新工科背景下创新班专业课的创新教学与实践<br/>—— 以食品化学为例

新工科背景下创新班专业课的创新教学与实践
—— 以食品化学为例

2022-02-09董绪燕孙庆杰陈海华慕鸿雁刘亮

科学咨询 2022年23期

董绪燕，孙庆杰，陈海华，慕鸿雁，刘亮

（青岛农业大学食品科学与工程学院，山东青岛 266109）

为积极推进新工科建设、深化工程教育改革、促进高教强国建设，教育部就开展、推荐新工科研究与实践工作先后以高等教育司和教育部办公厅的名义发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》和《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，着力探索形成领跑全球工程教育的中国模式。新工科是基于国家发展新需求、国际竞争新形势而提出的工程教育改革方向，目标是培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，打开产业发展新局面和形成国际竞争新优势[1]。

我国是世界食品生产、加工制造和消费大国。科技创新实现了我国食品产业从农产品初级加工的“规模型、数量型”到食品的精深制造与综合利用的“质量型、效益型”转变，且部分领域达到世界领先水平。教育部关于“双万”计划、“双一流”建设计划、国家重点学科和培育学科建设也正进一步推动着食品科学与工程学科建设和食品科技自主创新人才培育，为我国食品产业发展和食品科技进步源源不断地培育和输送专业人才是各高校食品科学与工程专业的职责和作用[2]。经过前期建设，我国食品科技与工业的基础研究与人才培育体系正在形成。食品化学作为食品科学与工程专业的专业必修核心课程之一，具有知识更新快、信息量大、实际应用性强等特点，因此其在创新班的教学与实践是衡量新工科研究和实践的关键。

一、新工科背景下食品科学与工程专业的建设

（一）新工科背景下食品科学与工程专业建设的迫切性

随着世界范围内的工业与科技变革，新一轮工业革命推动产业发展，“未来工厂”“工业4.0”“中国制造”这一系列词汇相继出现。3D产业链、未来食品、纳米材料、光学与数字技术等创新手段逐步应用于食品智能制造领域，食品工业正在发生一场世界范围内的革命，《中国制造2025》正是我国面向工业4.0做出的积极响应[3]。我国食品产业在同时面临前所未有的发展机遇和激烈的国际竞争压力的新时代背景下，唯有不断提升从业人员的知识水平与工程能力、劳动技能与协同协作、问题解决与数据决策等综合素质，才能引领食品产业多元化、优质化与功能化的时代潮流，而培养富有创新、创业意识的创造型人才则是实现这一目标的关键举措[4]。要想增强我国食品产业的国际竞争力，需要有大量的具有扎实且丰富知识的食品产业专业性拔尖人才加入到我国产业的建设中。高校本科生敢闯会创，是当代社会发展最具力量和创新性的人才，因此我们要以此为抓手，不断发掘培养拔尖创新型食品专业人才，提升我国食品产业的国际竞争力。

（二）食品科学与工程创新班的培养目标

“新工科建设与工程教育认证”以OBE理念引领新工科教育，通过教育与行业需求的有效衔接，促进食品行业的多元化和协调化发展。食品科学与工程专业新工科建设中的人才培养要以智能转型为目标，通过科技创新改造传统食品产业[5]。

食品科学与工程专业的新工科建设在关注个体知识水平的基础上，更加注重解决实际问题的社会实践能力的提高，以培养高素质的创新创业工程人才。食品科学与工程专业创新班根据新工科建设要求制定的培养目标是培养德智体美劳全面发展、对国家和社会具有高度责任感、具有良好的人文科学素养和身体素质、具有知行合一、矢志“三农”精神的社会主义事业合格建设者和可靠接班人；培养能够了解食品行业发展动态和问题，掌握食品科学与工程基础知识、基本理论和基本技能，具有创新意识和实践能力，能够在食品的生产、加工、贮藏、流通、监管等相关领域从事食品生产及管理、产品开发、品质控制、工程设计、科学研究、教育教学等方面工作的应用型高级工程技术人才。

二、食品科学与工程创新班的特色

结合新工科建设与工程教育认证的要求，食品科学与工程专业创新班以“重专业、强能力、提素质”作为培养人才的目标，按照“知识性学习、研究性训练、生产性实践”三足鼎立的人才培养方法，形成“3+0.5+0.5”应用型高级工程技术人才培养模式。注重学生工程实践能力的培养，突出应用型人才培养为主，兼顾学术型和复合型发展需求的人才培养定位[6]。具体特色体现在：

1.“导师+项目+团队”创新实践培养模式：以课程、教师的科研项目和校内外教学与科研基地为依托，建立“校内—校外”“课堂—课外”和“科学—人文”多元化实践教学模式，施行“创新教育—实验实习—特性观测—生产体验/社会实践—技能训练—学术报告—研究创新”七环节的运行机制，培养学生的创新实践能力。

2.“小班化+个性化+竞赛”培养模式：组建适应创新性人才培养的教师队伍，改革传统教学内容；根据每个学生的特点和兴趣实现大学四年全过程引导、帮助和指导学生开发个性，对创新性强的学生进一步引导，加强训练，择优申报校级、省级和国家级大学生创新创业项目；掌握知识和技能，增强自主学习能力的培养，加强知识学习吸收与探究研究的结合，为其开展创新能力培养奠定基础[6]。

3.“夯实基础+能力培养”的拔尖创新人才教学体系：利用学校、科研院所、企业等各级科研平台，搭建科研实践平台，健全创新教学体系；改革考核方式，优化评价体系，培养食品科学与工程专业的科研、教学、技术开发和生产管理等方面的复合型拔尖创新人才。

