创新及工程能力提升的食品分析实践教学改革

李红霞，袁媛，冯慧慧，时晓磊，张铁华，孙春燕*

1. 吉林大学食品科学与工程学院（长春 130062）；2. 吉林大学教务处（长春 130012）

食品质量与安全密切影响人类的生活和健康，食品学科培养的专业人才将成为我国未来食品行业发展的中流砥柱。“食品分析”作为食品学科专业教育建设过程中的核心必修课程之一，是建立在“分析化学”“现代仪器分析技术”基础上的一门综合性和应用性极强的课程，主要研究和评定食品的质量及其变化、检验方法和原理及检测技术[1]。因此，在“食品分析”实验课教学过程中，对于学生的独立思考与设计、实际动手操作、积极探求学科前沿等综合能力的培养尤为重要。

在国家启动“新工科”建设的背景下，将创新及工程实践能力教育融入专业教育是实验课程教学改革的关键任务[2]。吉林大学食品科学与工程学院食品科学与工程专业是国家级一流本科专业建设点，专业积极开展“新工科”建设，并多次通过工程教育认证，在专业发展过程中建立尊重个性、强化能力、拓展素质的工程创新人才培养模式。为培养学生“新工科”技术、“新工科”能力、“新工科”情怀，基于所在教学团队近5年的教学经验，开展“食品分析”实验课程的改革与探究。通过明确教学改革思路、设计开放式实验教学体系明确改革方案，在多个环节采取“智慧课堂”引入、研究生协助实验教学、实验结果充分讨论、邀请一线专业人员开展讲座、课程思政元素融合等多种举措完善教学改革，并建立多元化考核方式，形成闭环运行的“食品分析”实验课程教学改革体系，以提高大学生创新及工程实践能力，从而实现人才培养质量的提升。

1 基于大学生创新及工程实践能力提升的“食品分析”实验教学设计

1.1 明确“食品分析”实验课程教学改革的思路

现有的实验课程教学一般在理论课程结束之后，由实验教师完成实验方案设计、检测方法选定、仪器调试等前序步骤，学生只需做一些简单的前处理操作，这种培养模式不利于培养学生的独立思考能力，同时无法持续提高学生专业素养和职业精神，也限制了学生对“食品分析”理论知识的深入理解和牢固掌握。因此，在“食品分析”实验课程教学过程中，教师要有意识地引导学生培养良好的实践创新能力、工程能力、独立思考和动手操作能力等综合能力。

教师引导学生基于“食品分析”课程的理论内容，结合各类方法特别是仪器分析方法的科学原理，调研热点案例和检索国内外文献，科学设计实验方案，明确仪器构造和具体操作，科学分析实验结果，独立完成食品营养成分及有害成分的检测内容。通过开放式实验授课模式的实验教学过程，加强学生对“食品分析”理论知识，特别是仪器部分的系统全面理解，拓展学生对该领域的前沿科学研究的了解和思考，激发学生对于食品安全的社会责任意识，并引导学生进行食品分析检测技术的创新设计。结合食品质量与安全专业本科生工程能力培养的实际需求，邀请当地食品检测相关单位的一线高级工程师人员来校进行理论讲座授课，委派学生进入第三方安检单位进行大型仪器的实验操作，以提高学生与食品科学技术发展相适应的科学思维、工程实践和就业创新能力。通过关注食品安全热点问题和国家时事政策新闻等思政教育内容，增强学生的食品安全意识、人文科学素养、社会责任感和爱国情怀，使学生能横向分析食品安全问题，纵向概览食品分析发展现状，将来成为讲诚信、爱祖国、具有社会责任意识和时代精神的高素养食品人，实现对学生适应社会经济发展需要和学校定位的培养目标。此次教改论文提出的“食品分析”实验课程改革探究的总体思路如图1所示。

