食品分析綜合實驗頂石課程建設(shè)

孟利，雷虹，李夢洋，李沖偉

黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院（哈爾濱 150080）

自2016年我國成為華盛頓協(xié)議會員國以來，工程教育專業(yè)認(rèn)證便正式與國際接軌。工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進的思想為指導(dǎo)，為實現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，其畢業(yè)要求12條標(biāo)準(zhǔn)覆蓋研究、分析、設(shè)計、解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)，強調(diào)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)、專業(yè)知識及現(xiàn)代工具的綜合運用[1]。要求解決方案考慮到工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，符合職業(yè)規(guī)范，培養(yǎng)的人具有良好的團隊精神和溝通能力。如何將社會對專業(yè)人才的需求分解成可培養(yǎng)、可實現(xiàn)、可衡量的畢業(yè)要求，將高度發(fā)展的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)知識應(yīng)用于解決本領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，推動專業(yè)科學(xué)發(fā)展和進步。以產(chǎn)出為核心，以培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程目標(biāo)和課程教學(xué)為關(guān)鍵要素是認(rèn)證工作的“主線”，建立面向產(chǎn)出的評價和持續(xù)改進機制是認(rèn)證工作的“底線”[2]。

如何將分科學(xué)習(xí)的工程基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的碎片化知識，整合運用到領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)雜工程問題，是以學(xué)生為中心的重要體現(xiàn)和學(xué)生實踐能力和職業(yè)能力培養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)，也是建立面向產(chǎn)出的評價與持續(xù)改進機制關(guān)鍵[3]。頂石課程是近年來國內(nèi)外高校本科教育改革重要轉(zhuǎn)變之一，其主要目的和核心內(nèi)容主要集中在整合專業(yè)知識課程，學(xué)生通過課程對以往知識點進行整合、反思，起到理論學(xué)習(xí)與實際應(yīng)用之間過渡和連接的作用，同時學(xué)生在解決復(fù)雜的工程問題中，培養(yǎng)學(xué)生良好的團隊精神和溝通能力[4]?；诖?，以食品分析綜合實驗為例，從課程內(nèi)涵、課程內(nèi)容、教學(xué)方式改革、學(xué)生過程管理與評價和課程目標(biāo)達成度評價5個方面介紹其探索與實踐情況，同時對頂石課程實施過程中存在的問題進行展望，以期為我國高校工程專業(yè)頂石課程的建設(shè)提供參考。

1 課程內(nèi)涵

根據(jù)成果導(dǎo)向教育（outcomes-based education，OBE）教育理念，反向設(shè)計食品分析綜合實驗課程目標(biāo)[5]。根據(jù)黑龍江大學(xué)學(xué)生培養(yǎng)定位和專業(yè)的優(yōu)勢和特色，確立黑龍江大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是服務(wù)面向解決發(fā)酵食品及功能健康食品生產(chǎn)、研發(fā)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題人才培養(yǎng)。

食品分析行業(yè)需要所培養(yǎng)的人才能系統(tǒng)地掌握食品分析方法、食品分析方法的建立理念，解決食品領(lǐng)域分析問題的思維方式，有能力運用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)手段，將食品分析的社會需求轉(zhuǎn)化為可重復(fù)、可測量的化學(xué)、物理、生物領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，并能夠正確收集、處理和解釋數(shù)據(jù)，解決食品分析領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，并能夠在此基礎(chǔ)上改革、創(chuàng)新，將上述學(xué)科的發(fā)展應(yīng)用到食品領(lǐng)域，推動食品領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。食品分析綜合實驗是學(xué)生運用所學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)知識，解決食品行業(yè)的分析檢測問題，是整合上述知識碎片，融會貫通，解決食品行業(yè)問題重要的能力轉(zhuǎn)化課程。

基于人才培養(yǎng)需求，所設(shè)置課程應(yīng)具有高階性，對應(yīng)工程認(rèn)證中畢業(yè)要求中使用現(xiàn)代工具：能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性；研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜工程問題進行研究，包括設(shè)計實驗，分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論；溝通：能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應(yīng)指令，并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流；個人和團隊：能夠在多學(xué)科背景下的團隊中承擔(dān)個體、團隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色。

