思维导图在“食品生物技术”课程教学中的应用

李才林，闫伟伟，吴海柱，秦少伟，赵利峰

（桂林旅游学院 广西 桂林 541006）

“食品生物技术”是食品类（本科）专业的专业课。从科学研究上讲，食品生物技术借助现代分子生物学的相关理论，利用五大生物工程技术，研究食品微生物学、食品化学、食品加工和食品检验等方面的基本知识和基本技能，进行食品的研发、生产、检验、分析、品控等；例如：新款零食的研发与生产，香肠、肉脯等肉制品的加工，酸奶、牛奶、奶片等乳制品的加工，食品营养成分和添加剂的检验与分析，食品品质和卫生的把控等[1]。从学习内容上讲，“食品生物技术”课程的主要学习内容包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等食品生物技术的基本理论和手段，以及这五大工程和技术在食品工程中的运用等；同时涵盖食品生物技术发展简史和食品生物技术领域在国内外的研究进展等相关内容，整体内容体现生物技术在食品产业的影响和该技术领域的发展方向[1-2]。从课程目标上讲，在知识目标上，学生通过本课程的学习，需要掌握生物技术的五大工程，理解生物技术的下游过程及上下游技术的关系，了解食品安全的常用检测方法；在能力目标上，学生通过本科程的学习，可以提高自身的专业能力，有利于在走上工作岗位后为食品行业把好食品质量和食品安全关，为运用先进生物技术去设计新型食品、开发新食品原料，以及革新食品生产工艺提供知识和技术储备；在素质目标上，食品生物技术要培养具有独立思考、分析和解决问题能力的学生，为后续课程学习及职业能力、创新精神、科学作风和综合素质的提升打下坚实基础。桂林旅游学院休闲与健康学院2019 级的食品质量与安全专业的“食品生物技术”在第六学期开设，理论课程26 个学时，实验课程6 个学时。学生在开课之前已经学习了“食品生物化学”“食品分析”“食品微生物学”等课程，具有一定知识储备。通过本课程学习为后续食品保鲜、食品加工、食品开发、食品贮藏、食品安全与质量控制等相关课程的学习打下理论和技能基础。

“食品生物技术”课程内容分为两个部分：一是基础部分，主要包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等基本理论和技术。这些理论技术涉及生物学专业的基础理论，知识比较抽象，内容综合性强，而食品专业学生的生物学知识储备相对薄弱，大多数学生学习效果欠佳。特别是在学习基因工程和细胞工程等内容时，新概念、新知识都让学生茫然不知所措，对知识脉络和章节间的关系不能很好地领悟和掌握，久而久之逐渐丧失对课程的学习兴趣。二是应用部分，主要包括分离技术、检测技术和废物治理技术。这些学习内容实践性强，特别是和各种生产案例相结合，知识呈现一定程度的碎片化，学生不容易抓住重点，也不容易总结和记忆。笔者从近几年的教学实践中也发现学生在食品生物技术上普遍感到难度较大，学习耗时较多，考试成绩不理想等，所以有必要探索一种新颖和有效的教学方法，一方面来提高学生对学习“食品生物技术”的兴趣，另一方面帮助学生对所学知识进行梳理和总结。

近几年，一些比较热门的教学方法陆续在课堂教学中得到实践和应用，比如LBL（lecture-based learning）教学法即强调利用多媒体与板书相结合的方式、系统地讲解基本知识和基本理论，并注重讲授过程中对学生的学习进行及时的指导[3]。PBL（problem-based learning）教学法又名问题教学法，这种教学方法强调以问题为学习导向，在教学过程中以学生为中心，最大限度地把学生当作课堂的主体，让学生在思考问题、解决问题的过程中完成学习[4-7]。TBL（team-based learning）教学法强调教学要以学生为中心、以团队为基础，从而让学生通过团队讨论、团队协作提高学习能力、协作能力和自我管理能力[8-9]。“Sandwich”又称“三明治”教学模式，该模式通过在教学中增加小组讨论环节，达到促进师生、生生之间交流，从而调动学生的积极性，提高学生自我学习、自我思考的能力[10]。在众多教学方法中，思维导图（Mind Mapping）是一种培养学生自我建立知识架构的有效方法。该教学方法又称心智导图，能够培养学生的图像式思维和图像式思考，是一种简单高效的教学辅助工具。自20 世纪70 年代被英国学者Tony Buzan 创立以来，因为它可以利用绘画技巧，图文并重地把各级主题的隶属关系与层级表现出来，将主题关键词与特定的颜色各图像在大脑中建立记忆链接，能够充分发挥左右脑的逻辑与思维优势，开启大脑的无限潜能，增强人类的总体规划能力、学习记忆能力、立体思维能力，所以许多学者认为思维导图是一种突破性的教学辅助工具[11-12]。目前，很多教育发达国家的学校已经普遍推广使用思维导图，并将其上升到国家教育改革策略的高度，在实际教学实践中也取得了显著成效。例如，思维导图在新加坡成为从幼儿园到大学的必修课程；思维导图教学模式也在大多数美国学校得到了应用，许多教师认为这种教学方法是未来的教学工具[13-15]。

