創(chuàng)新能力培育視角下“食品化學(xué)實驗”教學(xué)模式改革研究

蔣志國，張偉敏，陳衛(wèi)軍，陳文學(xué)

（海南大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，海南?？?570228）

“食品化學(xué)”是食品科學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、食品質(zhì)量與安全等專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，“食品化學(xué)實驗”教學(xué)是“食品化學(xué)”課程教學(xué)的重要內(nèi)容。通過有序開展“食品化學(xué)實驗”教學(xué)可培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力、實踐能力、探索意識及創(chuàng)新能力。習(xí)近平總書記指出“誰擁有了一流創(chuàng)新人才、擁有了一流科學(xué)家，誰就能在科技創(chuàng)新中占據(jù)優(yōu)勢”。同時，在國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略實施的背景下，國家建設(shè)與發(fā)展需要一支高素質(zhì)、高水平的創(chuàng)新型人才[1]。為此，學(xué)校以培育創(chuàng)新型人才為目標，積極探索“食品化學(xué)實驗”教學(xué)的改革方案，充分激發(fā)食品類專業(yè)學(xué)生追求知識、提升能力及探索未知的動力，為經(jīng)濟建設(shè)、社會進步及國家發(fā)展培育具有扎實基礎(chǔ)理論、熟練實驗操作技能和獨立思考能力的創(chuàng)新型人才。

1 “食品化學(xué)實驗”教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性

“食品化學(xué)”課程是食品科學(xué)學(xué)科中發(fā)展較快的領(lǐng)域，在教學(xué)中占據(jù)重要地位[2]?！笆称坊瘜W(xué)實驗”教學(xué)是檢驗學(xué)生理論學(xué)習(xí)成效和錘煉學(xué)生實踐能力的重要途徑，更是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)[3]。在食品類專業(yè)中，開展食品化學(xué)實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，“食品化學(xué)實驗”教學(xué)可提升學(xué)生觀察和探索能力。在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中，觀察與探索均不可或缺。學(xué)生通過仔細觀察教師的示范，可以清晰地了解實驗的基本操作及注意事項，并對實驗涉及到的各類材料的特征予以清楚把握[4]；在具體實驗過程中，學(xué)生在明確實驗?zāi)康募安僮髦攸c的基礎(chǔ)上，認真對待實驗課程學(xué)習(xí)并細致觀察實驗過程的每一個細節(jié)，全面觀察實驗對象，利于培養(yǎng)和提升學(xué)生觀察能力，形成嚴謹、細致的良好實驗習(xí)慣。例如，實驗涉及材料的顏色、形態(tài)、氣味、特性等都需要經(jīng)過學(xué)生的仔細觀察才能夠進行有效識別。同時，實驗過程也是探究的過程。通過參加具體實驗活動，對“食品化學(xué)”中涉及的物質(zhì)組成、性質(zhì)及物質(zhì)變化等進行探究，利用增強學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)新意識。學(xué)生在仔細觀察的基礎(chǔ)上，遵循實驗操作過程、做好實驗相關(guān)記錄，在完成實驗的過程中錘煉自身的操作能力、實驗?zāi)芰?、觀察能力及探究能力，幫助學(xué)生從感性認識上升到理性高度。

第二，利于促進學(xué)生思維拓展，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的思維方法。在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中，通過引導(dǎo)學(xué)生在積極思維活動的基礎(chǔ)上，由淺及深地挖掘?qū)嶒灛F(xiàn)象所反映出的本質(zhì)，形成對實驗內(nèi)容的全面認識，引導(dǎo)學(xué)生從表面現(xiàn)象去挖掘內(nèi)在本質(zhì)，從感性認知逐步上升為理性認識。學(xué)生通過參與其中，可較好地鍛煉思維，從成功中積累經(jīng)驗，從教訓(xùn)中反思不足，逐步掌握科學(xué)的思維方法。例如，在食品化學(xué)實驗中的“紅薯/馬鈴薯/黃地瓜中淀粉含量測定（碘量法）”中，學(xué)生通過認真觀察和實驗，記錄現(xiàn)象，并回答教師提問，在學(xué)生之間，師生之間相互點評、補充的基礎(chǔ)上，增強對知識的理解，在此過程中學(xué)生觀察能力、探究能力、獨立思考均會得到顯著提升。