根據(jù)畢業(yè)要求，設(shè)置食品分析綜合實驗課，實驗項目14個，44學(xué)時，對應(yīng)理論課食品分析48學(xué)時。該課程的前期課程基礎(chǔ)包括：食品分析課程的化學(xué)基礎(chǔ)課，如無機及分析化學(xué)、有機化學(xué)等，為學(xué)生提供化學(xué)反應(yīng)基本原理知識及基本操作；數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課，如高等數(shù)學(xué)、線型代數(shù)、生物統(tǒng)計學(xué)等，提供學(xué)生解決復(fù)雜工程問題時所需要的數(shù)學(xué)知識；物理基礎(chǔ)課，如大學(xué)物理、物理化學(xué)，為學(xué)生提供物性檢測技術(shù)及光學(xué)檢測技術(shù)基本知識；食品科學(xué)基礎(chǔ)課，如食品化學(xué)、食品加工工藝學(xué)、生物化學(xué)、食品營養(yǎng)學(xué)、微生物學(xué)，為學(xué)生提供食品分析方面復(fù)雜工程問題的專業(yè)基礎(chǔ)知識。食品分析課程為畢業(yè)論文、生產(chǎn)實習(xí)積累獨立開展實驗的實踐能力和識別和解決復(fù)雜工程問題的能力。

食品分析綜合實驗及其理論課設(shè)置其課程目標(biāo)，以完成畢業(yè)要求的能力培養(yǎng)，其課程目標(biāo)設(shè)置與畢業(yè)要求之間的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。課程目標(biāo)1，恰當(dāng)使用化學(xué)分析、儀器分析、物性分析工具和手段，獲得數(shù)據(jù)并得出結(jié)論的能力；課程目標(biāo)2，通過實驗加強數(shù)據(jù)記錄、計算、歸納、總結(jié)，規(guī)范撰寫實驗報告；課程目標(biāo)3，設(shè)計實驗，評價方法及比較不同方法的能力；課程目標(biāo)4，能在團隊中扮演個體、團隊成員及負(fù)責(zé)人的角色。

圖1 食品分析綜合實驗課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系

2 課程內(nèi)容

頂石課程是通過知識體系重構(gòu)來培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科跨專業(yè)的綜合能力，食品科學(xué)與工程專業(yè)頂石課程分析、研判專業(yè)知識體系特點和所解決的社會需求[6]。根據(jù)食品分析綜合實驗的畢業(yè)要求和課程目標(biāo)，設(shè)置食品分析綜合實驗內(nèi)容，其內(nèi)容隨著社會需求的更新而持續(xù)改進。其課程內(nèi)容設(shè)置具有如下特點。

2.1 針對社會科技發(fā)展和需求，食品實驗項目持續(xù)改進

課程針對食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生大三學(xué)生特點，系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生駕馭分析技術(shù)的能力，包含滴定法、紫外-可見分光光度法、原子吸收分光光度法、熒光分光光度法、高效液相色譜法、流變儀、感官分析法等技術(shù)手段，逐步淘汰2009年左右新興食品分析技術(shù)項目，如農(nóng)藥殘留快速檢測、食品摻假實驗、糧食中基本營養(yǎng)成分的紅外光譜分析等專業(yè)性不高的實驗項目。2015版培養(yǎng)方案確定14個實驗項目。2020年，使用超高效液相色譜測定食品中的呋喃丹，替代原有高效液相色譜法測定食品中的有機酸。

2.2 針對學(xué)生食品分析能力發(fā)展需求更新的實驗項目

針對培養(yǎng)目標(biāo)，食品分析實驗任務(wù)之一是鍛煉學(xué)生獨立開展實驗時的規(guī)范性、分析方法基本數(shù)據(jù)的獲得及評價，因此，實驗設(shè)置方法相對簡單、學(xué)生比較熟悉的苯酚硫酸法測定糖含量的方法，設(shè)置回收率實驗，通過試驗學(xué)生學(xué)習(xí)到試驗方法評價的基本流程和設(shè)計方法。同時設(shè)置氨基酸分析的2種方法的精密度及顯著性比較，學(xué)生學(xué)習(xí)不同方法比較的試驗設(shè)計方法。

