工程特性，包括形態(tài)特征、力學(xué)特性、流變特性、質(zhì)構(gòu)、熱物性、電特性和光學(xué)特性等主要內(nèi)容[2]。食品的來(lái)源豐富，其組成和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此食品物性學(xué)研究的內(nèi)容十分廣泛：一方面，食品物性學(xué)涉及不同食品及其不同狀態(tài)，相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)多而分散，需要構(gòu)建有效的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系；另一方面，食品物性學(xué)是一門(mén)涵蓋多學(xué)科的綜合應(yīng)用學(xué)科，需要學(xué)生將抽象理論轉(zhuǎn)化到解決實(shí)際問(wèn)題上來(lái)，這就需要大量的實(shí)踐鍛煉。然而，目前“食品物性學(xué)”教學(xué)的過(guò)程中，基礎(chǔ)知識(shí)體系的構(gòu)建不夠完善，實(shí)驗(yàn)課程安排內(nèi)容簡(jiǎn)單，與課堂教學(xué)內(nèi)容連貫性欠佳，從而使得學(xué)生在學(xué)習(xí)“食品物性學(xué)”的過(guò)程中學(xué)習(xí)難度大、學(xué)習(xí)興趣不高等問(wèn)題凸顯。

項(xiàng)目教學(xué)法是一種以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”和學(xué)生自主探索為主要形式的教學(xué)方法[3]，其特點(diǎn)符合現(xiàn)代高等學(xué)校教學(xué)改革中所倡導(dǎo)的以學(xué)生為主體的教學(xué)理念。已有學(xué)者將項(xiàng)目教學(xué)法在“發(fā)酵工程”和研究生“食品物性學(xué)”教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行嘗試并取得了顯著的教學(xué)效果[3-4]，目前尚未見(jiàn)項(xiàng)目教學(xué)法在本科“食品物性學(xué)”中的實(shí)踐報(bào)道。因此，課程組教師通過(guò)教學(xué)研究與實(shí)踐，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合為項(xiàng)目，并將其與課堂教學(xué)進(jìn)行融合貫通，充分運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法的理念對(duì)“食品物性學(xué)”課程教學(xué)進(jìn)行改革，并在教學(xué)方法和教學(xué)手段上不斷探索總結(jié)，形成了特色鮮明的教學(xué)體系，為教學(xué)質(zhì)量提高提供了保障。

1 教學(xué)體系與內(nèi)容結(jié)構(gòu)

經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)探索與實(shí)踐，該課程形成了“理論教學(xué)+實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目+匯報(bào)總結(jié)”三結(jié)合的教學(xué)體系。旨在提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、實(shí)踐操作技能等能力，強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生將抽象的食品物性學(xué)理論知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際問(wèn)題中來(lái)，從而達(dá)到該課程掌握食品物性學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力的主要目的。

“食品物性學(xué)”教學(xué)體系與內(nèi)容結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 “食品物性學(xué)”教學(xué)體系與內(nèi)容結(jié)構(gòu)

2 教學(xué)改革與實(shí)踐

2.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇與設(shè)計(jì)

根據(jù)以往“食品物性學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程安排，課程主要包括以下8個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：①粉末狀食品顆粒度測(cè)定；②面粉和面團(tuán)流變學(xué)特性測(cè)定；③食品的黏彈性和黏度測(cè)定；④食品的質(zhì)構(gòu)分析；⑤差示掃描量熱儀測(cè)定食品比熱容；⑥食品原料的靜電分離；⑦食品的顏色測(cè)定；⑧食品近紅外成分測(cè)定。這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了“食品物性學(xué)”課堂教學(xué)內(nèi)容的主要章節(jié)和知識(shí)點(diǎn)，包括食品的力學(xué)特性、質(zhì)構(gòu)特性、熱學(xué)特性、電學(xué)特性和光學(xué)特性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排比較合理。但是，在順序上與食品物性學(xué)理論教學(xué)內(nèi)容完全匹配的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，雖然能加深并拓展學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解和應(yīng)用，但是各實(shí)驗(yàn)之間相對(duì)獨(dú)立，不能使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中有效地將知識(shí)點(diǎn)融匯貫通進(jìn)而構(gòu)建有序的知識(shí)框架。

