创新能力培育视角下“食品化学实验”教学模式改革研究

蒋志国，张伟敏，陈卫军，陈文学

（海南大学食品科学与工程学院，海南海口 570228）

“食品化学”是食品科学、营养学、食品质量与安全等专业的基础课程之一，“食品化学实验”教学是“食品化学”课程教学的重要内容。通过有序开展“食品化学实验”教学可培养学生独立思考能力、实践能力、探索意识及创新能力。习近平总书记指出“谁拥有了一流创新人才、拥有了一流科学家，谁就能在科技创新中占据优势”。同时，在国家创新驱动发展战略实施的背景下，国家建设与发展需要一支高素质、高水平的创新型人才[1]。为此，学校以培育创新型人才为目标，积极探索“食品化学实验”教学的改革方案，充分激发食品类专业学生追求知识、提升能力及探索未知的动力，为经济建设、社会进步及国家发展培育具有扎实基础理论、熟练实验操作技能和独立思考能力的创新型人才。

1 “食品化学实验”教学对培养学生创新能力的重要性

“食品化学”课程是食品科学学科中发展较快的领域，在教学中占据重要地位[2]。“食品化学实验”教学是检验学生理论学习成效和锤炼学生实践能力的重要途径，更是培养学生创新思维和创新能力的重要环节[3]。在食品类专业中，开展食品化学实验教学对培养学生创新能力的重要性主要体现在以下几个方面。

第一，“食品化学实验”教学可提升学生观察和探索能力。在“食品化学实验”教学中，观察与探索均不可或缺。学生通过仔细观察教师的示范，可以清晰地了解实验的基本操作及注意事项，并对实验涉及到的各类材料的特征予以清楚把握[4]；在具体实验过程中，学生在明确实验目的及操作重点的基础上，认真对待实验课程学习并细致观察实验过程的每一个细节，全面观察实验对象，利于培养和提升学生观察能力，形成严谨、细致的良好实验习惯。例如，实验涉及材料的颜色、形态、气味、特性等都需要经过学生的仔细观察才能够进行有效识别。同时，实验过程也是探究的过程。通过参加具体实验活动，对“食品化学”中涉及的物质组成、性质及物质变化等进行探究，利用增强学生学习主动性和创新意识。学生在仔细观察的基础上，遵循实验操作过程、做好实验相关记录，在完成实验的过程中锤炼自身的操作能力、实验能力、观察能力及探究能力，帮助学生从感性认识上升到理性高度。

第二，利于促进学生思维拓展，引导学生掌握科学的思维方法。在“食品化学实验”教学中，通过引导学生在积极思维活动的基础上，由浅及深地挖掘实验现象所反映出的本质，形成对实验内容的全面认识，引导学生从表面现象去挖掘内在本质，从感性认知逐步上升为理性认识。学生通过参与其中，可较好地锻炼思维，从成功中积累经验，从教训中反思不足，逐步掌握科学的思维方法。例如，在食品化学实验中的“红薯/马铃薯/黄地瓜中淀粉含量测定（碘量法）”中，学生通过认真观察和实验，记录现象，并回答教师提问，在学生之间，师生之间相互点评、补充的基础上，增强对知识的理解，在此过程中学生观察能力、探究能力、独立思考均会得到显著提升。

第三，“食品化学实验”利于培养学生合作学习的意识和能力。在实验教学过程中，学生通过组成学习小组，在彼此明确分工合作的前提下，充分地发挥集体智慧，实现彼此之间优势互补与彼此协作，完成实验活动，不仅利于提升实验效率，促进实验创新，更能够在相互交流学习的过程中实现学生个体的全面发展。同时，合作学习也利于提升学生解决问题的能力。各学习小组成员通过围绕实验项目任务依据各自能力进行合理分工，分别负责实验活动的不同板块，围绕实验过程中遇到的实际问题进行共同讨论和分析，最终探索解决实验中遇到实际问题的具体方案，确保实验活动有序开展。在此过程中，学生合作学习意识及合作学习能力均会得到提升。

总之，通过科学有序地开展“食品化学实验”教学，可以实现理论知识与实验实践的紧密结合，辅助学生借助实验验证理论知识，在反复实验的过程中探索新思路、凝练新观点[5]，形成新的实验成果，能够在强化学生实验基本技能的基础上，增强学生的科研探索意识和创新实践能力，对于培育应用型、创新型人才具有重要意义。

2 “食品化学实验”教学中存在的突出问题

“食品化学实验”教学是“食品化学”课程教学的重要构成部分。近年来，随着教育理念的转变以及教学方法的创新，“食品化学”课程教学质量不断提升，在培育应用型、创新型食品专业人才中发挥重要作用。同时，随着行业发展对人才能力要求的不断提升，现有食品化学专业实验教学存在的不足逐渐凸显出来，主要体现在以下几个方面。