第三，“食品化學(xué)實驗”利于培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的意識和能力。在實驗教學(xué)過程中，學(xué)生通過組成學(xué)習(xí)小組，在彼此明確分工合作的前提下，充分地發(fā)揮集體智慧，實現(xiàn)彼此之間優(yōu)勢互補與彼此協(xié)作，完成實驗活動，不僅利于提升實驗效率，促進實驗創(chuàng)新，更能夠在相互交流學(xué)習(xí)的過程中實現(xiàn)學(xué)生個體的全面發(fā)展。同時，合作學(xué)習(xí)也利于提升學(xué)生解決問題的能力。各學(xué)習(xí)小組成員通過圍繞實驗項目任務(wù)依據(jù)各自能力進行合理分工，分別負責(zé)實驗活動的不同板塊，圍繞實驗過程中遇到的實際問題進行共同討論和分析，最終探索解決實驗中遇到實際問題的具體方案，確保實驗活動有序開展。在此過程中，學(xué)生合作學(xué)習(xí)意識及合作學(xué)習(xí)能力均會得到提升。

總之，通過科學(xué)有序地開展“食品化學(xué)實驗”教學(xué)，可以實現(xiàn)理論知識與實驗實踐的緊密結(jié)合，輔助學(xué)生借助實驗驗證理論知識，在反復(fù)實驗的過程中探索新思路、凝練新觀點[5]，形成新的實驗成果，能夠在強化學(xué)生實驗基本技能的基礎(chǔ)上，增強學(xué)生的科研探索意識和創(chuàng)新實踐能力，對于培育應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才具有重要意義。

2 “食品化學(xué)實驗”教學(xué)中存在的突出問題

“食品化學(xué)實驗”教學(xué)是“食品化學(xué)”課程教學(xué)的重要構(gòu)成部分。近年來，隨著教育理念的轉(zhuǎn)變以及教學(xué)方法的創(chuàng)新，“食品化學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量不斷提升，在培育應(yīng)用型、創(chuàng)新型食品專業(yè)人才中發(fā)揮重要作用。同時，隨著行業(yè)發(fā)展對人才能力要求的不斷提升，現(xiàn)有食品化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)存在的不足逐漸凸顯出來，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，實驗內(nèi)容安排不合理，設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗較少。實驗教學(xué)項目安排需要綜合考慮課程教學(xué)目標和學(xué)生綜合素質(zhì)培育要求，應(yīng)當突出設(shè)計性實驗、創(chuàng)新性實驗及綜合性實驗的設(shè)計?！笆称坊瘜W(xué)實驗”教學(xué)中主要以演示驗證性實驗為主要實驗項目，而與學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合能力密切相關(guān)的綜合性實驗、設(shè)計性實驗、創(chuàng)新性實驗整體較少。演示驗證性實驗在傳統(tǒng)教學(xué)中較為多見，是為驗證某種認識或假說是否正確而進行的一項實驗。顯然驗證性實驗是證明已知結(jié)論，而設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗則不同，大多具備一定探究性特征，要通過實驗結(jié)果來驗證實驗假設(shè)的正確性。

第二，教學(xué)方法運用缺乏靈活性，教育與技術(shù)的融合優(yōu)勢尚未充分體現(xiàn)。目前，在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中采用的教學(xué)方法相對單一，即灌輸式教學(xué)，由教師準備實驗器材、材料、試劑等，在講解實驗?zāi)康?、基本原理、注意事項及操作步驟的基礎(chǔ)上，安排學(xué)生獨立依據(jù)示范完成實驗過程。教學(xué)中采用這種教學(xué)方法，學(xué)生被動接受知識、機械性的進行實驗操作，缺乏主動思考、探索的過程。但是，在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中，教育與技術(shù)的融合優(yōu)勢尚未得到體現(xiàn)。