三、创新班食品化学教学体系

（一）教学模式

传统的填鸭式教学模式下学生被动听课，上课积极性不高，很少进行独立和评判性思维，只是停留在机械性记忆过程。在食品化学讲授过程中，特别是食品加工过程中的基础化学理论，很难激发学生学习的积极性。这种教学模式只适合熟练性工人的培养，不利于未来的发展成才，更不能适应新工科背景下对学生思维和创新能力的培养，学生创新创业、跨学科交叉融合、自主终身学习、沟通协商能力和工程领导能力等工程教育认证要求更无从谈起。

新工科要求课堂改革创新工程教育方式与手段，优化课堂教育，深化学生核心能力素质的培养。创新班食品化学的讲授主要体现在以下几方面：

1.线上线下相结合。在线教育可以打破线下教育在时间和空间上的局限，能够逼真模拟现实课堂环境，拓展学习广度和深度，但也有部分学生会出现“水土不服”的现象，不能与老师的授课方式相融合，线下教育因材施教可以弥补这些不足。线上教育和线下教育只有相互融合，才能更好地提高教学效果，能够培养大部分学生的主动学习能力和核心素质能力，教师要对“水土不服”的学生积极引导，辅以线下讨论交流，尽快提高其网上主动学习能力。通过不间断的网上学习提升学生的综合能力，加上课堂学习逐步形成“课堂精讲+网上拓展”相融合的新教学模式，巩固基础，提高创新技能。

2.翻转课堂。教师精心准备课堂对话和讨论，因材施教，通过课堂讨论提升学生吸收知识的能力。翻转课堂能够充分发挥学生的主观能动性，学生可以自主规划学习内容、学习节奏、风格和呈现知识的方式。通过对一个知识点、一个问题、一种现象进行文献检索，知识归纳整理，并结合小组讨论和PPT汇报等形式来提高学习效率。结合讲授法和协作法来满足不同学生的需要，在不断进行知识熟化的基础上促成他们的个性化学习，提高创新技能，通过实践获得更真实的学习。

3.虚拟仿真的运用。食品化学的实验课通常包含果胶的提取、非酶褐变程度的测定、油脂氧化、蛋白质的功能性质、果蔬加工中的护色实验等内容，由于实验条件和学时有限，老师要将所需的试剂配置好，学生按部就班地照着实验操作流程完成实验，写出实验结果，最后撰写实验报告。这种教学方式造成学生主动学习的积极性不高，只是机械地完成实验，不能发挥学生的主观能动性，更不能培养学生的创新能力，限制了学生各方面能力的提高。虚拟仿真技术的出现打破了传统教学模式，从最初的实验设计、实验材料、实验方法，到独立准备实验、进行实验[7]，虚拟仿真技术可实现食品真实实验不具备或难以完成的教学功能，学生能够真实体验到实验的各个环节，包含一些成本较高、需要用高档仪器操作的实验。通过虚拟仿真技术平台，学生可真实体验实验的整个过程，且独立完整地完成一遍实验操作，掌握每个实验细节。学生在虚拟操作过程中，亲身体验自己实验设计的合理性，潜移默化地激发其思维和创新能力，即使实验失败，学生也能通过失败经验获取实验知识和要点，思考失败的原因，巩固所学的知识，提高动手能力。

（二）创新实验和实践

新工科的“新”不仅能够弥补实践操作空洞化的短板，结合其他学科的优势，将理论转化为实实在在的研究成果，还能够将创新创业的理念根植于专业知识的学习，为毕业生在工程领域高质量的就业提供教育保障。新时期应用型高校教育改革的重要内容之一就是培养学生的创新实践能力，创新班的设立正是为了培养国家与社会迫切需要的应用型创新人才[8]。食品科学与工程专业创新班采取小班教学，学生在大二时可以根据自己的兴趣和爱好选择专业导师，导师对学生所学课程、专业方向选择提供指导，并根据每个学生的特点和就业目标制订个性化培养方案，引导学生参与其感兴趣的课题研究，给本科生提供良好的培养科研兴趣的机会，锻炼学生的创新实践能力。

学生参与导师的科研项目，结合创新课题立项参与创新竞赛。创新创业项目的开展可以拓宽学生的知识构架，巩固课堂所学知识，以赛促学，形成优秀竞赛案例，同时为教学质量的监控提供了有力支撑。结合国内外专家学术报告和文献研读增强自主学习能力的培养，加强知识学习吸收与探究研究的结合，为其开展创新能力培养奠定基础。通过对不同发展阶段和就业目标的学生实施个性化指导，有助于个体科研能力的提高和未来职业生涯的规划。食品化学的学习过程中要充分结合学生实践案例进行学习，并将需要掌握的知识点融入教学案例中，按照展示案例、提出问题、分组讨论、教师归纳、问题解答、效果评价等步骤，通过对食品化学中的水分活度、美拉德反应、酶促褐变、油脂氧化、蛋白质功能性质等知识点进行系统学习，促进食品化学理论在实践中的应用，培养学生的创新实践能力。

（三）科学、合理、全面的闭环考核体系

考核是学生学习的“指挥棒”，创新班食品化学的考核注重过程考核。借助超星、慕课等教学平台强大的学习行为管理功能，教师及时跟踪学生的学习过程，通过学习平台动态记录掌握学生的学习过程和效果[9]。考核成绩由“线上+线下+期末成绩”构成，引导学生重视平时学习和课堂的主动性，并通过课后作业、提问答疑、PPT展示等成绩来衡量学生的学习效果。