2.3 改進后的課程體系

學(xué)生將無機及分析化學(xué)、有機化學(xué)、生物統(tǒng)計學(xué)、生物化學(xué)、食品加工工藝學(xué)、食品化學(xué)、食品營養(yǎng)學(xué)課程上學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用于解決食品分析問題上，每個實驗項目對應(yīng)訓(xùn)練相應(yīng)的課程目標(biāo)，具體包含的實驗項目如表1所示，課程完成后，根據(jù)其對應(yīng)的課程目標(biāo)設(shè)計的實驗觀測點給出成績，根據(jù)實驗項目最終成績得到相應(yīng)課程目標(biāo)的達成度評價。

表1 食品分析綜合實驗課程內(nèi)容設(shè)計

食品分析綜合實驗設(shè)置項目包括水分、蛋白、脂肪、礦物質(zhì)、糖類、氨基酸、維生素、色素、農(nóng)藥殘留、食品流變學(xué)特性、感官評價等，內(nèi)容涵蓋基本成分分析、組分分析、農(nóng)藥殘留、食品添加劑及物性性質(zhì)分析。從技術(shù)手段上，包含滴定法、紫外-可見分光光度法、原子吸收分光光度法、熒光分光光度法、超高效液相色譜法、流變儀、感官分析法等。從數(shù)據(jù)分析上，包括精密度、回收率、方法差異比較、方差分析等。

3 教學(xué)方式改革

課程的首要任務(wù)是學(xué)生能夠通過課程的學(xué)習(xí)和實踐，融會貫通前期數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等工程基礎(chǔ)課，用于食品分析應(yīng)用實踐上?，F(xiàn)有食品分析手段的傳承，是食品分析課程學(xué)習(xí)的第一步，而食品分析思維方式的形成，現(xiàn)有分析手段的批判，新分析手段的吸收、學(xué)習(xí)、拓展與開發(fā)，是食品分析人才在未來職業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ闹匾饬恐笜?biāo)，是課程培養(yǎng)能力的重點和難點。在食品分析項目的情景下，采取問題式教學(xué)，促進學(xué)生整合、反思原有知識，將所學(xué)理論知識用于解決食品分析問題上，實現(xiàn)實驗結(jié)果的反思，新方法的評價實驗設(shè)計，數(shù)據(jù)分析等。學(xué)生食品分析能力得到深化和拓展[7]。

3.1 基于項目的學(xué)習(xí)方式

課程根據(jù)食品分析任務(wù)對專業(yè)要求內(nèi)涵與復(fù)雜性，將食品分析涉及的項目歸納總結(jié)并挑選具有代表性的檢測項目，兼顧技術(shù)手段使用上的系統(tǒng)性，設(shè)置5個食品分析職場情景的教學(xué)環(huán)境，包括原料質(zhì)量控制、實驗方法建立與評價、營養(yǎng)成分分析及分析儀器使用、食品添加劑的檢測、食品物性分析，共14個實驗，覆蓋現(xiàn)有食品分析技術(shù)手段、檢測項目，滿足相關(guān)企事業(yè)單位對食品分析人才需求。所培養(yǎng)學(xué)生在相關(guān)單位評價為上手快、基本理論知識扎實，可以應(yīng)對行業(yè)發(fā)展需求。

3.2 基于問題的教學(xué)模式

面對食品分析任務(wù)，根據(jù)食品分析檢測任務(wù)，提出食品分析項檢測目的是什么，被分析對象有什么樣特點，與所在環(huán)境中的干擾物質(zhì)有哪些，哪些特征可將被分析對象與所在的環(huán)境中的干擾物質(zhì)中區(qū)分開來，這些特征由什么樣的儀器測定出來，如何量化等一系列問題的設(shè)定和解決。培養(yǎng)學(xué)生的探索能力和拓展能力，且具備將這些能力內(nèi)化，應(yīng)用于新方法的建立和評價當(dāng)中，提高學(xué)生綜合運用專業(yè)技術(shù)知識解決復(fù)雜問題的能力[8]。

3.3 體驗及團隊協(xié)作式教學(xué)模式

項目中每一個實驗都為綜合性實驗，將實驗分為2人1組，分工合作，合理統(tǒng)籌，另外在項目的14個實驗中，將不同組的同學(xué)劃分為兩大組，分成樣品呈遞組和品嘗組2個團隊，并且角色互換。在呈遞組中進行樣品、編號、分工、呈送工作，品評組同學(xué)根據(jù)品評表打分，一輪之后，2組角色互換。學(xué)生在此過程中扮演不同角色，可以自己對自己所扮演的角色、職責(zé)和團隊中的作用進行描述，同時對整體團隊的運行進行描述。學(xué)會換位思考，確立好自身的作用和位置。在實驗實施過程中，交流，討論，配合。

