食品分析综合实验顶石课程建设

孟利，雷虹，李梦洋，李冲伟

黑龙江大学生命科学学院（哈尔滨 150080）

自2016年我国成为华盛顿协议会员国以来，工程教育专业认证便正式与国际接轨。工程教育专业认证以学生为中心、成果导向和持续改进的思想为指导，为实现专业的培养目标，其毕业要求12条标准覆盖研究、分析、设计、解决复杂工程问题的能力培养，强调数学、自然科学、工程基础、专业知识及现代工具的综合运用[1]。要求解决方案考虑到工程与社会、环境和可持续发展，符合职业规范，培养的人具有良好的团队精神和沟通能力。如何将社会对专业人才的需求分解成可培养、可实现、可衡量的毕业要求，将高度发展的数学、物理、化学、生物学等自然科学知识应用于解决本领域复杂工程问题，推动专业科学发展和进步。以产出为核心，以培养目标、毕业要求、课程目标和课程教学为关键要素是认证工作的“主线”，建立面向产出的评价和持续改进机制是认证工作的“底线”[2]。

如何将分科学习的工程基础课、专业基础课、专业课的碎片化知识，整合运用到领域内的复杂工程问题，是以学生为中心的重要体现和学生实践能力和职业能力培养的关键一环，也是建立面向产出的评价与持续改进机制关键[3]。顶石课程是近年来国内外高校本科教育改革重要转变之一，其主要目的和核心内容主要集中在整合专业知识课程，学生通过课程对以往知识点进行整合、反思，起到理论学习与实际应用之间过渡和连接的作用，同时学生在解决复杂的工程问题中，培养学生良好的团队精神和沟通能力[4]。基于此，以食品分析综合实验为例，从课程内涵、课程内容、教学方式改革、学生过程管理与评价和课程目标达成度评价5个方面介绍其探索与实践情况，同时对顶石课程实施过程中存在的问题进行展望，以期为我国高校工程专业顶石课程的建设提供参考。

1 课程内涵

根据成果导向教育（outcomes-based education，OBE）教育理念，反向设计食品分析综合实验课程目标[5]。根据黑龙江大学学生培养定位和专业的优势和特色，确立黑龙江大学食品科学与工程专业的培养目标是服务面向解决发酵食品及功能健康食品生产、研发领域复杂工程问题人才培养。

食品分析行业需要所培养的人才能系统地掌握食品分析方法、食品分析方法的建立理念，解决食品领域分析问题的思维方式，有能力运用数学、物理、化学、生物学和现代技术手段，将食品分析的社会需求转化为可重复、可测量的化学、物理、生物领域的数据，并能够正确收集、处理和解释数据，解决食品分析领域的复杂工程问题，并能够在此基础上改革、创新，将上述学科的发展应用到食品领域，推动食品领域的创新和发展。食品分析综合实验是学生运用所学习的数学、化学、物理学、生物学知识，解决食品行业的分析检测问题，是整合上述知识碎片，融会贯通，解决食品行业问题重要的能力转化课程。

基于人才培养需求，所设置课程应具有高阶性，对应工程认证中毕业要求中使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性；研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验，分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论；沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流；个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。

根据毕业要求，设置食品分析综合实验课，实验项目14个，44学时，对应理论课食品分析48学时。该课程的前期课程基础包括：食品分析课程的化学基础课，如无机及分析化学、有机化学等，为学生提供化学反应基本原理知识及基本操作；数学基础课，如高等数学、线型代数、生物统计学等，提供学生解决复杂工程问题时所需要的数学知识；物理基础课，如大学物理、物理化学，为学生提供物性检测技术及光学检测技术基本知识；食品科学基础课，如食品化学、食品加工工艺学、生物化学、食品营养学、微生物学，为学生提供食品分析方面复杂工程问题的专业基础知识。食品分析课程为毕业论文、生产实习积累独立开展实验的实践能力和识别和解决复杂工程问题的能力。

