科教融合视角下食品营养与健康专业创新实验教学模式

关键词：食品营养与健康；实验教学；科教融合；教学改革

0 引言

为提升国民健康水平，推进健康中国建设，我国相继出台了《国民营养计划（2017—2030）》《“健康中国2030”规划纲要》等。同时，我国营养保健食品、特殊食品及特殊膳食食品市场规模位居全球第2位，对具有扎实营养健康教育背景的技术及管理人才需求急剧增加。

食品营养与健康科学是近年来很多高校开设的新兴本科专业，致力培养具备食品营养与健康分析、研发、生产和监管等多方面专业能力的高层次人才，服务未来食品产业及大健康产业高质量发展需求。

以华南理工大学食品科学与工程学院为例，新专业设置了食品新产品研发与设计、营养工程学等特色理论课，搭建了健康食品良好生产和食品理化性质虚拟仿真软件配合教学。但相关实验课仍沿袭传统教案，缺乏专业特色和学科发展，难以支撑后续人才培养和专业发展[1]。建设紧贴专业培养目标的综合型创新型实验迫在眉睫，是当前实验教学改革研究的重点和难点。

2019年10月，教育部发布《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》中提出，推动科研反哺教学；强化科研育人功能，推动高校及时把最新科研成果转化为教学内容，激发学生专业学习兴趣。因此，引入本学科最新科研成果转化为实验教学非常重要，通过提供大量潜在资源对实验内容进行扩展更新，解决传统课程具有一定滞后性和与学科前沿脱节问题，提高教学质量[2-3]。

与传统实验相比，本类实验具有较高的创新性和挑战性，实验完成时间长，对教师辅导要求高，仪器设备台套数和大型精密仪器需求多，实验操作开放性大，对学生综合知识和动手能力要求都较高，开设出一个合适的实验课程考虑因素多、难度大。同时，科研成果的完成人鲜少是一线教师，对如何将前沿成果转化为教学内容尚不熟悉，会出现两者看似融合却貌合神离的情况。

结合多年实验教学和管理经验，依托学院食品科学与工程和食品质量与安全双一流优势学科和ESI全球排名前1%特色研究成果，实验中心教学团队探索并实践了科研成果转化为创新实验教学模式，开设多项科教融合实验课，取得良好效果[4-6]。

1 选择原则

选择合适的科研成果是实现成功转化的前提和基础。许多科研成果虽然具有较好前沿性和创新性，但直接转化可能存在科技亮点与本科教学知识点关联少、学生实验操作较难印证理论知识、科研探索过程难以浓缩在有限学时中等问题，因此在科研成果选择中可考虑4个方面。

1.1 匹配度

选择的科研成果不仅要创新亮点突出，充分体现学科领域前沿进展，还需要高度匹配对应课程培养目标，密切契合课程特色，具有较强转化为一个完整实验项目的可行性。在教学目标设计上要将科研成果的亮点与课程教学大纲要求掌握的知识点进行结合，将需要传授给学生的知识技能设计在实验方案中[7]。

1.2 紧贴社会热点

前期调研发现，选择与生活联系紧密、体现学科丰富应用的科研成果进行转化更能调动学生的学习兴趣，学生对紧贴社会热点、解决生活实际问题的实验表现出了极大的学习兴趣和热情，愿意主动运用所学知识分析解决实际问题。

1.3 思政元素丰富

科研成果应具有丰富的思政元素，如民族自信、食品安全、乡村振兴、绿色生态和刻苦奋斗等，能从多个方面将思想政治教育的价值理念和精神追求融入到实验全过程中，以润物细无声的方式培养学生家国情怀、责任担当、创新意识和环保理念等，潜移默化地提高社会主义核心价值观和道德素质修养，做到专业知识传授与思想政治教育的同向同行[8]。

1.4 高阶性和学科交叉

科研成果要体现食品专业知识的高阶性和综合性，包含多学科知识和技术，培养学生综合运用专业知识和跨界思维的能力。

2 转化过程

科研成果向实验教学转化并实施的具体流程如图1所示。

2.1 选择成果、制定目标

学院教学指导委员会定期组织学院科研教师和本科实验中心教学人员交流沟通，对接科研项目和成果。首先根据选择原则初步筛选合适的科研成果，构建项目数据库，后续根据科研进展更新数据库内容。

确定好科研成果后，梳理其中的科技亮点，提炼计划教给学生的知识技能，与教学大纲所要求的知识点进行对应和匹配，了解该成果的研究背景和研发经历等素材挖掘思政元素，确定转化的广度和深度。

