《食品化学》专业课程的仿真模拟教学模式构建

杨文建 裴斐 马高兴

摘要：《食品化学》课程是全国各大高校本科食品专业中一门重要的专业基础课程，本文在传统的讲授式、讨论式、试验科研式、翻转课堂等教学模式的基础上，阐述《食品化学》课程仿真模拟教学发展背景与目的，进一步探讨《食品化学》课程仿真模拟教学模式和方法，为《食品化学》课程的仿真创新教学方法提供基础，同时，对提高学生对课程知识的掌握具有重要的意义。

关键词：食品化学；仿真模拟教学；系统化与模块化

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）23-0099-03

2017年，我国食品工业总产值突破12万亿元。随着食品产业规范化、工程化、功能化和国际化的进一步推进，食品产业从生产、采后贮藏保鲜、加工、营养与安全、市场物流与消费等多个环节都对食品专业领域的产学研用人才需求越来越大。食品专业是对农、林、牧、副、渔等部分生产产品的贮藏加工特性进行研究的一门综合性专业，与人们生活密切相关。为了满足现代食品产业在新时代背景下的快速发展以及食品行业新业态需要，全国已有超过300所高校开设了食品科学与工程本科专业，在校学生总数达5万人以上[1]。然而，目前我国食品专业大学生培养存在诸多问题，主要表现为学生专业基础知识薄弱、实践不足、动手能力差、创新能力缺乏等问题，难以适应企业对多元化人才的需求。培养好如此大规模的食品专业在校大学生，使之成为食品产业中的高水平综合型人才，对我国食品产业未来的发展至关重要。

一、多元交叉性专业课程特点需要一种新型教学模式

《食品化学》课程在80%以上高校的食品科学相关专业本科生专业培养方案中是一门重要的必修基础性课程和主干课程。这门课程是从化学角度和分子水平研究食品中的化学组成、结构、理化性质、营养和安全性质以及他们在生产、加工、储藏和运输过程中发生的变化，以及这些变化对食品品质和安全性影响的一门学科。也是一个涉及微生物学、动物学、植物学、食品物性学、物理化学、食品工艺学、食品营养学、园艺学、酶学、食品添加剂、食品安全等诸多学科与领域的一门基础课程[2]，所以说，《食品化学》是一门集宏观与微观、具体与抽象、理论与实验、宽度和广度为一体的交叉性很强的课程，食品专业本科学生开设的大部分专业课程都是立足于《食品化学》这门基础课程的基础之上，学生对《食品化学》课程的知识掌握程度严重影响着他们对其他专业课程的学习。这种复杂的、全面的、基础性的课程特点决定了《食品化学》课程教学的难度，其不仅要涉及化学反应原理的基础理论知识教学，还要涉及加工工艺的步骤和现象，更要有安全检测和生产性试验；既要启发学生的探索创新性思维，又要培养学生专业技能和实际应用能力。这就决定了很难用传统的讲授式教学模式来达到《食品化学》课程多学科交叉特性的需求，势必要发展一种新型的教学模式来满足课程的综合理解和产学研用人才培养。

二、传统的讲授式教学方式缺乏启发性和趣味性，亟需一种新型的教学模式

随着教育行业的不断发展和教学方式的多样化，除了传统“讲授式”教学模式外[2]，逐渐出现了讨论式教学、演示式教学[1]、试验式教学、翻转课堂[3]、仿真模拟式教学[4]等诸多方法。针对不同类型的课程内容，如何在传统教学模式的基础上，创制新的教学模式提升学生的学习效果，是目前大学生创新性教学的一个重要突破口。近几年，为了提升教学质量，各个高校的《食品化学》课程主要采用多媒体教学辅助“讲授式”教学的主流方式，通过课堂PPT展示文字、图像、声音等多种媒体向学生形象地讲授知识，这种教学方式确实大大改善了传统教学的枯燥性，极大地丰富了课堂教学内容。但这种教学方式往往会出现教材知识点照搬到PPT上或课程知识信息量过大导致学生对大量涌来的信息难以消化吸收等问题，使对具体物质、工艺原理、化学反应的讲解变得抽象化和理论化，学生兴趣度低、知识掌握差，从而降低了学生对相关知识的学习消化效率，削弱了课程知识的趣味性和学生的学习动机，导致学生的兴趣不高及技能掌握和创新意识差，很难达到该课程的教学目的和产学研用人才培养的目标。如何构建一种新型的教学方式来达到增强学生兴趣点，提高学生的出勤率、听课率、掌握率和运用率，促进食品领域产学研用型人才的培养，是《食品化学》课程教学模式改革的重点。

三、“仿真模拟”教学是《食品化学》教学方式的必然趋势

随着计算机网络技术的发展，互联网教学和多媒体教学在大学课程教学中显得越来越重要，“互联网+”时代的发展也迫使课程教学方式的现代化。《食品化学》仿真模拟教学是通过一些仿真模拟组件构建起来的用于模拟食品原料、加工、贮藏等过程中一些化学反应原理与现象、组织结构微观变化、分子交互作用原理等的教学方法，这种模式对课程中涉及的食品贮藏加工品质变化现象、过程、工艺、原理和化学反应等以计算机模型进行仿真模拟试验的方式呈现。“仿真模拟”教学把传统的抽象讲解转变为计算机演示和操作，更生动具体地向学生展示一些专业知识。结合企业实际生产对仿真模拟内容进行特殊的专门设计，使学生如身临其境一般体验和了解科学探究的过程和方法，提高创新意识和科研思維，使学生对知识的理解印象更深刻、更容易掌握，增强学生的实际应用能力[5]。尽管“仿真模拟”的教学方式通过虚拟模型能够形象具体的展现一些传统课堂或实验课程无法形象诠释的专业知识，但目前很多课程根本没有配套的仿真模拟实验数据库，主要是仿真模拟系统制作起来比较烦琐、成本较高且需要很强的“食品+计算机”专业技能，导致虚拟仿真教学模式在专业课程教学中实际应用并不多，尤其是在食品学科领域的仿真模拟教学模型非常少。通过建立配套《食品化学》课程的仿真模拟数据库，对推动本课程的教学乃至整个学科其他专业课程的教学都具有重要意义。