因此，課程在深入分析和總結(jié)實(shí)驗(yàn)和教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，將已有的8個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合到2個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中：①小麥面粉、面團(tuán)、面糊和餅干的物性測(cè)定和比較；②雜糧分類、近紅外成分測(cè)定和熱導(dǎo)率/比熱容測(cè)算。這2個(gè)項(xiàng)目以面粉和雜糧2種實(shí)體食品原料為載體，一方面涵蓋了教學(xué)和試驗(yàn)內(nèi)容的要點(diǎn)，另一方面將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)面粉的加工過(guò)程和雜糧的篩選測(cè)定兩條主線有機(jī)的串聯(lián)起來(lái)。在模擬食品加工和生產(chǎn)實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，實(shí)驗(yàn)過(guò)程條理清晰主次分明，可促進(jìn)學(xué)生將理論教學(xué)內(nèi)容重新梳理整合和升華，真正達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)。

2.2 理論教學(xué)模塊劃分與教學(xué)模式

課程采用李云飛主編的第二版《食品物性學(xué)》教材，該教材包括10個(gè)章節(jié)的內(nèi)容，分別是緒論、食品的主要形態(tài)與物理性質(zhì)、黏性食品的流變特性、黏彈性食品的流變特性、食品質(zhì)構(gòu)、顆粒食品的物理特征與流動(dòng)特性、食品熱物性、食品的電特性、食品的光學(xué)性質(zhì)和物性分析與微觀成像技術(shù)[2]。依據(jù)對(duì)知識(shí)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系梳理和易于學(xué)生學(xué)習(xí)理解，重新將理論教學(xué)內(nèi)容整理組合為以下6部分：①食品的主要形態(tài)特性；②食品物料的力學(xué)特性；③食品物料的質(zhì)構(gòu)特性；④食品物料的熱學(xué)特性；⑤食品物料的電學(xué)特性；⑥食品物料的光學(xué)特性。其中，食品的主要形態(tài)特征部分包含了教材中食品的主要形態(tài)和顆粒食品物理特征；食品物料的力學(xué)特性包含了微觀結(jié)構(gòu)與作用力、流變特性和顆粒食品的流動(dòng)特性內(nèi)容；而原教材中物性分析與微觀成像技術(shù)的內(nèi)容則分散在不同章節(jié)的實(shí)際應(yīng)用部分穿插講述；其他內(nèi)容與原教材一致。

2.3 項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施與考核

開(kāi)課后，首先向?qū)W生詳細(xì)介紹課程的主要內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)和重要性，并對(duì)基于項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)方式進(jìn)行解釋和介紹，讓學(xué)生對(duì)課程和教學(xué)有全局性的認(rèn)識(shí)，為教學(xué)改革的順利實(shí)施打好基礎(chǔ)。項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施一般可分為3個(gè)階段，包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目評(píng)價(jià)。在“食品物性學(xué)”的教學(xué)過(guò)程中，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)貫穿在課堂教學(xué)過(guò)程中，在課堂知識(shí)點(diǎn)講授時(shí)通過(guò)啟發(fā)和引導(dǎo)的方式，鼓勵(lì)學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊思考，逐漸向兩個(gè)大的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中補(bǔ)充詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；項(xiàng)目實(shí)施安排在課堂教學(xué)完成之后，集中4周時(shí)間在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告；項(xiàng)目評(píng)價(jià)作為課程考核的重要組成部分，以口頭匯報(bào)和答辯的形式進(jìn)行，教師點(diǎn)評(píng)總結(jié)。具體實(shí)施過(guò)程如下。

2.3.1 課堂教學(xué)改革和項(xiàng)目設(shè)計(jì)

課堂教學(xué)是一種師生雙邊參與的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)是課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的一個(gè)主要因素[5]，以“歸還課堂給學(xué)生，做好學(xué)生與知識(shí)間的橋梁”為主導(dǎo)思想，充分考慮學(xué)生作為主體的學(xué)習(xí)態(tài)度、理解能力、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性等方面的因素。課程主要以多媒體課件形式授課，配合板書(shū)對(duì)要點(diǎn)和重要進(jìn)行強(qiáng)化。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課件內(nèi)容大量采用圖片和視頻資料，引入課程主要知識(shí)點(diǎn)后，根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和思考積極與學(xué)生互動(dòng)，總結(jié)補(bǔ)充學(xué)生觀點(diǎn)的同時(shí)做好引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的思考和探索。由于食品物性學(xué)是一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，在教學(xué)過(guò)程中還要特別注意以下2點(diǎn)：一方面積極給學(xué)生引入關(guān)于食品物性學(xué)研究的最新發(fā)展方向和動(dòng)態(tài)，另一方面對(duì)食品物性學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)中的應(yīng)用及其存在的問(wèn)題進(jìn)行介紹，主要包括相關(guān)儀器設(shè)備的基本原理和應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)所學(xué)知識(shí)對(duì)該課程給定的2個(gè)框架形式的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目預(yù)設(shè)4個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)達(dá)到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)。課堂教學(xué)結(jié)束后，每位學(xué)生提交一份實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