以新开设的食品包装技术实验课中“明胶−淀粉复合膜制备和性能评估”实验项目为例，内容来源于国家自然科学基金“淀粉相变进程中的智能调控及行为机制研究”，该项目成果处于国际先进水平，能让学生切身体会到中国科学技术的高速发展，坚定民族自豪感和报效祖国的使命感。研究内容为绿色全降解淀粉基发泡材料及作用机制，是一种高性能可降解包装材料，既涵盖塑料垃圾污染环境治理难题，又涉及绿色环保包装的行业研究热点，具有较强的实用性和热点性。科研成果中的材料制备、性能表征等研究内容不仅包含食品包装技术课程大纲中要求掌握的教学目标，更覆盖多学科知识。学生通过实验制备新型绿色包装材料并对其进行性能评估，体会到如何将所学专业知识运用到现实生活中，产生强烈的专业认同感和成就感。基于上述考虑将其作为向实验教学转化的科研项目。

2.2 落实内容、细化过程

确定转化项目后，科研教师和实验教学人员按研发过程将项目进行阶段划分，把教学目标落实到具体的实验内容上，该步骤需要考虑知识点难易度和学生的知识贮备是否匹配，教学目标和实验内容如何衔接，实验软硬件条件是否具备，实验课时数如何安排，转化的实验是否具有教学可行性。这些确定后，要细化科研成果在课堂中实现的形式、流程和教学方法，通过预实验或试运行确定具体实验步骤，包括实验课时数、试剂仪器、操作方法等。最后形成详细的实验讲义申报给学院教学指导委员会进行审批。

教育部多次强调要淘汰水课、打造金课，并提出了金课的高阶性、创新性和挑战度标准，特别是科教融合的实验课程教学，是带领学生重现科研成果获得的过程，具有较高的难度和挑战性，更注重对学生科研能力培养，要避免普通验证型实验根据讲义按部就班、实验内容和结果稳定不变的教学模式[9]。课堂教学时间毕竟有限，可选择模拟科研摸索的一些重要阶段，如对一些关键因素（如温度、时间、样品配比）进行研究，制备出的样品选择不同操作方法进行性能测试，使学生通过实践发现实验中的各种不确定性并学会分析处理[10]。

在“明胶−淀粉复合膜制备和性能评估”实验开课前，教师根据实验操作步骤、所需仪器设备和上课人数进行排课和安排上课地点。在食品加工实验室筛选不同原料比例和摸索不同制备条件制备复合膜，在标准感官评价实验室按品评流程进行感官测试、在大型仪器分析平台使用高端测试仪器进行质量分析。实验内容涵盖食品专业中多学科知识，如根据不同种淀粉的溶解度、膨胀势、老化值等选择原料种类（来源食品工艺学、食品化学等课程教学内容），考察不同共混膜的透光性、透水气性、机械性能等性质确定最佳配方（来源食品包装技术、食品感官评价实践、食品分析等课程教学内容），研究淀粉种类、加水量、增容剂种类和用量对共混膜性质的影响（来源食品质量管理、食品新产品研发与设计、计算机在食品工程中的应用等课程教学内容）[11]。这样可以打破学科知识界限、将各种专业知识串联、促进学生对多学科理论知识和实验原理的理解。

2.3 实验开课、作业优化

做好课程教学每个环节准备后，可以安排开课。鼓励科研成果的完成人参与实验课授课，亲身讲述该成果的研究背景、科学意义、研究内容和经历困难等，指导学生实验操作上的重难点如何解决，这些举措能更好地增强学生科研自信心和专业认同感。上课时间可根据学生意见安排在课内或课外，课外开课不用考虑课时数限制，学生可根据实验进程调整方案多次探索，更利于科研成果分步重现。可邀请教学督导和有经验的教师看课听课。

传统教学多采用固定模板的实验报告，学生往往照搬照抄、机械填写。本实验采用预习和实验双报告作业形式。预习报告包括背景调研、文献查询、实验方案设计和过程预测，让学生做好扎实的课前预习，理解实验原理和知识点、熟悉实验方法、判断可能出现的问题、提高实验教学效率[12]。课后撰写科研论文式实验报告，包括题目、摘要、关键词、前言、实验步骤与结果分析及讨论与展望，与传统常规实验报告不同、这种实验报告每部分的能力培养目标都与不同实验环节相对应，更注重学生个性化培养和价值塑造，给学生充分自由发挥的空间、更能培养学生观察、分析、概括总结及全局把握的能力[13]。

在“明胶−淀粉复合膜制备和性能评估”实验项目中，由于实验耗时较长，安排在课外时间段开设，认定选修课学分，教师发开课通知到相应年级的学生QQ群里，学生自愿报名参加。这种上课方式的优点是参加学生确实对实验有兴趣，能坚持认真完成实验；学生没有较强考核压力能自由探索不同实验方案；小班教学和分小组让教师有充沛的精力辅导每个学生；学生使用高精尖先进仪器时间充足。