因此，为帮助学生高效掌握“食品生物技术”课程的知识内容，构建完整的食品生物技术知识框架和体系，培养学生的发散性思维能力和逻辑归纳能力，并提高学生学习“食品生物技术”的兴趣和效率，我们尝试将思维导图模式引入“食品生物技术”课程的教学实践中，以期达到融会贯通和学思结合的良好效果。

1 教学对象与教学方法

1.1 教学对象

以桂林旅游学院休闲与健康学院食品质量与安全专业两个班级的学生为研究对象，这两个班级各30 名学生，均为统招学生，入学成绩相当，使用教材相同。

1.2 教学方法

1.2.1 教学实施过程

桂林旅游学院“食品生物技术”课程在第六学期开设，理论课时26 个，每周2 节课。对2019 级食品质量与安全专业的两个班级，在其中一个班级以传统教学模式进行教学，在另一个班级用思维导图模式进行教学。传统教学班级和思维导图教学班级的教学内容相同，同步进行授课。对思维导图班级而言，在每一章的课堂教学结束后，要求该班级学生绘制本章节知识的思维导图，进行重难点的梳理，提倡通过创新设计来展现主题。

对于思维导图班级的学生而言，并非只是简单要求学生制作某一章节的思维导图而已，而是教师在多个环节方面下功夫，力求学生在思维导图这种形式上的学习效果最大化。例如“食品生物技术”的第二章食品与基因工程，学生在课堂上学习完第二章内容后，首先，要求教师引导和启发学生进行课堂讨论，及时对本章节的内容和知识要点进行归纳、总结和梳理，并在此过程中，提醒学生对本章中相似知识点进行甄别。通过教师在这一环节的引导和启发可有效避免学生课后对所学知识总结的懈怠、搁置和拖延现象，能够使学生形成一个有效的闭环学习模式。同时，在这一环节中，为使学生更好地理解和掌握本章的重点和难点知识，要求教师还要尽量做到把知识点化繁为简，比如需要学生掌握基因工程的五个操作步骤：目的基因的分离和制备、载体和基因的限制性酶酶切、载体和基因连接形成重组体DNA、重组体DNA 转化感受态细胞、含有重组DNA 的阳性细胞的筛选和增殖等，这些知识点较为枯燥和庞杂，对于食品专业的学生来讲，由于他们的生物学背景相对较为缺乏，对这些繁杂和晦涩的知识难以很好地理解和掌握。所以，为了方便学生理解和记忆，教师可以将基因工程的五个烦琐操作步骤总结为五个字——“分、切、连、转、选”，这样，学生通过对这五个字的记忆，再结合课堂上所学的详细知识内容，就能够扎实和牢固地掌握基因工程的操作步骤。

其次，教师在引导和启发学生总结的基础上，要求思维导图班级的学生绘制本章的思维导图。在这一环节中，教师着重提醒学生把握本章节的重难点内容以及各部分知识点的脉络层次和结构关系。根据第二章食品与基因工程的组织框架和脉络层次，该章总体可分为八个部分：概述、工具酶、目的基因的制备、基因载体、基因重组、转化增殖和表达、基因工程在食品中的应用以及后基因组学等。其中，基因工程的操作步骤、目的基因的制备、阳性克隆的筛选等为其重点和难点内容，这些知识点均需要学生重点去理解和掌握。所以，要求学生在对本章思维导图进行组织、构思和设计时，对这些重点和难点内容能够做到有所侧重，分清楚主次，并且还可以通过标记一些特殊符号或突出文字颜色等多种方式体现在思维导图中。比如，可以用五角星标记概述中基因工程的概念和操作步骤、工具酶中限制性内切酶的特点和种类、目的基因制备中的PCR方法、基因载体的特征、基因转化的条件以及阳性克隆的筛选方法等这些重点内容。通过这种重点标注方式，能够使学生对本章节的重难点知识做到心中有数、一目了然，从而建立起一套完整的知识架构和体系。