第三，實驗教學(xué)團隊建設(shè)滯后，影響“食品化學(xué)實驗”教學(xué)實效。實驗教學(xué)團隊是實驗教學(xué)活動高效率、高質(zhì)量開展的重要保障。為有效地培養(yǎng)和提升學(xué)生創(chuàng)新能力，教師在開展“食品化學(xué)實驗”教學(xué)時，必須配備科研水平高、實驗經(jīng)驗豐富的教師團隊。同時，要求實驗教師能夠通過教學(xué)活動帶動實驗活動，借助科學(xué)實驗，在突出學(xué)生主體地位的基礎(chǔ)上，有序開展實驗教學(xué)，才能確保實驗教學(xué)質(zhì)量。結(jié)合目前“食品化學(xué)實驗”教學(xué)現(xiàn)狀可看出，在教學(xué)團隊建設(shè)層面存在的問題主要體現(xiàn)在：一是教學(xué)理念尚未充分轉(zhuǎn)換，學(xué)生的主體地位不夠突出，實踐教學(xué)內(nèi)容安排及教學(xué)方式組織中以教師為主導(dǎo)，學(xué)生積極性、主動性不足；二是部分教師自身科研能力或?qū)嶒災(zāi)芰ι写媲啡?，無法真正地給予學(xué)生足夠?qū)I(yè)的指導(dǎo)，影響實踐教學(xué)的實際效果。此外，教師隊伍身兼多門課程教學(xué)任務(wù)是影響實驗教學(xué)實效性的重要因素。

第四，實驗教學(xué)考核體系有待優(yōu)化。教學(xué)考核是衡量教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中，通過合理的考核方式可以反饋出學(xué)生個體對實驗內(nèi)容、實驗操作等的掌握情況。目前，在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)考核過程中，主要以學(xué)生完成的實驗報告及獲得的實驗數(shù)據(jù)等進行評定，考核評價方式較為單一。同時，評價標準較為單一，主要以學(xué)生對實驗的熟練程度、實驗報告等進行評價。通過這種單一的方式無法全面而準確地考核學(xué)生實驗課程學(xué)習(xí)的成效、綜合能力與創(chuàng)新能力等提升情況等。此外，教師在進行評價時，受自身主觀觀念影響較大，很難真實反映出學(xué)生的實驗技能水平，更無法持續(xù)調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 創(chuàng)新能力培養(yǎng)視角下“食品化學(xué)實驗”教學(xué)模式的開展策略

在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中，以創(chuàng)新能力培育為目標，應(yīng)突出學(xué)生主體地位，探索新的教學(xué)方法，形成科研與教學(xué)相長教學(xué)模式。為有效地提升食品類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力，在開展“食品化學(xué)實驗”教學(xué)過程中，應(yīng)著力從以下幾個方面優(yōu)化教學(xué)模式，具體如下。

3.1 合理優(yōu)化“食品化學(xué)實驗”內(nèi)容，適度增加“三性”實驗比例

“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中，通過合理安排實驗項目有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，利于學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培育。在優(yōu)化“食品化學(xué)實驗”內(nèi)容時，應(yīng)當適度增加綜合設(shè)計型、創(chuàng)新型實驗項目。這種實驗項目有別于傳統(tǒng)演示驗證性實驗項目，是發(fā)揮學(xué)生主體作用，由學(xué)生自主提出實驗項目，并在教師合理引導(dǎo)下獨立完成實驗項目的全部過程，并對實驗結(jié)果予以總結(jié)和匯報。在這類實驗中，學(xué)生需要獨立收集實驗相關(guān)資料，獨立準備實驗所需的儀器、材料、試劑等。在具體實驗項目中，學(xué)生可通過成立“課題組”的方式，在明確分工的基礎(chǔ)上，通過有效協(xié)作最終確保高質(zhì)量完成實驗項目。不同模塊實驗項目的安排對應(yīng)學(xué)生不同能力的培養(yǎng)。而通過多種類型實驗內(nèi)容的有效組織安排，形成理論教學(xué)與實驗教學(xué)緊密結(jié)合，實驗教學(xué)與科研緊密結(jié)合的教學(xué)模式，將會有效地提升學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力以及科研能力。其中，在基礎(chǔ)實驗環(huán)節(jié)中，可安排“食品中水分活度的測定”“美拉德反應(yīng)”“油脂品質(zhì)檢測”“蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的測定”等實驗項目。而在綜合設(shè)計型實驗中，則可“維E 在油脂中的抗氧化作用”“果蔬中的維C 在熱加工中的變化”“pH 值對明膠凝膠形成的影響”等實驗項目，目的在于培育學(xué)生運用所學(xué)知識進行實踐的能力，引導(dǎo)學(xué)生形成良好的實驗習(xí)慣，提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力。在創(chuàng)新性實驗內(nèi)容安排時，可由學(xué)生自主設(shè)計，如“柑橘皮天然果膠的提取及果醬的制備”“不同面粉和油的種類對餅干特性的影響”“糖的種類對糖果制作的影響”等實驗[6]。總之，通過綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗與基礎(chǔ)實驗的合理安排，可促進學(xué)生實驗基本能力、綜合能力及創(chuàng)新能力的全面提升。