图1 基于大学生创新及工程实践能力提升的“食品分析”实验课程改革探究思路图

1.2 采用开放式实验授课模式，重构实验教学体系

“食品分析”以食品营养成分和有害成分检测为主要研究内容，涉及的方法包括化学分析方法（如比色法、滴定法）和仪器分析方法（如原子吸收/发射光谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、气相/液相-质谱联用技术等）。结合最新修订的本科生教学大纲，采用学生自主选题的开放式实验授课方式，针对实验课程的内容和食品科学的热点问题，教师设置实验主题，包括营养成分（如脂肪、糖、蛋白质、维生素、常量和微量元素）和食品安全成分（如重金属离子、农兽药残留、食品添加剂、加工危害物等），学生以小组形式调研相关热点问题或食品安全相关案例，结合研究兴趣、大学生创新课题和毕业论文设计课题，讨论选定食品样品（如乳制品、水产品、油炸食品、蔬菜水果等）和检测目标物；检索国家标准和国内外文献，确定样品前处理方式、仪器分析方法，对不同仪器方法进行检测性能的对比；引入“智慧课堂”在小组内充分讨论实验方案的可行性，在授课教师的指导下完成实验（具体实施方案以原子吸收光谱法定量分析金属元素为例进行说明，如图2所示）。

图2 以原子吸收光谱法定量分析金属元素为例的实验课程具体实施方案

学生从关注食品热点、检索文献、明确原理、确定实验试剂、设计方案，到样品采集前处理、上机测试、结果数据处理，再到撰写实验报告、同一线工程师讨论分析结果，经历一次非常完整的科研实践体验，深入理解常用分析仪器的工作原理、操作技术和应用领域，明确所用分析仪器的结构和性能、操作流程和注意事项，掌握仪器主要操作参数及其对分析结果的影响，并培养学生正确分析实验图谱的信息，科学处理实验数据，提升学生应用大型高端仪器分析方法解决食品科学中实际问题的能力。这种开放性实验授课方式不仅有利于学生自主构建知识体系，更能够培养学生动手操作和自主设计的能力，特别是在提高创新思维和工程实践能力方面发挥重要作用。

2 多环节、多举措完善实验教学改革

实验教学是巩固基础知识和深入理解理论知识的重要途径，除了学生在实验课上的具体实验操作之外，还应该通过多环节、多举措完善教学改革。开展实验之前，通过“智慧课堂”组织学生进行以小组形式查阅国内外相关文献，并进行组内讨论，制定具体实验方案；开展实验的过程中，实行1名研究生匹配1组本科生的团队操作模式，研究生辅助规范实验操作，营造良好的学术氛围；在学生开展实验之后，建立实验结果讨论机制，结合实验内容，邀请食品企业一线专业人员开展讲座，提升学生工程实践能力。同时，在整个教学环节之中，融合课程思政元素，提升学生的社会责任感。利用这些措施进行相互衔接的教学改革与实践，实现提升大学生创新及工程实践能力的培养目标。

2.1 优化智慧教育环境，提高学生自主能动性

“智慧课堂”作为高校教学改革的发展新方向，主要通过数字技术来重构高校教育环境，防止传统条件下对学习时间、学习内容、教学环境及运行方式方面的诸多限制，实现课堂平台化、学习个性化与师生创客化，也为高校教师开展新时代下课程改革与建设提供良好契机[3]。在授课期内，学生通过教师在网络平台上传的教学视频、课件或案例资料，了解课程的基本内容，教师通过智慧平台组织学生进行国内外文献查阅、热点讨论，汇报小组设计的实验方案，教师实时反馈，及时与学生交流，确定方案的重点和难点，经师生共同讨论修改后确立实验主题和方案内容。通过学生自行设计实验，熟悉食品营养成分或食品危害物检测的研究热点，并锻炼学生的自主学习能力和科研思维。

2.2 科研辅助教学，营造良好学术氛围

实行1名研究生匹配1组本科生的团队操作模式，本科生在实际操作过程中遇到问题，可及时向研究生咨询，确保实验顺利进行，大型精密或贵重的仪器须在研究生指导下使用，保证仪器安全运作与维护；教予本科生常用实验数据处理软件的使用方法，促进研究生与本科生之间的交流，创造良好的科研实践学术氛围。同时，本科生也可以参与到研究生的研究实验，进行更加专业的学习和锻炼，为本科生进行大学生创新实验项目的选择提供指导意见。

