新工科背景下專業(yè)課程模塊教學(xué)協(xié)同作用研究與實踐
——以食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析為例*

李 雪，丁志剛，黃 怡，張 齊，陳春旭

(安徽科技學(xué)院食品工程學(xué)院，安徽 滁州 233100)

引言

2017年，教育部面向高校大力開展工程教育方向的改革創(chuàng)新并提出了“新工科”人才培養(yǎng)新思路[1]，“新工科”理念將會成為高校推進理念創(chuàng)新和專業(yè)創(chuàng)新的“新路標(biāo)”[2]。“新工科”理念應(yīng)用于食品科學(xué)與工程專業(yè)課程方面，主要體現(xiàn)在優(yōu)化理論課程內(nèi)容以增強課程的應(yīng)用性，改進實驗課項目以擴寬實驗課的實踐性，使學(xué)生具備創(chuàng)新意識、較強社會責(zé)任感、職業(yè)道德及人文素養(yǎng)的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)德智體美勞協(xié)調(diào)發(fā)展的食品專業(yè)新工科復(fù)合型人才。

“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”作為食品科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，對于學(xué)生具有理論分析和生產(chǎn)實踐能力的培養(yǎng)具有雙重作用，主要在培養(yǎng)學(xué)生具有獨立設(shè)計試驗和數(shù)據(jù)處理方面具有十分重要的意義，課程以概率論和數(shù)理統(tǒng)計為教學(xué)基礎(chǔ)[3]，具有理論性強、應(yīng)用性廣等特點，對食品專業(yè)學(xué)生在本科階段的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題申報與結(jié)題、畢業(yè)試驗、畢業(yè)論文編寫以后深造學(xué)習(xí)和工作方面有一定指導(dǎo)作用[4]。

1 課程教學(xué)模式現(xiàn)狀

目前，主要是以傳統(tǒng)的課堂灌輸式教學(xué)為主導(dǎo)，教學(xué)局限性主要存在于以下幾方面[5]：①由于課程名稱以及課程內(nèi)容導(dǎo)致學(xué)生對課程的總體概念比較模糊，盡管一些數(shù)理統(tǒng)計分析方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品檢測、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、新配方設(shè)計等科研工作和企業(yè)生產(chǎn)中，但由于日常學(xué)習(xí)生活中接觸面和認知程度有限，學(xué)生還不能從課程名稱上構(gòu)建出較為明確的整體概念[5]，影響到學(xué)生對學(xué)習(xí)目標(biāo)的把握；②在本科大二和大三階段學(xué)生集中學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識和課程實驗階段，對于課程涉及的試驗設(shè)計方法和數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用較少，很難切身體會到課程意義；③教學(xué)過程與應(yīng)用性缺少銜接，目前課程主要強調(diào)“概念、公式、例題、習(xí)練”，采用傳統(tǒng)教學(xué)方式的課堂容易沉悶，學(xué)生體會不到“活學(xué)活用”。

基于此，文章針對課程局限性，立足“新工科”課程核心理念，提出相應(yīng)的改革措施，結(jié)合專業(yè)課程模塊教學(xué)協(xié)同的理論課教學(xué)模式和任務(wù)驅(qū)動式實驗教學(xué)模式對教學(xué)體系進行系統(tǒng)性探討，適應(yīng)新形勢下對于較強實踐能力、創(chuàng)新能力、過硬競爭力的 “新工科”人才培養(yǎng)需求。

2 食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析與專業(yè)課程模塊教學(xué)協(xié)同理論課程改革

食品科學(xué)與技術(shù)研究的重要表現(xiàn)形式是新產(chǎn)品、新工藝的研制與開發(fā)，以滿足不同層次、不同需求、不同飲食習(xí)慣和不同用途的人們對食品多樣化、合理化的要求[6]。因此，未來食品專業(yè)的發(fā)展不僅要求專業(yè)素質(zhì)過硬，而且還具有“學(xué)科交叉融合”的特點[7]，這些都對“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”課程教學(xué)提出了更高要求。所以，探討在新工科背景下“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”與專業(yè)課程模塊協(xié)同教學(xué)模式具有重要意義。

面對學(xué)生對課程的總體概念比較模糊這一現(xiàn)狀，以食品科學(xué)與工程的專業(yè)培養(yǎng)方案[8]為起點，選擇開設(shè)在“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”前已經(jīng)結(jié)課的專業(yè)課程，總結(jié)并精選專業(yè)課程的知識點和“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”課程知識點形成學(xué)科交叉融合互補，提高教學(xué)效果。

為提高食品試驗設(shè)計方法和數(shù)據(jù)處理方法的實踐應(yīng)用性，結(jié)合食品專業(yè)特點，挑選涉及食品加工工藝、食品配方優(yōu)化、功能性成分提取的相關(guān)期刊論文和學(xué)位論文，從試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理兩方面內(nèi)容出發(fā)，結(jié)合教材章節(jié)的具體內(nèi)容，在課前通過學(xué)習(xí)通發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生有整體了解。在課中，詳細系統(tǒng)地分析論文所用的試驗設(shè)計方法和數(shù)據(jù)處理方式，增強教學(xué)過程與應(yīng)用銜接，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和求知欲，縮短教學(xué)與現(xiàn)實的食品科技工作的差距[9]，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，主要設(shè)計內(nèi)容如表1所示。