2.3.2 項(xiàng)目實(shí)施

完成課堂教學(xué)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)初稿的批改工作后，正式進(jìn)入項(xiàng)目實(shí)施階段。此階段是“食品物性學(xué)教學(xué)”的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，一方面使得學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行回顧和整合，加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握；另一方面，在實(shí)際操作過(guò)程中還鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、相互協(xié)作和動(dòng)手的能力。

首先，帶領(lǐng)學(xué)生參觀實(shí)驗(yàn)室的布局和安全注意事項(xiàng)，掌握實(shí)驗(yàn)儀器配置及其操作流程。實(shí)驗(yàn)室所配備及與企業(yè)合作的實(shí)驗(yàn)儀器主要包括質(zhì)構(gòu)儀、旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、流變儀、激光粒度儀、差示掃描量熱儀、粉質(zhì)儀、近紅外光譜測(cè)定儀、全波段酶標(biāo)儀、馬弗爐、色差計(jì)、轉(zhuǎn)鼓式靜電分離儀等。合理的單組實(shí)驗(yàn)人數(shù)是保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的一個(gè)重要因素[6]，因此以6～8人為1組，將班級(jí)學(xué)生分成8組，各組內(nèi)根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的先后順序再分成2組。分組后，對(duì)照實(shí)驗(yàn)室的已有條件，各組成員對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)書(shū)進(jìn)行討論修改并定稿，最終每組每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)定不超過(guò)4個(gè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生從實(shí)驗(yàn)試劑準(zhǔn)備和儀器調(diào)試等方面自主安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中學(xué)生應(yīng)對(duì)所承擔(dān)項(xiàng)目做好詳細(xì)記錄，包括實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、遇到的問(wèn)題和解決方法等?？紤]到部分大型儀器只有單臺(tái)的因素，實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開(kāi)放制度，可供學(xué)生自由安排時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并留出充足的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的歸納總結(jié)和分析比較，從而在實(shí)踐中充分鍛煉學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在此過(guò)程中，以學(xué)生操作和分析討論為主，教師則主要負(fù)責(zé)跟進(jìn)各組的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性等問(wèn)題，進(jìn)行輔助指導(dǎo)。

2.3.3 項(xiàng)目評(píng)價(jià)

各小組除了提交2份實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的報(bào)告外，還以小組為單位，結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容和試驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程，對(duì)所完成項(xiàng)目的結(jié)果制作PPT并進(jìn)行口頭匯報(bào)和總結(jié)，接受教師和學(xué)生的提問(wèn)和質(zhì)疑。評(píng)價(jià)過(guò)程中，以教師評(píng)定為主，其他小組綜合評(píng)定為輔。項(xiàng)目評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)包括：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性、檢測(cè)指標(biāo)的可靠性、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、團(tuán)隊(duì)合作的協(xié)調(diào)性、分析討論的深入性和創(chuàng)新性。雖然每個(gè)小組所完成的大項(xiàng)目框架是一樣的，但是不同的小組有不同的設(shè)計(jì)，達(dá)到同一個(gè)目的就有了多種不同的途徑。比如，對(duì)雜糧進(jìn)行分類時(shí)，可以采用靜電分離裝置對(duì)不同的雜糧進(jìn)行靜電分離，也可以采用色度儀對(duì)不同色級(jí)的雜糧進(jìn)行分類；對(duì)面粉不同加工階段的物性檢測(cè)指標(biāo)也不盡相同，反映了不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所關(guān)注的食品特性的不同。因此，在相互討論和交流的過(guò)程中，對(duì)拓展學(xué)生思維方式有明顯提升作用。

3 教學(xué)效果和結(jié)論

基于教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課同時(shí)改革的項(xiàng)目教學(xué)法在“食品物性學(xué)”課程改革和實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果?！跋然A(chǔ)知識(shí)、再結(jié)合基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐，最后總結(jié)反思基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合”的教學(xué)思路，結(jié)合系統(tǒng)連貫的教學(xué)體系、課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)和以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，充分發(fā)揮了教師的引導(dǎo)和啟發(fā)作用，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和自主性。實(shí)踐與課堂教學(xué)結(jié)合的方法，不但強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)食品物性學(xué)知識(shí)的理解深度和廣度，還提高了學(xué)生的專業(yè)操作技能，培養(yǎng)了學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，加強(qiáng)了該課程的實(shí)踐性和實(shí)用性。

總之，采用項(xiàng)目教學(xué)法對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生綜合能力、培養(yǎng)和挖掘?qū)W生創(chuàng)新潛能等方面均有顯著促進(jìn)作用，為培養(yǎng)優(yōu)秀的食品科學(xué)方向?qū)I(yè)人才提供了有利保障。