基于项目教学法的“食品物性学”教学改革与实践

赵 珂，张 菡

“食品物性学”是食品科学与工程学科的一门重要专业基础课[1]，主要研究食品和食品原料在加工、流通和使用过程中的物理性质和工程特性，包括形态特征、力学特性、流变特性、质构、热物性、电特性和光学特性等主要内容[2]。食品的来源丰富，其组成和结构复杂，因此食品物性学研究的内容十分广泛：一方面，食品物性学涉及不同食品及其不同状态，相关的基础知识点多而分散，需要构建有效的知识结构体系；另一方面，食品物性学是一门涵盖多学科的综合应用学科，需要学生将抽象理论转化到解决实际问题上来，这就需要大量的实践锻炼。然而，目前“食品物性学”教学的过程中，基础知识体系的构建不够完善，实验课程安排内容简单，与课堂教学内容连贯性欠佳，从而使得学生在学习“食品物性学”的过程中学习难度大、学习兴趣不高等问题凸显。

项目教学法是一种以“任务驱动”和学生自主探索为主要形式的教学方法[3]，其特点符合现代高等学校教学改革中所倡导的以学生为主体的教学理念。已有学者将项目教学法在“发酵工程”和研究生“食品物性学”教学实践中进行尝试并取得了显著的教学效果[3-4]，目前尚未见项目教学法在本科“食品物性学”中的实践报道。因此，课程组教师通过教学研究与实践，将实验教学整合为项目，并将其与课堂教学进行融合贯通，充分运用项目教学法的理念对“食品物性学”课程教学进行改革，并在教学方法和教学手段上不断探索总结，形成了特色鲜明的教学体系，为教学质量提高提供了保障。

1 教学体系与内容结构

经过多年的教学探索与实践，该课程形成了“理论教学+实验项目+汇报总结”三结合的教学体系。旨在提高学生主动学习、独立思考、发现问题、解决问题、实践操作技能等能力，强化学生的团队合作意识，引导学生将抽象的食品物性学理论知识运用到解决实际问题中来，从而达到该课程掌握食品物性学的基础理论知识和实际应用能力的主要目的。

“食品物性学”教学体系与内容结构见图1。

图1 “食品物性学”教学体系与内容结构

2 教学改革与实践

2.1 实验项目的选择与设计

根据以往“食品物性学”实验课程安排，课程主要包括以下8个独立的实验内容：①粉末状食品颗粒度测定；②面粉和面团流变学特性测定；③食品的黏弹性和黏度测定；④食品的质构分析；⑤差示扫描量热仪测定食品比热容；⑥食品原料的静电分离；⑦食品的颜色测定；⑧食品近红外成分测定。这些实验内容涵盖了“食品物性学”课堂教学内容的主要章节和知识点，包括食品的力学特性、质构特性、热学特性、电学特性和光学特性，实验内容安排比较合理。但是，在顺序上与食品物性学理论教学内容完全匹配的实验设计，虽然能加深并拓展学生对课堂内容的理解和应用，但是各实验之间相对独立，不能使学生在学习过程中有效地将知识点融汇贯通进而构建有序的知识框架。

因此，课程在深入分析和总结实验和教材内容的基础上，将已有的8个实验内容整合到2个综合实验项目中：①小麦面粉、面团、面糊和饼干的物性测定和比较；②杂粮分类、近红外成分测定和热导率/比热容测算。这2个项目以面粉和杂粮2种实体食品原料为载体，一方面涵盖了教学和试验内容的要点，另一方面将实验内容通过面粉的加工过程和杂粮的筛选测定两条主线有机的串联起来。在模拟食品加工和生产实践的实验项目中，实验过程条理清晰主次分明，可促进学生将理论教学内容重新梳理整合和升华，真正达到学以致用的教学目标。

2.2 理论教学模块划分与教学模式

课程采用李云飞主编的第二版《食品物性学》教材，该教材包括10个章节的内容，分别是绪论、食品的主要形态与物理性质、黏性食品的流变特性、黏弹性食品的流变特性、食品质构、颗粒食品的物理特征与流动特性、食品热物性、食品的电特性、食品的光学性质和物性分析与微观成像技术[2]。依据对知识点间的逻辑关系梳理和易于学生学习理解，重新将理论教学内容整理组合为以下6部分：①食品的主要形态特性；②食品物料的力学特性；③食品物料的质构特性；④食品物料的热学特性；⑤食品物料的电学特性；⑥食品物料的光学特性。其中，食品的主要形态特征部分包含了教材中食品的主要形态和颗粒食品物理特征；食品物料的力学特性包含了微观结构与作用力、流变特性和颗粒食品的流动特性内容；而原教材中物性分析与微观成像技术的内容则分散在不同章节的实际应用部分穿插讲述；其他内容与原教材一致。