4～5名学生为一个小组，课前完成预习报告和教师讨论后方可开始实验。课程分两次开设，整体8～10学时。第1次采用单因素、正交试验等设计方法筛选明胶、羟丙基淀粉和甘油最佳混合配比并制备复合膜（4～5学时），第2次进行质量检测研究复合膜的性状，根据国家标准测定感官指标，采用拉伸压缩材料试验机和物性测定仪测定机械性能，采用高端精密仪器Merlin扫描电镜观察微观形貌（4～5学时），课后统计分析数据进行综合评估并提交一份科研论文式实验报告。这种亲身实践式教学能让学生掌握科研实验设计方法，会对结果进行分析和取舍，学会使用绘图、SPSS等各类科研软件。使学生熟悉科研流程一般步骤，培养学生创新思维、全面提升学生的科研实践能力。

2.4 效果考核、反馈提升

在本实验课中，师生在教学过程中的角色发生转变，学生作为主体负责把控实验进度，摸索解决实验难点，教师进行启发引导和答疑解惑的辅助配合。考核机制由传统侧重结果改为强调过程，将学生在实验中表现出的探索创新、动手操作、团结合作和不怕挫折等能力作为课程成绩评价依据。开课一段时间后，可听取学生、督导、同行教师各方面的意见和建议，查漏补缺，根据科研进展更新实验教学内容和改进教学方法，进一步优化教学，促进实验育人的多学科协同互补。

“明胶−淀粉复合膜制备和性能评估”实验项目已开课3年，对参加课程的98名食品专业本科生进行问卷调查，结果如表1所示。大部分学生认为课程内容丰富、可操作性强，能切实提高科研创新和各方面能力。许多知识点不再是理论课课堂上走马观灯、纸上谈兵式学习，而是通过自己一步步操作融会贯通，应用在实际需求中。

3 实施效果

3.1 科教融合，构建实验教学长效更新机制

将高水平的科研成果转变为教学资源融入实验教学中，能解决传统实验课程具有一定滞后性、教材更新与知识发展存在断层等问题，增加实验内容的高阶性、创新性和挑战度。将符合要求的科研成果构建成项目数据库，不仅能保障实验教学源源不断地更新，还能促进课程建设和专业建设，为建设双一流学科打下基础[14]。

3.2 提升教学水平，促进师生学习能力共同提高

实验教师多为普通教学教辅人员，较多时间和精力放在教学上，对科研投入较少或不熟悉。开设此类实验能让教师深入接触最新学科发展和前沿技术，增强专业学习和科研能力，实现个人职业发展和提升[15]。对学生而言，既锻炼了实验操作、数据处理和总结分析等科研创新能力，又培养了勇于担当和团队协作的集体合作精神，更强化了攻克科学难题的恒心毅力和挑战实验困难的实战能力，综合能力和专业水平都得到了综合培养，为今后参与科研课题、技术开发和社会实践奠定基础。

3.3 同向同行，实验教学与思政育人双丰收

与传统教学相比，科教融合的教学内容更全面丰富，可融入思政元素更多，促使学生快速形成正确的政治方向、价值取向与学术导向。问题调研和文献检索环节能让学生了解中国科学技术高速发展，坚定民族自豪感和爱国情怀，激发学生创新意识和绿色环保理念；实验操作（材料制备、制备表征、性能测试）环节能培养学生大胆尝试，勇于探索的实验精神和严谨规范，务实求真的科研态度；小组合作和论文撰写能提高学生团队意识和集体荣誉感，训练分析、归纳、总结和写作能力。

4 结束语

目前，华南理工大学食品科学与工程学院本科教学实验中心已开发出一些紧贴社会热点问题和专业最新成果的创新实验项目，如根据国家自然科学基金和本科生科创项目转化的“不同功效成分软胶囊生产和质量检测”（适用于食品分析实验课）和“明胶−淀粉复合膜制备和性能评估”（适用于食品包装技术实验课）实验项目。目前已有3届本科生参与相关课程并在此基础上拓展，申请大创、百步梯等学生科技创新项目立项3项，发表论文5篇，申请专利2项，取得了可喜的教学成果，表现出良好的创新潜质。

在转化过程中也有一些挑战，如选择的科研成果如何做到既和课程教学大纲契合度高、包含知识点和思政元素充足，又能将这些丰富的教学元素融合在有限的课时数里；确定的科研成果如何细化在课堂中实现的形式、流程和教学方法，如何设计实验教学方案、如何将科研成果的亮点和课程教学大纲的知识点进行结合；将科研步骤进行分解时，哪些是实验课教学中需要重点掌握的技能和方法、哪些是重复操作可以忽略；制定正确的考核机制和评价手段提升学生的上课积极性，在转化时都需要充分考虑。

研究如何推动科研转化和科教融合、建设打造创新实验课程，能更好地将更多前沿科研成果推向实验教学，以更优质的教学内容丰富实验课程体系，促进实验教学质量和水平的全面提升，全面培养满足时代需求的创新型人才。