最后，要求学生对本章思维导图进行知识输出。在该环节，学生先进行分组，组成4―5 人的小组，然后以小组为单位进行思维导图的课堂汇报。小组内每位学生汇报时间为5 分钟，主要汇报自己制作本章思维导图的设计思路和表现形式，同时也考查学生对本章节重点知识的掌握程度。不仅如此，本环节中在每个小组学生汇报完后，还需要由其他组学生对该组学生进行课堂点评，点评内容包括对知识的理解、思维导图的表现形式和风格以及语言表达能力等多个方面，并且还可以针对本章内容对该组学生进行提问，然后根据汇报学生的课堂表现分别给出本组学生该章思维导图汇报的得分成绩。学生的课堂得分成绩最终会计入本组学生的平时成绩，并纳入其期末总评成绩中。所以，在该思维导图的汇报和展示环节中，不仅要求学生能够对本章节的知识点和结构脉络了如指掌，思维导图设计合理、脉络清晰，而且还要求有流利和清晰的语言表达能力，能够流畅和清楚地通过思维导图来汇报本章的知识内容，要求学生既会做又会说。这一环节的最后，教师对每组学生进行总体指导和总结，指出每组学生的优点和不足，对于优势方面，引导其他学生如何借鉴，而对于不足之处，则给出具体建议和参考，以利于以后思维导图任务的完善和提高。该环节把学生的课堂得分与其期末总评进行挂钩，这种形式不仅能够极大地调动学生的学习积极性，促使其在课堂学习及设计思维导图等各个环节下功夫，而且也极大地锻炼了学生的语言表达能力和团队合作能力。

1.2.2 教学效果评价

成绩评定：采用期末闭卷形式对学生进行考核，传统教学班级和思维导图班级均采用同一试卷进行考试，试题难度、试题数量均相同。

学习兴趣评价：以问卷形式进行调查，内容涉及学生自身对“食品生物技术”课程难易程度的认识、重点内容的掌握技巧、未来进一步深造的意愿方向以及课堂汇报的收获等。

2 结果

2.1 学生成绩考核

经过一个学期的思维导图方法在“食品生物技术”课程教学中的探索和尝试，通过对比传统班级和思维导图班级的期末考试成绩，我们发现与传统教学班相比，采用思维导图教学的班级期末考试平均成绩（82.35±9.24）明显高于传统教学班级的平均成绩（73.22±11.14），说明思维导图这种教学模式对于提高学生的学习成绩是一种有效的方法。

2.2 教学效果

通过问卷调查发现，相比传统教学班级的学生而言，思维导图班级的学生对“食品生物技术”课程的重难点有较准确的把握，且能够自觉寻找适合自己的学习和记忆方法，对本课程的学习热情和学习兴趣明显高涨。并且思维导图班级的多数学生在未来选择考研方向上，愿意选择考试生物科目的专业和学校。

表1 思维导图教学班级与传统教学班级教学效果比较

3 讨论

随着经济与社会的发展，人们对食品的营养性、可口性、安全性的要求越来越高[16]。近年来，伴随科学技术的发展，食品加工过程中现代生物技术的使用也越来越广泛，食品生物技术提高了食品的产量、拓展了食品来源、保证了食品的质量[17-18]。正因为上述原因，学好“食品生物技术”课程对食品质量与安全、食品科学工程等食品类专业的学生有重要的意义。但这门课程涉及大量生物学相关的知识，特别是五大工程的一些内容，例如基因编辑，知识较为抽象，内容综合性强，即便生物专业的学生也不容易理解掌握。食品专业学生的生物学知识储备相对薄弱，大多数学生要理解和掌握这些内容就更不容易。而在学习发酵工程等内容时，又涉及物理化学和食品工程的内容，新概念、新知识都让学生茫然不知所措，对知识脉络和章节间的关系不能很好地领悟和掌握，久而久之逐渐丧失了对课程的学习兴趣。作为一门交叉学科，“食品生物技术”涉及生物、食品、物理化学等多个学科的内容，其内容繁杂，代谢途径纵横交错，既枯燥又抽象，导致在“食品生物技术”的实际授课中存在教师难教会，学生难学懂的问题。所以，如何走出这个困局，让学生对学习本课程津津有味而乐此不疲一直是一线教师考虑的问题。

思维导图作为一种发散性思维工具，极大地解决了这个难题。学生在学习完一个章节后，特别对于跨时间长的多学时章节，及时梳理和总结本章知识点，构建知识框架和知识关联层次，从而理清本章节整体知识脉络和逻辑关系。我们通过在“食品生物技术”课程中实施思维导图的教学方法，不仅使学生掌握了所学课程知识，形成一套完整的知识结构体系，而且培养了学生对知识内容的梳理意识和总结能力，为未来走上社会或进行深造打下良好的素质基础。

实践证明，将思维导图的教学方法融入“食品生物技术”课程，相对于传统教学模式，是一种创新和改革，有利于培养学生的综合素质，这种教学方法能够很好地增强学生学习的主动性，能够帮助学生构建系统的知识体系框架，有效提升教育质量和教学效果。