2.3 项目教学的实施与考核

开课后，首先向学生详细介绍课程的主要内容、学习目标和重要性，并对基于项目教学法的教学方式进行解释和介绍，让学生对课程和教学有全局性的认识，为教学改革的顺利实施打好基础。项目教学的实施一般可分为3个阶段，包括项目设计、项目实施和项目评价。在“食品物性学”的教学过程中，将项目设计贯穿在课堂教学过程中，在课堂知识点讲授时通过启发和引导的方式，鼓励学生边学习边思考，逐渐向两个大的实验项目中补充详细的实验设计；项目实施安排在课堂教学完成之后，集中4周时间在开放实验室完成实验项目，撰写实验报告；项目评价作为课程考核的重要组成部分，以口头汇报和答辩的形式进行，教师点评总结。具体实施过程如下。

2.3.1 课堂教学改革和项目设计

课堂教学是一种师生双边参与的动态变化过程，引导学生自主学习是课堂教学评价的一个主要因素[5]，以“归还课堂给学生，做好学生与知识间的桥梁”为主导思想，充分考虑学生作为主体的学习态度、理解能力、学习兴趣和学习积极性等方面的因素。课程主要以多媒体课件形式授课，配合板书对要点和重要进行强化。为了提高学生的学习兴趣，课件内容大量采用图片和视频资料，引入课程主要知识点后，根据学生对知识的理解和思考积极与学生互动，总结补充学生观点的同时做好引导、启发学生对新知识的思考和探索。由于食品物性学是一门应用性很强的学科，在教学过程中还要特别注意以下2点：一方面积极给学生引入关于食品物性学研究的最新发展方向和动态，另一方面对食品物性学知识在生产中的应用及其存在的问题进行介绍，主要包括相关仪器设备的基本原理和应用。在此基础上，启发和引导学生依据所学知识对该课程给定的2个框架形式的实验项目进行设计和规划，每个实验项目预设4个实验，通过实验达到实验项目的预期目标。课堂教学结束后，每位学生提交一份实验项目的项目设计。

2.3.2 项目实施

完成课堂教学和项目设计初稿的批改工作后，正式进入项目实施阶段。此阶段是“食品物性学教学”的一个重要环节，一方面使得学生对课堂教学内容进行回顾和整合，加深对知识的理解和掌握；另一方面，在实际操作过程中还锻炼了学生发现问题、解决问题、相互协作和动手的能力。

首先，带领学生参观实验室的布局和安全注意事项，掌握实验仪器配置及其操作流程。实验室所配备及与企业合作的实验仪器主要包括质构仪、旋转黏度计、流变仪、激光粒度仪、差示扫描量热仪、粉质仪、近红外光谱测定仪、全波段酶标仪、马弗炉、色差计、转鼓式静电分离仪等。合理的单组实验人数是保证实验质量的一个重要因素[6]，因此以6～8人为1组，将班级学生分成8组，各组内根据实验项目的先后顺序再分成2组。分组后，对照实验室的已有条件，各组成员对项目设计书进行讨论修改并定稿，最终每组每个实验项目设定不超过4个实验。学生从实验试剂准备和仪器调试等方面自主安排实验进度，项目实施过程中学生应对所承担项目做好详细记录，包括实验步骤、实验结果、遇到的问题和解决方法等。考虑到部分大型仪器只有单台的因素，实验室实行开放制度，可供学生自由安排时间进行实验，并留出充足的时间进行实验的改进、实验结果的归纳总结和分析比较，从而在实践中充分锻炼学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。在此过程中，以学生操作和分析讨论为主，教师则主要负责跟进各组的实验进度和实验操作的规范性等问题，进行辅助指导。

2.3.3 项目评价

各小组除了提交2份实验项目的报告外，还以小组为单位，结合课堂教学内容和试验项目的实施过程，对所完成项目的结果制作PPT并进行口头汇报和总结，接受教师和学生的提问和质疑。评价过程中，以教师评定为主，其他小组综合评定为辅。项目评价的主要指标包括：实验设计的合理性、检测指标的可靠性、实验操作的规范性、团队合作的协调性、分析讨论的深入性和创新性。虽然每个小组所完成的大项目框架是一样的，但是不同的小组有不同的设计，达到同一个目的就有了多种不同的途径。比如，对杂粮进行分类时，可以采用静电分离装置对不同的杂粮进行静电分离，也可以采用色度仪对不同色级的杂粮进行分类；对面粉不同加工阶段的物性检测指标也不尽相同，反映了不同实验设计所关注的食品特性的不同。因此，在相互讨论和交流的过程中，对拓展学生思维方式有明显提升作用。

3 教学效果和结论

基于教学和实验课同时改革的项目教学法在“食品物性学”课程改革和实践中取得了良好的教学效果。“先基础知识、再结合基础知识进行实践，最后总结反思基础知识与实践结合”的教学思路，结合系统连贯的教学体系、课程内容结构和以学生为主体的教学理念，充分发挥了教师的引导和启发作用，激发了学生学习的积极性、主动性和自主性。实践与课堂教学结合的方法，不但强化了学生对食品物性学知识的理解深度和广度，还提高了学生的专业操作技能，培养了学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，加强了该课程的实践性和实用性。

总之，采用项目教学法对提高学生学习兴趣、提高学生综合能力、培养和挖掘学生创新潜能等方面均有显著促进作用，为培养优秀的食品科学方向专业人才提供了有利保障。