3.2 創(chuàng)新“食品化學(xué)實驗”教學(xué)方法，提升“食品化學(xué)實驗”教學(xué)實效

教學(xué)方法是影響教學(xué)實效的關(guān)鍵因素。在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中，教師應(yīng)充分結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標，靈活選擇教學(xué)方法，在突出學(xué)生主體地位的基礎(chǔ)上，充分利用各類教育資源，實現(xiàn)教學(xué)實效的有效提升。目前，“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中采用的教學(xué)方法較多，將混合式教學(xué)法與PBL 教學(xué)法有機結(jié)合，其中PBL 教學(xué)法是一種以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，而混合式教學(xué)法則是融合線上教學(xué)與線下教學(xué)優(yōu)勢新型教學(xué)方法。在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中，通過二者的有機結(jié)合，可有效提升教學(xué)成效，具體如下。

第一，基于在線學(xué)習(xí)平臺的線上教學(xué)。隨著教育信息化建設(shè)進程的推進，包括混合式教學(xué)法、多媒體教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法等新興教學(xué)法在各專業(yè)課程教學(xué)中逐步得到推廣應(yīng)用，在培育和提升學(xué)生理論素養(yǎng)、專業(yè)能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣等方面發(fā)揮了重要的作用。教師通過結(jié)合食品化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標，設(shè)計和制作線上教學(xué)資源、課程教案、典型實驗案例等，將這些優(yōu)質(zhì)資源上傳到在線教學(xué)平臺，并向?qū)W生布置“食品化學(xué)實驗”教學(xué)線上學(xué)習(xí)任務(wù)，由學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)習(xí)慣，自主完成課前線上學(xué)習(xí)內(nèi)容，對實驗教學(xué)內(nèi)容有基本的認知，并總結(jié)自主學(xué)習(xí)過程中遇到的實際問題，通過師生交流互動或課堂集中釋疑來獲得解決。同時，基于在線學(xué)習(xí)平臺可方便學(xué)生及時記錄獨立學(xué)習(xí)、實驗過程中的各項數(shù)據(jù)，為學(xué)生解決實驗中遇到的問題提供多樣化的解決途徑。例如，在講述實驗涉及的原理、實驗操作流程等一系列內(nèi)容時，可借助Flash 動畫的方式，也可借助慕課資源等，形象化、生動化的展現(xiàn)出相對抽象的理論和相對復(fù)雜的操作流程，為學(xué)生營造出更加逼真的學(xué)習(xí)情境，對于增進學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容理解和提升學(xué)生的掌握效率都具有重要的意義。

第二，基于PBL 教學(xué)法在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中的應(yīng)用。PBL 教學(xué)要求以學(xué)生為中心，通過引入一系列富有啟發(fā)性、吸引性的問題，引導(dǎo)學(xué)生主動思考和探索，通過設(shè)計具體實驗項目探索問題的解決方案。這種教學(xué)法的優(yōu)勢在于可以充分調(diào)動學(xué)生的積極性，營造良好的課堂氛圍，獲得較好的教學(xué)效果。教師要充分結(jié)合“食品化學(xué)實驗”教學(xué)目標和學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求，合理地設(shè)計符合課程內(nèi)容且與生活緊密相關(guān)的問題，依據(jù)循序漸進的原則引導(dǎo)學(xué)生逐步思考。在合理設(shè)計問題的基礎(chǔ)上，應(yīng)把握提問的時機，一方面要兼顧理論學(xué)習(xí)與實驗教學(xué)的緊密關(guān)聯(lián)；另一方面應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對問題進行多角度深入探討，在保持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗探索答案。同時，在小組學(xué)生緊密結(jié)合，嘗試探索的過程中，可充分突出學(xué)生主體地位，賦予學(xué)生更好的學(xué)習(xí)體驗，更利于學(xué)生掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法測定不同食用油中脂肪酸含量的實驗見圖1。