尽管一些高校的《食品化学》课程配套了试验课程，但这些真正的操作性试验具有消耗时间、人力、物力等特点而无法覆盖整个课程内容，而“仿真模拟”教学是建立在计算机基础上的实验课，其以高度仿真技术提供给学生与实际操作一模一样的线上模拟实验，既节约了学生的大量时间，还能够降低实验课程教学成本，同时强化了学生对知识点的记忆力，培养学生的主动思考能力、科研探索能力，充分挖掘仿真模拟在创新性学习中的功能，发挥其在创新性学习中创设问题情境、验证假设或猜想等环节中的作用，让学生的学习方式实现由被动接受式学习向主动探究性学习的根本转变。因此，建立《食品化学》课程仿真模拟教学模式不仅是课程教学模式发展的必要需求，更是推动整个食品学科领域发展的重要手段。

四、《食品化学》仿真模拟教学的目的与思路

针对目前食品产业市场对食品专业的产学研用人才的需求，利用仿真化学实验室、仿真生物实验室和仿真物理实验室等多个仿真模拟软件，构建《食品化学》课程配套的适用性广、实用性强、教学效果显著的仿真模拟动态模型，建立一种适合于培养创新型、应用型、技能型、产学研用综合型食品专业人才的《食品化学》仿真模拟教学模式，调动学生的自主性、积极性、主动性、探索性、独立性，来增强学生兴趣点，提高学生对课程知识点掌握度、实践运用性，促进学生牢固地掌握所学专业知识，增强学生解决問题的能力，使学生具有一定的创新意识和创新能力。

五、《食品化学》仿真模拟教学模式构建方法

（一）《食品化学》课程内容结构系统化梳理

首先以《食品化学》课程教材为基本素材和研究内容，通过国内外数据库（CNKI、万方数据库、维普中文科技期刊数据库、Elsevier、Springerlink、Wiley-Blackwell、ACS等）收集总结大量课程相关国内外科学前沿知识，使课程内容与科研领域和实际生产应用相结合。然后利用“MindMapper Pro概念图工具”和“MindManager思维导图”梳理各章节内容，对各个章节的重要知识点进行逻辑化、模块化、结构化、层次化处理[6]。

（二）《食品化学》课程仿真模拟教学组件构建

针对课程涉及的重点食品贮藏加工品质变化现象、反应过程、反应原理、工艺规程、检测技术，分筛、精选和规划适合于仿真模拟教学模式的课程内容，并对筛选出来的内容课程单元化、模块化、系统化。针对课程涉及的一些化学反应现象、机理性阐述、试验、食品的加工技术等内容，以创新性试验设计、探索性科学研究、产业化实际应用为导向，利用仿真化学实验室、仿真生物实验室和仿真物理实验室等多个虚拟仿真软件，构建《食品化学》课程内容的仿真模拟组件群。比如，食品中淀粉分子的糊化现象，需要构建模拟加热水体系、淀粉颗粒体系、逐级糊化的淀粉分子体系、糊化淀粉分子体系等。面团形成过程中蛋白质网络结构形成，需要构建淀粉颗粒、淀粉颗粒吸水过程变化体系、面筋蛋白交联过程体系、蛋白网络结构与内嵌物体系、外源添加成分体系、添加物影响网络结构的过程体系等。

（三）《食品化学》课程仿真模拟教学系统构建

按照表1中设计的仿真模拟试验模块，并结合所构架的组件与模块体系，进一步对构建的试验组件进行集成和组装，形成一整套的食品化学反应、工艺、现象的仿真模拟动态模型，并进行仿真模拟进行模式的试运行、检验、改进。

六、结论

总之，新型“仿真模拟”教学模式改革是《食品化学》教学乃至整个食品科学专业课程教学发展的必然趋势，基于本文涉及的21个重要试验教学内容设计并建立《食品化学》课程的“仿真模拟”教学模块，可使学生更加牢固地掌握《食品化学》课程的重要知识点，为其他专业课程的学习和知识点掌握，发挥巨大的基础知识铺垫和支撑作用。同时，《食品化学》课程仿真模拟教学模式的构建，也为其他食品专业相关课程的仿真模拟教学提供技术支持。

参考文献：

[1]杨文建，俞凌.食品化学课程的新型“四维”教学模式研究与实践[J].农产品加工（学刊），2014，（10）：86-88.

[2]韩俊华，高文惠.《食品化学》课程教学中混合式教学模式的组织实施[J].教育教学论坛，2018，（18）：170-171.

[3]梁建芬.应用混合式教学方法，提高研究生专业课的教学效果——以“食品保藏技术研究进展”教学为例[J].中国农业教育，2017，（4）：31-34.

[4]郑虎哲，崔春兰.仿真模拟教学法在食品理化检验课程中的实施与思考[J].中国轻工教育，2014，（6）：89-91.

[5]李静，陈诺，邓泽元，阮征.虚拟仿真技术对食品专业改革发展的影响[J].教育教学论坛，2017，（23）：120-121.

[6]李晓英.基于CDIO理念的《食品化学》理实一体化教学改革思考[J].教育教学论坛，2018，（48）：101-102.