食品分析综合实验及其理论课设置其课程目标，以完成毕业要求的能力培养，其课程目标设置与毕业要求之间的对应关系如图1所示。课程目标1，恰当使用化学分析、仪器分析、物性分析工具和手段，获得数据并得出结论的能力；课程目标2，通过实验加强数据记录、计算、归纳、总结，规范撰写实验报告；课程目标3，设计实验，评价方法及比较不同方法的能力；课程目标4，能在团队中扮演个体、团队成员及负责人的角色。

图1 食品分析综合实验课程目标与毕业要求对应关系

2 课程内容

顶石课程是通过知识体系重构来培养学生的跨学科跨专业的综合能力，食品科学与工程专业顶石课程分析、研判专业知识体系特点和所解决的社会需求[6]。根据食品分析综合实验的毕业要求和课程目标，设置食品分析综合实验内容，其内容随着社会需求的更新而持续改进。其课程内容设置具有如下特点。

2.1 针对社会科技发展和需求，食品实验项目持续改进

课程针对食品科学与工程专业学生大三学生特点，系统训练学生驾驭分析技术的能力，包含滴定法、紫外-可见分光光度法、原子吸收分光光度法、荧光分光光度法、高效液相色谱法、流变仪、感官分析法等技术手段，逐步淘汰2009年左右新兴食品分析技术项目，如农药残留快速检测、食品掺假实验、粮食中基本营养成分的红外光谱分析等专业性不高的实验项目。2015版培养方案确定14个实验项目。2020年，使用超高效液相色谱测定食品中的呋喃丹，替代原有高效液相色谱法测定食品中的有机酸。

2.2 针对学生食品分析能力发展需求更新的实验项目

针对培养目标，食品分析实验任务之一是锻炼学生独立开展实验时的规范性、分析方法基本数据的获得及评价，因此，实验设置方法相对简单、学生比较熟悉的苯酚硫酸法测定糖含量的方法，设置回收率实验，通过试验学生学习到试验方法评价的基本流程和设计方法。同时设置氨基酸分析的2种方法的精密度及显著性比较，学生学习不同方法比较的试验设计方法。

2.3 改进后的课程体系

学生将无机及分析化学、有机化学、生物统计学、生物化学、食品加工工艺学、食品化学、食品营养学课程上学习的知识应用于解决食品分析问题上，每个实验项目对应训练相应的课程目标，具体包含的实验项目如表1所示，课程完成后，根据其对应的课程目标设计的实验观测点给出成绩，根据实验项目最终成绩得到相应课程目标的达成度评价。

表1 食品分析综合实验课程内容设计

食品分析综合实验设置项目包括水分、蛋白、脂肪、矿物质、糖类、氨基酸、维生素、色素、农药残留、食品流变学特性、感官评价等，内容涵盖基本成分分析、组分分析、农药残留、食品添加剂及物性性质分析。从技术手段上，包含滴定法、紫外-可见分光光度法、原子吸收分光光度法、荧光分光光度法、超高效液相色谱法、流变仪、感官分析法等。从数据分析上，包括精密度、回收率、方法差异比较、方差分析等。

3 教学方式改革

课程的首要任务是学生能够通过课程的学习和实践，融会贯通前期数学、化学、生物等工程基础课，用于食品分析应用实践上。现有食品分析手段的传承，是食品分析课程学习的第一步，而食品分析思维方式的形成，现有分析手段的批判，新分析手段的吸收、学习、拓展与开发，是食品分析人才在未来职业发展潜力的重要衡量指标，是课程培养能力的重点和难点。在食品分析项目的情景下，采取问题式教学，促进学生整合、反思原有知识，将所学理论知识用于解决食品分析问题上，实现实验结果的反思，新方法的评价实验设计，数据分析等。学生食品分析能力得到深化和拓展[7]。

3.1 基于项目的学习方式

课程根据食品分析任务对专业要求内涵与复杂性，将食品分析涉及的项目归纳总结并挑选具有代表性的检测项目，兼顾技术手段使用上的系统性，设置5个食品分析职场情景的教学环境，包括原料质量控制、实验方法建立与评价、营养成分分析及分析仪器使用、食品添加剂的检测、食品物性分析，共14个实验，覆盖现有食品分析技术手段、检测项目，满足相关企事业单位对食品分析人才需求。所培养学生在相关单位评价为上手快、基本理论知识扎实，可以应对行业发展需求。