2.3 建立实验结果讨论机制，鼓励学生进一步创新

现有的实验教学中，学生仅通过撰写实验报告分析数据，并不能与教师进一步互动研讨。实施PPT交流的形式，每个小组汇报整个实验过程以及实验结果，并对整个体系进行分析，汇报该方法检测的优缺点，同时提出改善方法。通过重视实验结果讨论，教育学生在实验的过程中发现问题并且解决问题，鼓励学生进一步创新检测方法，对其下一阶段安检实习、毕业论文的选题均有较大帮助。同时，选择不同的目标物，可能选用了同一种仪器，小组之间也可以探讨各种仪器设备的适用性和特异性，以及面对不同目标物检测的相同点和不同点。这种方式既可以提升本科生查阅中英文文献和分析数据的能力，增加学生自主、合作和群体学习活动的机会，激发学生对科学实验的兴趣，又可加强学生对国内外食品分析检测领域研究热点的了解，为研究生阶段的进一步学习奠定良好的研究基础。

2.4 食品企业一线专业人员开展讲座，提升学生工程实践能力

食品专业毕业生多数分布在高校研究、食品企业、食药监、检验检疫局及第三方检测机构等单位，针对学生就业现状，充分利用食品专业实践教学合作单位或公司提供的教学平台，邀请一线专业人员开展相关讲座，针对学生自主设计的实验方案进行修订和指导，协同教师一起对学生的实验结果和结论进行深入探讨，提出改善检测性能的建议和措施。这样的授课模式将有效提升学生的实践综合能力，同时，一线专业人员对学生就业的选择也起到重要的指导意义。除此之外，学生自主选题后，如果学院的设备不满足检测需求，可以前往食品检验所、出入境检验检疫局等实践教学基地开展实验操作，充分满足学生选题的范围和操作平台。

另外，通过对接食品生产企业、食品质检部门及第三方检测机构对食品分析检测人员的需要，引导学生能以监管部门角色进行模拟演练与思考，明确食品质量保障综合管理的流程和需求，在理论知识学习的基础之上加强学生实践能力和工程能力的培养[4]，在“新工科”及工程认证背景之下培养出更适合社会需求的专业食品工程高层次人才，使学生毕业后能充分胜任所在单位的工作岗位需求。

2.5 融合课程思政元素，提升学生的社会责任感

学生在调研食品安全相关热点问题时，如苏丹红、三聚氰胺、瘦肉精等事件，以及食品添加剂滥用、农兽药残留超标等，小组内讨论方案选题的实际意义，使学生深刻意识到利益驱使的道德缺失是造成食品安全问题的首要因素，使学生树立正确的人生观和价值观。引导学生对企业诚信进行思考，反思食品安全问题映射出的职业道德问题，教育学生遵守国家法律法规，不能唯利是图，置道德和良心于不顾，危害社会和人民安全；培养学生做事讲诚信有道德，将来从事食品相关工作时要自觉把人民群众的安全放到工作第一位；引导学生维护国内食品产品的声誉，并思考如何提升国内产品的竞争力，调动学生学习创新的积极性，激发至诚报国的爱国情怀[5]。

3 采用多元化考核方式，提高学生学习的积极性

传统的学生实验成绩考核主要以实验操作和实验报告来评分，教师主观性较强。因此，从热点关注、方案设计、实验准备、操作过程的规范性、数据处理、结果汇报等多方面进行考核，鼓励学生积极参与课程学习。同时，“新工科”背景下，人才的职业技能与职业道德同等重要，科学合理地考核每一位学生的职业道德、态度和作风，提高学生的独立性、责任心、敬业精神、合作意识等。

4 结语

“食品分析”课程是一门与食品相关的各种成分检测为主要内容的实践性很强的专业课程。通过实验教学内容的学习，学生能够更好地掌握相关实验技能，独立完成实验操作及产品检测，并独立分析实验检测结果，提升食品检验及综合分析能力。结合食品专业本科生工程能力培养的实际需求，将创新及工程实践能力的提升融入“食品分析”实验课程的培养目标中，强化工程实践的教学理念和创新型食品工程人才培养体系，以主要服务传统食品产业改造升级所需的实践和创新能力的高素质人才培养为中心，进行“食品分析”实验教学内容及模式改革，以加强学生专业基础、实践能力及创新能力培养的目标，为国家开展食品安全检测、执行食品标准要求输送专业人才，为维护国民食品安全、推动食品产业进步贡献力量。