食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制創(chuàng)新研究

食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制創(chuàng)新研究

食品化學(xué)是高等院校食品科學(xué)與工程專業(yè)、食品質(zhì)量與安全專業(yè)本科學(xué)生以及研究生的專業(yè)必修課[1-2]，要求學(xué)生掌握食品中主要組成成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、在食品加工和貯藏過程中發(fā)生的主要化學(xué)變化以及這些化學(xué)變化對(duì)食品質(zhì)量與安全的影響[3]。食品化學(xué)是食品科學(xué)學(xué)科的基石之一，它從分子水平上揭示了在食品加工和貯藏中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的機(jī)制和控制措施，成為食品科學(xué)學(xué)科中發(fā)展較快的一個(gè)領(lǐng)域，引起了科研人員的高度關(guān)注[4]。作為食品科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，食品化學(xué)的教學(xué)在本科和研究生教學(xué)中占有非常重要的地位，教學(xué)方法和效果對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)、創(chuàng)新能力以及解決問題的能力產(chǎn)生直接的影響。食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)是集綜合性和技術(shù)性一體的實(shí)驗(yàn)課程，是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。

一、食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)現(xiàn)狀

目前，食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)通常是指定幾個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如，柑橘皮中果膠的提取、牛奶中乳糖和酪蛋白的分離提取、果蔬中多酚氧化酶活性的測(cè)定、卵磷脂的提取和鑒定等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)員提前將所需要的試劑配制好，實(shí)驗(yàn)器皿擺放到位，將學(xué)生分為兩人或四人的若干實(shí)驗(yàn)小組。教學(xué)組織形式通常是教師詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟等，學(xué)生根據(jù)教師的講解，按照實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，最后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。雖然這種模式對(duì)于提高學(xué)生的基本技能和加深學(xué)生對(duì)基本理論的理解有一定的益處，但存在的問題也比較突出，如學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高、學(xué)習(xí)興趣不濃[5]。在教學(xué)中，還發(fā)現(xiàn)學(xué)生相互抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象較普遍，有少部分學(xué)生抱著應(yīng)付態(tài)度寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)教學(xué)內(nèi)容不進(jìn)行深入思考和應(yīng)用。這種教學(xué)形式和方法在一定程度上限制了學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和教學(xué)模式的改革，對(duì)于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)起到推動(dòng)作用[6]。

二、食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式的改革

食品化學(xué)教學(xué)方法的改革

以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法較為刻板，壓抑了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，因此，改革目前食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式迫在眉睫。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)具有主動(dòng)性、開放性、研究性等特點(diǎn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的開拓創(chuàng)新和鉆研精神，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最高層次，也是教學(xué)方式和方法改革的必然趨勢(shì)[7-8]105-106。本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革分別以食品科學(xué)與工程專業(yè)2007級(jí)兩個(gè)班、2008級(jí)3個(gè)班、2009級(jí)三個(gè)班為試點(diǎn)，以食品化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為著入點(diǎn)，對(duì)食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式進(jìn)行改革，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用，教師主要起啟發(fā)引導(dǎo)作用。具體過程如下：

1.合理選擇設(shè)計(jì)題目，確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

授課老師布置設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的范圍，主要涉及食品化學(xué)中的重要內(nèi)容，如美拉德褐變、蛋白質(zhì)功能性制、脂類氧化反應(yīng)以及天然色素的穩(wěn)定性等，學(xué)生自行組成4-5人的設(shè)計(jì)小組，并指定責(zé)任心較強(qiáng)的同學(xué)為組長(zhǎng)，根據(jù)小組成員的興趣，選擇設(shè)計(jì)題目。在2009年第一次進(jìn)行食品化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，沒有給學(xué)生指定設(shè)計(jì)的范圍，只是要求將所學(xué)的食品化學(xué)內(nèi)容涵蓋在內(nèi)，最后學(xué)生確定的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：焦糖色素的形成和美拉德反應(yīng)程度、β-胡蘿卜色素、番茄紅素等天然色素的提取分離和性質(zhì)分析、淀粉糖漿的制備、蛋白質(zhì)功能性質(zhì)、可溶性淀粉的制備、石榴提取物對(duì)油脂的抗氧化活性等方面。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案實(shí)施中以及從學(xué)生反饋的調(diào)查問卷結(jié)果來看，如果不給學(xué)生指定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的范圍，由于學(xué)生的思維活躍、興趣廣泛，確定實(shí)驗(yàn)題目具有一定的盲目性，為此，在2010年和2011年教學(xué)改革中，明確設(shè)計(jì)范圍為天然色素的提取、分離和理化性質(zhì)、蛋白質(zhì)功能性質(zhì)、脂類抗氧化活性和非酶褐變反應(yīng)，這些內(nèi)容均為食品化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，通過對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和理解，如有一組學(xué)生設(shè)計(jì)的是紫茄子皮色素的提取及理化性質(zhì)分析，通過試驗(yàn)，學(xué)生對(duì)花色苷的酸堿穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、金屬離子的作用、氧化劑和還原劑對(duì)花色苷的影響等內(nèi)容有了較清楚的認(rèn)識(shí)和理解。