3.2 基于问题的教学模式

面对食品分析任务，根据食品分析检测任务，提出食品分析项检测目的是什么，被分析对象有什么样特点，与所在环境中的干扰物质有哪些，哪些特征可将被分析对象与所在的环境中的干扰物质中区分开来，这些特征由什么样的仪器测定出来，如何量化等一系列问题的设定和解决。培养学生的探索能力和拓展能力，且具备将这些能力内化，应用于新方法的建立和评价当中，提高学生综合运用专业技术知识解决复杂问题的能力[8]。

3.3 体验及团队协作式教学模式

项目中每一个实验都为综合性实验，将实验分为2人1组，分工合作，合理统筹，另外在项目的14个实验中，将不同组的同学划分为两大组，分成样品呈递组和品尝组2个团队，并且角色互换。在呈递组中进行样品、编号、分工、呈送工作，品评组同学根据品评表打分，一轮之后，2组角色互换。学生在此过程中扮演不同角色，可以自己对自己所扮演的角色、职责和团队中的作用进行描述，同时对整体团队的运行进行描述。学会换位思考，确立好自身的作用和位置。在实验实施过程中，交流，讨论，配合。

在实验内容上，学生体验学生根据食品感官特点，确定食品感官评定的指标和权重，数据收集，数据分析、处理和得出结论的全过程。同时采用虚拟仿真实验对电子鼻、电子舌、质构仪等一起进行模拟仿真操作，体会电子鼻、电子舌、感官评定之间的关系、优缺点及局限性。

4 学习过程管理与评价

对学生实验实施评价采用过程化管理。所有实验的准备经过精心策划，为学生准备精准的试验用具，规范的试验指导，让学生能够通过预习和老师的讲解，独立自主地完成试验操作。学生在操作过程中，可以逐一体验老师设置的关键点。另外，2位指导教师控制关键操作点的关键操作安全与规范。对学生的评价进行细致分解，预习报告20分（预习报告的撰写，上交是否及时10分，提问10分），实验操作包括桌面的有序性，操作的规范性、数据记录是否清晰、完整，实验规划的合理性及桌面卫生等。

实验报告成绩总分为30分（对应课程目标），是一个数据是否处理得当（10分），实验现象是否记录清楚（10分）、对实验结果的评价与反思（10分）的评分体系。通过对学生实验过程的关键点控制，包括：当堂预习报告的上交，批改发回，讲解中的提问、实验过程的关键环节指导，下课前对记录的数据进行批阅、审核，实验报告的批改、反馈等。这些对学生上课状态进行了妥善管理和保障，给予学生独立开展实验的空间，收到良好的效果，通过评价、反馈，学生逐渐养成独立、有序开展实验的能力。

在体验及团队教学环节中，根据学生任务完成情况，对学生的表现进行打分。包括查阅资料的渠道及权威性（10分），方法的比较和选择（10分），实验方法的确立（10分），实验步骤是否可行及内容是否完整（10分），实验实施是否清晰（10分），数据是否完整，数据质量及数据处理是否规范（30分），对整个实验的反思和改进（10分）。

5 教学反思和持续改进

设计问卷，调查教学过程中学生的学习体验、意见和建议。另外根据相应的实验设置与课程目标之间的关系，设计考核环节，计算课程目标的达成度，并对其达成情况进行反思，将改进方法交予专业教学指导小组。教师及专业教学指导小组对实验内容和课程目标达成情况进行充分的评估，并探讨改进方式和方法，制定改进措施和方案。

6 结语

学生通过食品分析综合实验的5个项目，综合训练了各类检测方式、设备的实际操作，对每种方法的原理及局限性进行了反思，锻炼了知识整合和应用的能力，形成了食品分析问题的解决思维逻辑，体验了团队配合模式，综合提高了学生解决食品分析领域的能力。此次教学改革达到顶石课程“以学生为主体，以教师为主导，充分发挥学生的主动性”的教学理念，体现食品分析技术发展的需求，收到良好的教学效果。