项目式教学体系在食品安全综合实验中的应用

2021-03-15胡勇石勇谢卫红

教育教学论坛 2021年3期

胡勇石勇谢卫红

[摘要] 构建基于人才培养目标评价的教学机制是评价和完善大学本科教育的重要举措。食品安全是食品工程的基本要求，也是食品科学的重要研究方向。“食品安全学”课程体系建设是食品科学与工程专业工程教育体系的重要内容。通过食品安全综合实验教学内容与教学方式的改革探索与实践经验，创建了“食品安全学”课程的项目式教学体系。“食品安全学”课程建设显著提高了教学质量，实现了学生从被动学习向主动学习的转变，取得了理想的教学效果，对于综合实验具有较好的示范作用。

[关键词] 食品安全;实践教学改革;项目式教学

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2021）03-0149-04 [收稿日期] 2020-06-28

随着食品科技的发展，食品安全成为继营养美味、功能健康之后的又一大食品文化主题。自2001年教育部设立食品质量与安全特色本科专业以来，全国有近200所院校相继开办了该专业[1]，为我国食品安全建设提供了强大的人才和科技支撑，我国的食品安全保障能力也取得了长足的改善[2]。“食品安全学”是食品质量与安全专业的核心课程，是一门多元性、综合性较强的多学科交叉前沿课程，随着危害物范畴的不断拓宽、毒理学研究的不断深入和檢测技术的进步，“食品安全学”的知识内容也在不断更新。“食品安全综合实验”作为“食品安全学”课程的辅助和延伸，良好的实践方式对于帮助理解理论课程内容具有重要的现实意义。“食品安全综合实验”有机地融合了“食品工艺”“食品安全学”“食品卫生学”“食品分析”等学科的知识内容，对学生的基本要求是综合理解和应用多学科的知识点、实验方法和实验手段[3]。

从国内高校开设的与食品安全相关的实验课程的情况来看，实验多为验证性和演示性实验，实验目的局限在培养学生对常规仪器的使用、实验基本方法的学习和理论验证等方面，教学方式重复而缺乏创新，不仅导致教师缺乏对实验理论的思考、对食品安全前沿科技进展和知识的更新，而且使学生对课程内容的理解也停留在对试验操作步骤的机械记忆上，在综合创新力和主动性培养方面效果欠佳[4]。陈旧的教学方式与现代化海量的信息传播格格不入，严重浪费了社会发展给予的优良教育资源。因此，针对食品安全与国计民生息息相关的特点，以及食品各专业本科生服务国家战略和地方经济社会发展的需求，“食品安全综合实验”课程应有效服务于食品安全理论教育，需要注重培养学生对各类食品普遍存在的安全风险提出问题、设计方案和解决问题的能力，为安全专业毕业生的专业技能和职业素养打下坚实的基础。本科实验教学虽然不能达到与项目研究相同的深度，但在实验内容的广度上具有自身的优势，如学生人数较多、交流频繁，思维上容易集思广益;可在短时间内设计多因素优化工艺和进行相应的食品安全风险检验分析，最终通过全部实验数据的分析获得有价值的结论;通过群体团队协作，可以增强学生独立思考的工作能力，锻炼克服困难的毅力，培养科研能力和创造力[5]。

“食品安全学”的庞杂与繁复性使得课程内容的传授较为困难，“食品安全综合实验”课程也应与时俱进，从解决食品安全问题的角度有效支撑“食品安全学”。基于该实验课程内容的特殊性和能力要求，建立新型教学模式，使得教与学的过程均能达到良好的效果。本课题围绕食品安全风险的产生、检测和控制，以学生为主体，以“建立食品加工—风险因素关系”“改进成熟检测技术”为主题，建立项目式实验教学体系，有效发挥了学生的主观能动性和创造性，提高对食品安全认识的实践能力。

一、项目式实验教学体系

授课背景：“食品安全综合实验”开设在第六学期的18周之前，实验开设之前本专业已完成的“微生物学”“食品化学”“食品安全学”“食品微生物实验”“食品理化检验实验”等基础课程[6]。因此，引起食品安全风险的基本因素和基本的操作类实验无须在本课程中专门开设和讲解。

课程目标：融合先修课程的理论、实践知识，开展“改进成熟检测技术”或“建立食品加工—风险因素关系”的创新实验，较全面地为学生毕业后从事食品科学与工程、食品安全与质量检测相关工作奠定技能基础，为学生从事科学研究培养科研思路和创新意识。