2.查閱文獻(xiàn)，制定設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)小組查閱與題目相關(guān)的文獻(xiàn)，然后進(jìn)行小組討論，制定較為詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案并提交任課教師。教師對(duì)每組的實(shí)驗(yàn)方案修改3-4次，解決學(xué)生設(shè)計(jì)中存在的問題，和學(xué)生展開熱烈的討論，最終確定一個(gè)可行性和可操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方案。在此過程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何查閱文獻(xiàn)，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，了解進(jìn)行科學(xué)研究的基本思路，并且在和教師的討論以及方案的反復(fù)修改中，加強(qiáng)了師生間的交流，初步建立了進(jìn)行科研工作的基本素養(yǎng)。

3.設(shè)計(jì)方案的實(shí)施

在實(shí)驗(yàn)教師的協(xié)調(diào)下，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，自己配制試劑、處理樣品，進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)小組可以和實(shí)驗(yàn)室管理人員預(yù)約，隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)施設(shè)計(jì)方案，完成實(shí)驗(yàn)方案。指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)給予指導(dǎo)和分析，解決出現(xiàn)的問題。

4.撰寫報(bào)告和個(gè)人總結(jié)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成后，要求實(shí)驗(yàn)小組按照一定的規(guī)范撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由于小組成員有明確的分工，還要求學(xué)生將自己負(fù)責(zé)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫一份報(bào)告，成績(jī)核定時(shí)按照設(shè)計(jì)報(bào)告和個(gè)人報(bào)告兩部分計(jì)算。在實(shí)施改革的過程中，也應(yīng)注意幾個(gè)問題：第一，根據(jù)目前的教學(xué)大綱，食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)有限，因此，要合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，精選設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，內(nèi)容即有一定的難度和綜合性，又要避免學(xué)生一味追求新意，好高騖遠(yuǎn)。積極鼓勵(lì)學(xué)生充分運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出具有可行性和操作性的實(shí)驗(yàn)方案。第二，教師應(yīng)具有高度的責(zé)任心和足夠的耐心。由于學(xué)生查閱文獻(xiàn)能力、綜合理解能力均有限，但他們興趣廣泛、思維活躍，設(shè)計(jì)的內(nèi)容各有特色，這對(duì)指導(dǎo)教師提出了更高的要求。教師更要具有高度的責(zé)任心和耐心，悉心解惑答疑，既尊重學(xué)生的設(shè)計(jì)方案，又能在此基礎(chǔ)上加以完善。面對(duì)一份看似“幼稚”的實(shí)驗(yàn)方案，教師應(yīng)該用自己淵博的知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、深厚的學(xué)術(shù)造詣為學(xué)生點(diǎn)燃一盞明燈，啟發(fā)他們追究和探索新知識(shí)的精神。第三，從多角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核。對(duì)學(xué)生完成的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考核，除了對(duì)方案設(shè)計(jì)、實(shí)施、總結(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)外，還應(yīng)挑選實(shí)施和結(jié)果較好的小組以多媒體形式進(jìn)行匯報(bào)，匯報(bào)過程也是一個(gè)很好的交流學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有滿足感，有助于提升他們對(duì)于科學(xué)的追求和創(chuàng)新。總的看來，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，學(xué)生表現(xiàn)出了濃厚的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。此外，教師和學(xué)生之間的交流及互動(dòng)明顯增強(qiáng)，在設(shè)計(jì)方案的反復(fù)修改中，對(duì)學(xué)生的科研素養(yǎng)也是一種重要的培養(yǎng)途徑；學(xué)生查閱文獻(xiàn)能力、分析問題和解決問題的綜合能力、實(shí)驗(yàn)操作技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神得以展現(xiàn)和提高。