表1 食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析與專業(yè)課程模塊教學(xué)協(xié)同案例

3 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”實驗教學(xué)改革

未進入實驗室的學(xué)生缺乏對畢業(yè)論文和科研論文全面的理解，直接講授統(tǒng)計軟件操作，容易使學(xué)生進入只要機械掌握軟件操作步驟即可的誤區(qū)，而忽略對于數(shù)據(jù)結(jié)果的科學(xué)解釋以及理論知識的掌握。因此，鼓勵學(xué)生組隊進入實驗室，由老師單獨指導(dǎo)或分配研究生帶領(lǐng)本科生開展實驗，如提前建立導(dǎo)師制、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練比賽、實驗競賽等，激發(fā)學(xué)生的實驗興趣。實驗課采用任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方法。

3.1 設(shè)計任務(wù)驅(qū)動式實驗教學(xué)

任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式是以學(xué)生為中心，培養(yǎng)其獨立思考及綜合分析能力。任務(wù)驅(qū)動式實驗教學(xué)關(guān)鍵在于任務(wù)的設(shè)置與完成，例如，在數(shù)據(jù)方差分析的實驗中，傳統(tǒng)的上機操作實驗只是將數(shù)據(jù)利用Excel進行方差分析，形式枯燥。利用任務(wù)驅(qū)動式實驗教學(xué)設(shè)計的方法，教師設(shè)置不同的數(shù)據(jù)背景，采用現(xiàn)場隨機發(fā)放的方式，分配給不同學(xué)生，完成不同數(shù)據(jù)背景下的方差分析，同時對于方差數(shù)據(jù)表的格式以及結(jié)果的解釋給予一定的分值，刺激學(xué)生的求知欲。

3.2 模塊化實驗項目

立足“新工科”課程核心理念，“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”實驗內(nèi)容要緊密聯(lián)系學(xué)生畢業(yè)、就業(yè)和升學(xué)需求，因此，可以將“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”實驗課項目設(shè)計成不同背景下的多學(xué)科融合的實驗?zāi)K，包括實驗項目選擇、實驗方案和實驗步驟設(shè)計、數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果分析與討論，最后獲得完整實驗報告，舉例見表2。

表2 任務(wù)模塊實驗項目內(nèi)容舉例

3.3 鼓勵學(xué)生參與實驗教學(xué)，增強實驗內(nèi)容實用性

理解“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”實驗的目的與意義，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴謹認真的科學(xué)研究態(tài)度。課程實驗主要采用上機操作的方式完成數(shù)據(jù)分析過程以及相應(yīng)試驗設(shè)計軟件操作，課堂倡導(dǎo)學(xué)生為主體，隨著教材版本的提升，相應(yīng)的軟件操作步驟在教材中有所體現(xiàn)，鼓勵學(xué)生參與實驗教學(xué)。為避免學(xué)生產(chǎn)生按照相應(yīng)步驟就能掌握數(shù)據(jù)分析方法的錯覺，而忽略了對于實驗結(jié)果給出科學(xué)合理的解釋的重要性，因此在實驗過程中教師增加分析結(jié)果的科學(xué)合理解釋教學(xué)講解內(nèi)容和實驗報告中該部分權(quán)重，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、自主創(chuàng)新的有效途徑。

4 充分利用線上教學(xué)平臺，加強課前、課中和課后管理

面對手機轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)工具的趨勢，運用超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等多種智慧課堂平臺建設(shè)趨于完善，因此利用線上平臺，監(jiān)督和指導(dǎo)學(xué)生完成和鞏固課程教學(xué)內(nèi)容成為新趨勢。課前，通過課后作業(yè)的講解回顧知識點；課中，通過掃碼簽到、習(xí)題搶答等形式增強師生互動；課后，布置課堂作業(yè)，完成知識點自測。

5 建立合理的成績評價體系

以往的“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”的課程考核包括平時成績和期末考成績，各占比為 30%和 70%，通過卷面成績難以公平、客觀地反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，因此，增加綜合作業(yè)10%，如給定題目“微波輔助法提取菠蘿皮中菠蘿蛋白酶工藝優(yōu)化”，考察微波提取功率、微波提取時間、微波提取溫度、乙醇體積分數(shù)、液料比等5個因素對菠蘿蛋白酶提取率的影響，在給定各個因素試驗范圍的情況下，讓學(xué)生分別用不同試驗設(shè)計方法設(shè)計試驗[10]，并明確試驗方案。通過這個綜合性題目解答，使得學(xué)生掌握用不同的試驗設(shè)計方法對同一個試驗設(shè)計的影響，綜合題目的引入不僅能開闊學(xué)生的思路，同時也能為畢業(yè)論文實驗的設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

“食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析”是一門實踐性極強的課程，在結(jié)合教學(xué)課程特征及教學(xué)實例，從與專業(yè)課程模塊教學(xué)協(xié)同方式的理論教學(xué)方法、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)設(shè)計和項目模塊化實驗教學(xué)方法兩個方面，對課程教學(xué)內(nèi)容和考核方法的改革，彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，使得學(xué)生能夠?qū)⒈菊n程與其他專業(yè)課程緊密聯(lián)系起來，為食品專業(yè)應(yīng)用型 “新工科”人才培養(yǎng)服務(wù)，滿足“新工科”背景下工科專業(yè)學(xué)生的全面發(fā)展的要求，促進創(chuàng)新型工程人才的培養(yǎng)。