圖1 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法測定不同食用油中脂肪酸含量的實驗

總之，通過線上教學(xué)與線下教學(xué)的緊密結(jié)合，多角度、多層面培養(yǎng)和提升學(xué)生的能力。學(xué)生在對上述問題進行思考的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)積極性得到充分的調(diào)動。教師在此基礎(chǔ)上逐步引導(dǎo)學(xué)生深入思考，主動地掌握問題的本質(zhì)。對于學(xué)生理解“食品化學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容，進而掌握自主設(shè)計和實施實驗方法，對于學(xué)生個體知識鞏固和能力提升可以達到事半功倍的效果。

3.3 優(yōu)化和改革食品化學(xué)實驗教學(xué)評價模式

考核評價環(huán)節(jié)是反饋學(xué)生學(xué)習(xí)成效和教學(xué)效果的重要途徑。通過采用科學(xué)合理的考核評價方法可以形成對學(xué)生學(xué)習(xí)的正向引導(dǎo)，幫助學(xué)生清晰地了解自身學(xué)習(xí)情況，幫助教師及時了解教學(xué)方法應(yīng)用過程中獲得的經(jīng)驗和存在的不足，促進教學(xué)模式的進一步優(yōu)化。具體而言，應(yīng)從以下幾個方面予以優(yōu)化。

第一，樹立全過程評價的理念?！笆称坊瘜W(xué)實驗”課程教學(xué)具備較強的操作性，除了培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能、實驗?zāi)芰ν?，還側(cè)重對學(xué)生個體的科研思維、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力等培養(yǎng)。這種情況下，傳統(tǒng)較為單一的評價方式顯然不適用。因此，應(yīng)當充分結(jié)合食品化學(xué)實驗教學(xué)的特征，覆蓋實驗教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)（實驗設(shè)計、實驗操作、解決問題、團隊協(xié)作）構(gòu)建起全過程、全方位的課程教學(xué)評價方式，從課堂互動、隨堂測試、團隊協(xié)作、出勤、階段性測試等均納入到評價體系之中，從不同地角度全面地反饋出學(xué)生個體能力的提升情況，也可以進一步增強學(xué)生學(xué)習(xí)自信心，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)習(xí)慣。

第二，優(yōu)化不同考核模塊在考核結(jié)果中的占比，促進評價方式的科學(xué)化、合理化?！笆称坊瘜W(xué)實驗”教學(xué)評價由實驗態(tài)度、實際操作、團隊合作、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、實驗結(jié)果及實驗報告等部分構(gòu)成，其數(shù)據(jù)關(guān)系為“實驗態(tài)度10%+實際操作25%+團隊合作5% +數(shù)據(jù)記錄10% +數(shù)據(jù)處理20% +實驗結(jié)果20% +實驗報告10%=100%”。

不同考核模塊在考核結(jié)果中的占比見圖2。

圖2 不同考核模塊在考核結(jié)果中的占比

總之，通過優(yōu)化各模塊占比，引導(dǎo)學(xué)生正確認識該課程的重要性及課程教學(xué)的重要內(nèi)容，增強學(xué)生實驗課程學(xué)習(xí)的目的性，更利于取得良好的實際學(xué)習(xí)效果。同時，通過合理的考核方式可以客觀地反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注和重視實驗課程學(xué)習(xí)，也利于培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心、合作意識，對學(xué)生未來工作、科研等具有重要的意義。

4 結(jié)語

總之，高校在“食品化學(xué)實驗”教學(xué)中，應(yīng)當高度重視大學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新素質(zhì)及創(chuàng)新能力的協(xié)同培養(yǎng)，以創(chuàng)新能力培育為目標，應(yīng)突出學(xué)生主體地位，從優(yōu)化實驗項目內(nèi)容設(shè)置、探索新的教學(xué)方法及優(yōu)化實驗教學(xué)評價方式等多個方面入手，推進“食品化學(xué)實驗”教學(xué)模式的變革與創(chuàng)新，進而形成科研與教學(xué)相長教學(xué)模式，促進學(xué)生專業(yè)能力、創(chuàng)新能力的不斷提升，為行業(yè)發(fā)展、國家建設(shè)培育高素質(zhì)、高水平的創(chuàng)新型人才。