在實驗內(nèi)容上，學(xué)生體驗學(xué)生根據(jù)食品感官特點，確定食品感官評定的指標(biāo)和權(quán)重，數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)分析、處理和得出結(jié)論的全過程。同時采用虛擬仿真實驗對電子鼻、電子舌、質(zhì)構(gòu)儀等一起進行模擬仿真操作，體會電子鼻、電子舌、感官評定之間的關(guān)系、優(yōu)缺點及局限性。

4 學(xué)習(xí)過程管理與評價

對學(xué)生實驗實施評價采用過程化管理。所有實驗的準(zhǔn)備經(jīng)過精心策劃，為學(xué)生準(zhǔn)備精準(zhǔn)的試驗用具，規(guī)范的試驗指導(dǎo)，讓學(xué)生能夠通過預(yù)習(xí)和老師的講解，獨立自主地完成試驗操作。學(xué)生在操作過程中，可以逐一體驗老師設(shè)置的關(guān)鍵點。另外，2位指導(dǎo)教師控制關(guān)鍵操作點的關(guān)鍵操作安全與規(guī)范。對學(xué)生的評價進行細(xì)致分解，預(yù)習(xí)報告20分（預(yù)習(xí)報告的撰寫，上交是否及時10分，提問10分），實驗操作包括桌面的有序性，操作的規(guī)范性、數(shù)據(jù)記錄是否清晰、完整，實驗規(guī)劃的合理性及桌面衛(wèi)生等。

實驗報告成績總分為30分（對應(yīng)課程目標(biāo)），是一個數(shù)據(jù)是否處理得當(dāng)（10分），實驗現(xiàn)象是否記錄清楚（10分）、對實驗結(jié)果的評價與反思（10分）的評分體系。通過對學(xué)生實驗過程的關(guān)鍵點控制，包括：當(dāng)堂預(yù)習(xí)報告的上交，批改發(fā)回，講解中的提問、實驗過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)指導(dǎo)，下課前對記錄的數(shù)據(jù)進行批閱、審核，實驗報告的批改、反饋等。這些對學(xué)生上課狀態(tài)進行了妥善管理和保障，給予學(xué)生獨立開展實驗的空間，收到良好的效果，通過評價、反饋，學(xué)生逐漸養(yǎng)成獨立、有序開展實驗的能力。

在體驗及團隊教學(xué)環(huán)節(jié)中，根據(jù)學(xué)生任務(wù)完成情況，對學(xué)生的表現(xiàn)進行打分。包括查閱資料的渠道及權(quán)威性（10分），方法的比較和選擇（10分），實驗方法的確立（10分），實驗步驟是否可行及內(nèi)容是否完整（10分），實驗實施是否清晰（10分），數(shù)據(jù)是否完整，數(shù)據(jù)質(zhì)量及數(shù)據(jù)處理是否規(guī)范（30分），對整個實驗的反思和改進（10分）。

5 教學(xué)反思和持續(xù)改進

設(shè)計問卷，調(diào)查教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗、意見和建議。另外根據(jù)相應(yīng)的實驗設(shè)置與課程目標(biāo)之間的關(guān)系，設(shè)計考核環(huán)節(jié)，計算課程目標(biāo)的達成度，并對其達成情況進行反思，將改進方法交予專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)小組。教師及專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)小組對實驗內(nèi)容和課程目標(biāo)達成情況進行充分的評估，并探討改進方式和方法，制定改進措施和方案。

6 結(jié)語

學(xué)生通過食品分析綜合實驗的5個項目，綜合訓(xùn)練了各類檢測方式、設(shè)備的實際操作，對每種方法的原理及局限性進行了反思，鍛煉了知識整合和應(yīng)用的能力，形成了食品分析問題的解決思維邏輯，體驗了團隊配合模式，綜合提高了學(xué)生解決食品分析領(lǐng)域的能力。此次教學(xué)改革達到頂石課程“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性”的教學(xué)理念，體現(xiàn)食品分析技術(shù)發(fā)展的需求，收到良好的教學(xué)效果。