（一）实施方案

1.发布项目指南。包括改进成熟检测技术项目、建立食品加工—风险因素关系项目各两项。实验项目中不涉及先修课程未接触的实验操作。完成期限设置为第六学期1～2周。

2.学生自由分组、自由选题。单班实验周期为1周，单班分为6～8小组，其中一半组别选择改进成熟检测技术项目，另外一半组别选择建立食品加工—风险因素关系项目。根据选择课题，撰写预习报告，包括实验目的、原理、可行性方案、阶段性安排（实验时长为2周）。完成期限第3～9周。

3.教师审阅预习报告，纠正不合理的实验内容，在班级群反馈学生，通过师生互动讨论形成完整的实验计划。完成期限第10～13周。

4.学生根据实验计划完成项目。完成期限第17～18周。

5.各实验小组撰写实验报告，并发布实验结果。完成期限第18周周末。

6.推选代表总结项目实验结论。由代表系统整理同一项目的各组实验数据，得到结论，并且就实验整体思路、操作步骤及注意事项进行讨论，使学生体会完整实验思路，最后由代表进行发言总结。完成期限第19周周末。

（二）成绩考核

1.预习报告占实验总成绩的40%。其中预习报告的完整性和正确性占20%;学生参与度占20%。

2.实验报告占实验总成绩的30%。考核动手操作能力、实验报告的完整性和正确性。

3.团队协作占实验总成绩的20%。考核成员是否正确执行实验计划，不拖沓，不反复实验，不推诿。

4.语言表述和成果展示占实验总成绩的10%。代表总结项目实验结论，需要各小组协助完成。考核成员的配合度、参与度、语言表达（包括演示文稿）的准确度和清晰度。

（三）总结和改进

教学团队针对项目式教学体系出现的问题，提出可行性的解决方案，纳入下一年度教学计划，达到持续改进的目的。

二、教学案例——预习报告

由于預习报告体现了学生的主观能动性，综合了科学分析调查研究资料的能力、撰写调查分析报告的能力、选择研究课题的能力和设计能力，是培养职业素养的重要环节，是项目式实验教学体系的核心，在考核构成中占有最高的比例。本教学案例以预习报告为例，包括以下几部分。

（一）改进成熟检测技术

1.实验目的及背景。建立并优化花生中黄曲霉毒素的液相色谱（HPLC）检测方法。关键词：黄曲霉毒素简介。如，黄曲霉毒素（AFT）的结构、毒性、来源、分类等。AFT是霉菌毒素，毒性大、来源广，在湿热地区食品和饲料中出现的概率最高，对人类健康危害极为突出，主要由黄曲霉（Aspergillus flavus）和寄生曲霉（A.parasiticus）产生，主要包括B1、B2、G1、G2、M1和M2。特别容易污染花生、玉米、稻米、大豆、小麦、各种坚果等粮油产品[7]。其中，B1毒性及致癌性最强。此部分内容强调聚焦实验目的，强调有针对性查阅资料的能力。

2.实验原理。关键词：HPLC原理。如，HPLC主要用于分析高沸点不易挥发的、受热不稳定的和分子量大的有机化合物的仪器设备。设备由储液器、泵、进样器、色谱柱（填料）、检测器、记录仪等部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱（固定相）内。样品溶液中的各组分在填料—流动相中具有不同的分配系数和移动速度，样品流动时，在两相中经过反复多次的吸附—解吸的分配过程，最终被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪[8]。此部分内容在“食品分析”课程中有所涉及，考查了学生综合应用先修课程的能力。

3.实验方案。关键词：样品溶液制备、标准曲线绘制、检测方法优化。如，流动相（极性调整剂<甲醇、乙腈>的选择及其所占比例、pH调整、流速等）、色谱柱、柱温、检测器、洗脱（等度或梯度方案）、样品前处理等为优化方向。此部分内容强调收集相关文献资料，比较各种方案的异同点，选取候选的2～3种方案，并合理计划根据实际实践操作结果，设计合理的单因素实验，为进一步优化方案做好准备。每组可选择1～2项优化方向。最终全班的实验结果可汇集进行正交分析或响应面分析，形成系统优化方案。

4.实验计划。关键词：各小组协商，明确每个小组分配的任务，各组之间不重复实验，但能形成有机整体。每个小组计划各组员负责的实验内容、各实验环节时间安排、各环节注意事项、实验结束后的清理整洁安排。如，第一天检验候选HPLC方案，其后每一天进行1～2次单因素实验等。此部分强调合理计划实验，在规定的教学时间内高效完成预定任务，最终有效利用整个实验周期。