加大實(shí)驗(yàn)室開放的力度

以往的食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)是單個(gè)項(xiàng)目，在教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教師將所需要的實(shí)驗(yàn)器皿和試劑提前擺放在學(xué)生的桌面，學(xué)生只需要在規(guī)定的時(shí)間和地點(diǎn)完成試驗(yàn)，這樣學(xué)生無法參與實(shí)驗(yàn)室的管理、實(shí)驗(yàn)儀器的選擇、使用以及試劑的配制。如果學(xué)生能夠主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)室的管理、擁有獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)的空間，讓實(shí)驗(yàn)室真正成為培養(yǎng)食品科學(xué)專業(yè)創(chuàng)新性人才的園地，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、綜合素質(zhì)提高具有重要的意義。在本次食品化學(xué)試驗(yàn)教學(xué)模式改革中，加大實(shí)驗(yàn)室開放力度主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，在食品化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，先讓學(xué)生充分了解實(shí)驗(yàn)室具有的條件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，確定分析方法，避免學(xué)生盲目設(shè)計(jì)，過于求新標(biāo)異。第二，不固定實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間。學(xué)生在確定設(shè)計(jì)方案后，隨時(shí)可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)。在做實(shí)驗(yàn)的過程中，每個(gè)小組組長(zhǎng)負(fù)責(zé)安排本組實(shí)驗(yàn)試劑和器皿借還、實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生清潔、廢液處理、水電氣安全，給學(xué)生營(yíng)造了一個(gè)相對(duì)自由、自我發(fā)展和自我創(chuàng)造的空間。第三，實(shí)驗(yàn)試劑配制和管理。盡管學(xué)生在理論上學(xué)習(xí)了有關(guān)化學(xué)試劑的純度級(jí)別、配制方法，但在實(shí)驗(yàn)中自己配制試劑的機(jī)會(huì)較少，出現(xiàn)了部分學(xué)生不會(huì)配制試劑的現(xiàn)象。在本次食品化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，要求實(shí)驗(yàn)小組提供所需要的化學(xué)試劑純度級(jí)別、包裝規(guī)格，所有試劑自己配制和保存。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不正確或不規(guī)范的操作及時(shí)給予糾正，如用玻璃塞瓶保存氫氧化鈉溶液、移液管、容量瓶等使用，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)室素養(yǎng)。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，開放的實(shí)驗(yàn)室是順利實(shí)施設(shè)計(jì)方案的前提，沒有開放的實(shí)驗(yàn)室，就無法保證良好的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[8]107。但在實(shí)驗(yàn)室開放中，應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)室安全，包括危險(xiǎn)品管理、水電暖和人員安全；指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)教師高度配合，在力所能及的條件下，保證為學(xué)生提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，應(yīng)制訂相關(guān)的政策，對(duì)人員安排、試劑、儀器管理和使用都應(yīng)該有明確的規(guī)定，避免出現(xiàn)一些問題。三、教學(xué)改革的效果針對(duì)本次的食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了調(diào)查問卷，收集學(xué)生的意見和建議，以更好地研究教學(xué)中出現(xiàn)的問題，不斷改進(jìn)。從收回的204份調(diào)查問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果中看出，%的學(xué)生認(rèn)為有必要進(jìn)行食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革；%的學(xué)生認(rèn)為通過查閱資料和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，豐富和鞏固了所學(xué)知識(shí)，調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的興趣和積極性以及提高了收集信息和提出意見的信心；%的學(xué)生認(rèn)為提高了實(shí)踐知識(shí)的學(xué)習(xí)效率，%的學(xué)生認(rèn)為通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了自己學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；%的學(xué)生認(rèn)為通過本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了所學(xué)知識(shí)的聯(lián)系和應(yīng)用；%的學(xué)生認(rèn)為食品化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)對(duì)所學(xué)知識(shí)具有了更深刻的印象；%的學(xué)生認(rèn)為本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革更好地提高了動(dòng)手能力；%的學(xué)生認(rèn)為通過食品化學(xué)設(shè)計(jì)性試驗(yàn)的教學(xué)增強(qiáng)了和同學(xué)之間交流，提高了科技論文的寫作水平。在連續(xù)三年的食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革中，盡管只有部分班級(jí)參與，但我們確實(shí)看到學(xué)生的創(chuàng)新思維、學(xué)習(xí)能動(dòng)性、學(xué)習(xí)興趣都有所提高。

四、制約食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的因素

在實(shí)際教學(xué)工作中，制約食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的因素主要有以下幾個(gè)方面：

實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)的層次性不夠

我校食品化學(xué)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為16學(xué)時(shí)，而在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中學(xué)生從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、制定方案、確定方案到實(shí)施實(shí)驗(yàn)，所需要的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過16學(xué)時(shí)。對(duì)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)，但由于實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少，無法使各個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)都能夠開展。國(guó)外高校的食品化學(xué)教學(xué)占有相當(dāng)大的比重，尤其重視食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。筆者曾在美國(guó)康奈爾大學(xué)食品科學(xué)系進(jìn)修一年，該校食品科學(xué)專業(yè)食品化學(xué)課程上三個(gè)學(xué)期，其中食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)上一個(gè)學(xué)期，作為獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)，教學(xué)內(nèi)容更為全面，與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系更為緊密，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備老化陳舊

食品化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備較為陳舊和落后，如實(shí)驗(yàn)室內(nèi)只有可見分光光度計(jì)，而實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中涉及到的紫外-可見光區(qū)的掃描和測(cè)定無法進(jìn)行。此外，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中缺乏一些重要的儀器，如冷凍離心機(jī)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀等，造成設(shè)計(jì)方案中的一些操作無法進(jìn)行。這在一定程度上降低了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的研究性質(zhì)。學(xué)校對(duì)于科研平臺(tái)的建設(shè)加大了力度，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的硬件建設(shè)相對(duì)薄弱，若在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，能夠利用現(xiàn)有科研平臺(tái)中的設(shè)備和儀器，將大大提升食品化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足

若要開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成本和經(jīng)費(fèi)開支必然加大。實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)短缺，在一定程度上限制了需要一些昂貴試劑的實(shí)驗(yàn)將無法開展。如