（二）建立食品加工—风险因素关系

以“建立面粉类油炸食品中油炸温度与丙烯酰胺形成的相关性”为例。

本题目的选定需要一定的知识面支持。例如：首先要知道油炸食品存在的风险因素（丙烯酰胺[ 9，10 ]、环芳烃、杂环、反式脂肪酸等），这些因素与原料有关，也与加工方式有关，如原料油不合格带来的杂环芳烃，油炸时间长短、储存方式与以上因素均有关[ 11 ];添加酸、氨基酸、蛋白质或者其他碳水化合物时，也能减少丙烯酰胺的含量。其次从众多的风险因素中选择一项感兴趣的因子或根据已学习的各项实验技能判断操作的可行性而选定，如丙烯酰胺测定。最后选定原材料，油炸食品皆可选择，本案例以面粉类食品为例。

1.实验目的及背景。关键词：丙烯酰胺的危害及形成。丙烯酰胺已被WHO国际癌症研究中心列为可能致癌物质。含有丙烯酰胺的主要食品是薯条和薯片（分别是炸薯条和炸薯片）、咖啡、烘烤糕点、甜饼干和各种面包。丙烯酰胺中毒是生产和使用过程中因密切接触丙烯酰胺所致的以神经系统改变为主的疾病。该物多在生产劳动过程中由于通风不良而发生意外事故，经呼吸道吸入丙烯酰胺粉尘或经皮肤直接接触其水溶液而导致中毒。丙烯酰胺在体内有蓄积作用，主要影响神经系统，可能与神经系统中蛋白质的巯基结合有关。此部分内容强调聚焦实验目的，强调有针对性查阅资料的能力和信息选择判断的能力。明确的实验目的对后续实验计划至关重要，原材料和仪器设备均据此由实验中心配制。

2.实验原理。关键词：丙烯酰胺的形成及影响因素。食品中丙烯酰胺是在加工中形成的，涉及一系列复杂的多级反应，包含离子型反应和自由基反应。例如，丙烯醛、丙烯酸与氨发生的化学反应，氨基酸分子的重新排列和转化、氨基酸和糖类物质发生美拉德反应等。温度和时间与丙烯酰胺的形成密切相关。当食物在烹饪过程中被加热到120℃以上时，食物中的天门冬酰胺和还原性糖在高温加热过程中通过美拉德反应即可生成丙烯酰胺。

3.实验方案。关键词：油炸工艺的确定。和面发酵、切条油炸、沥油、HPLC方法测定丙烯酰胺的含量。丙烯酰胺标准样品溶液制备、标准曲线绘制、检测方法、感官评定均可参考文献报道直接采用。此部分内容强调收集相关的文献资料，比较各种方案的异同点，选取一种方案，并计划根据实际实践操作结果，合理设计实验细节，如建立温度与丙烯酰胺的关系。每组可选择1个加工参数（如油温、油炸时间、油的品种）评价此因素与丙烯酰胺的关系。最终全班的实验结果可汇集进行正交分析或响应面分析，形成系统相关性分析。

4.实验计划。与改进成熟检测技术的实验计划相同。

三、实验教学改革效果

本课程体系实施后，经过循序渐进的教学实践和改革探索，取得了良好的教学效果。突出优势在于，在较短的时间内，以班级为单位集中训练思维，增进信息交流共享和团队协作能力;促进学生了解项目的系统性内涵;经过较长时间（半學期）自主计划实验方向和内容，避免焦躁和敷衍等常见问题。

1.学生的实践操作热情得到了提高。在完善预习报告过程中，学生投入了较多的精力，为了检验实验计划，学生实践格外谨慎，促进系统完成工作。

2.学生分析问题、解决问题的能力有所提高。学生根据拟定项目方向，通过文献查阅形成较系统的方案;在方案修正过程中，进一步完善了思维，实现从被动的传统教学向主动的创新教学的转变。

3.学生的表达能力得到了提高。由于经历了整个实践过程，学生能够清晰地组织语言描述设计中的曲折过程，对实践结果能够正确阐述原因和经验。在实验总结会议上，相似的实验组取长补短，形成了新的构思，合作交流能力得到了提高。

4.实验报告写作水平得到了提高。因为各组实验主题不同，不能相互借鉴，加上亲身经历实践全过程，写作素材较丰满，避免了互相抄袭。

5.在一定程度上为学生考研和工作的选择提供了指导。

四、结语

通过对“食品安全综合实验”课程的教学体系设计及实践检验，基本明确了项目式教学衔接科普与研究的桥梁作用，改变了枯燥的传统教学方式。对于“食品安全学”这样一门与时俱进、与生活息息相关的课程，提高学生对其学习兴趣对培养食品专业人才和改善我国食品安全的未来具有重要意义。

参考文献

[1]徐小艳.食品质量与安全专业《仪器分析实验》教学改革初探[J].中国科教创新导刊，2010（2）：49.