第一，实验内容安排不合理，设计性、创新性实验较少。实验教学项目安排需要综合考虑课程教学目标和学生综合素质培育要求，应当突出设计性实验、创新性实验及综合性实验的设计。“食品化学实验”教学中主要以演示验证性实验为主要实验项目，而与学生创新能力、综合能力密切相关的综合性实验、设计性实验、创新性实验整体较少。演示验证性实验在传统教学中较为多见，是为验证某种认识或假说是否正确而进行的一项实验。显然验证性实验是证明已知结论，而设计性、综合性、创新性实验则不同，大多具备一定探究性特征，要通过实验结果来验证实验假设的正确性。

第二，教学方法运用缺乏灵活性，教育与技术的融合优势尚未充分体现。目前，在“食品化学实验”教学中采用的教学方法相对单一，即灌输式教学，由教师准备实验器材、材料、试剂等，在讲解实验目的、基本原理、注意事项及操作步骤的基础上，安排学生独立依据示范完成实验过程。教学中采用这种教学方法，学生被动接受知识、机械性的进行实验操作，缺乏主动思考、探索的过程。但是，在“食品化学实验”教学中，教育与技术的融合优势尚未得到体现。

第三，实验教学团队建设滞后，影响“食品化学实验”教学实效。实验教学团队是实验教学活动高效率、高质量开展的重要保障。为有效地培养和提升学生创新能力，教师在开展“食品化学实验”教学时，必须配备科研水平高、实验经验丰富的教师团队。同时，要求实验教师能够通过教学活动带动实验活动，借助科学实验，在突出学生主体地位的基础上，有序开展实验教学，才能确保实验教学质量。结合目前“食品化学实验”教学现状可看出，在教学团队建设层面存在的问题主要体现在：一是教学理念尚未充分转换，学生的主体地位不够突出，实践教学内容安排及教学方式组织中以教师为主导，学生积极性、主动性不足；二是部分教师自身科研能力或实验能力尚存欠缺，无法真正地给予学生足够专业的指导，影响实践教学的实际效果。此外，教师队伍身兼多门课程教学任务是影响实验教学实效性的重要因素。

第四，实验教学考核体系有待优化。教学考核是衡量教学质量和人才培养质量的关键环节。在“食品化学实验”教学中，通过合理的考核方式可以反馈出学生个体对实验内容、实验操作等的掌握情况。目前，在“食品化学实验”教学考核过程中，主要以学生完成的实验报告及获得的实验数据等进行评定，考核评价方式较为单一。同时，评价标准较为单一，主要以学生对实验的熟练程度、实验报告等进行评价。通过这种单一的方式无法全面而准确地考核学生实验课程学习的成效、综合能力与创新能力等提升情况等。此外，教师在进行评价时，受自身主观观念影响较大，很难真实反映出学生的实验技能水平，更无法持续调动起学生的学习积极性。

3 创新能力培养视角下“食品化学实验”教学模式的开展策略

在“食品化学实验”教学中，以创新能力培育为目标，应突出学生主体地位，探索新的教学方法，形成科研与教学相长教学模式。为有效地提升食品类专业学生创新能力，在开展“食品化学实验”教学过程中，应着力从以下几个方面优化教学模式，具体如下。

3.1 合理优化“食品化学实验”内容，适度增加“三性”实验比例

“食品化学实验”教学中，通过合理安排实验项目有助于培养学生的综合能力，利于学生创新意识和创新能力的培育。在优化“食品化学实验”内容时，应当适度增加综合设计型、创新型实验项目。这种实验项目有别于传统演示验证性实验项目，是发挥学生主体作用，由学生自主提出实验项目，并在教师合理引导下独立完成实验项目的全部过程，并对实验结果予以总结和汇报。在这类实验中，学生需要独立收集实验相关资料，独立准备实验所需的仪器、材料、试剂等。在具体实验项目中，学生可通过成立“课题组”的方式，在明确分工的基础上，通过有效协作最终确保高质量完成实验项目。不同模块实验项目的安排对应学生不同能力的培养。而通过多种类型实验内容的有效组织安排，形成理论教学与实验教学紧密结合，实验教学与科研紧密结合的教学模式，将会有效地提升学生实践能力、创新能力以及科研能力。其中，在基础实验环节中，可安排“食品中水分活度的测定”“美拉德反应”“油脂品质检测”“蛋白质功能性质的测定”等实验项目。而在综合设计型实验中，则可“维E 在油脂中的抗氧化作用”“果蔬中的维C 在热加工中的变化”“pH 值对明胶凝胶形成的影响”等实验项目，目的在于培育学生运用所学知识进行实践的能力，引导学生形成良好的实验习惯，提升学生分析问题和解决问题的能力。在创新性实验内容安排时，可由学生自主设计，如“柑橘皮天然果胶的提取及果酱的制备”“不同面粉和油的种类对饼干特性的影响”“糖的种类对糖果制作的影响”等实验[6]。总之，通过综合性、设计性、创新性实验与基础实验的合理安排，可促进学生实验基本能力、综合能力及创新能力的全面提升。

3.2 创新“食品化学实验”教学方法，提升“食品化学实验”教学实效

教学方法是影响教学实效的关键因素。在“食品化学实验”教学中，教师应充分结合教学内容和教学目标，灵活选择教学方法，在突出学生主体地位的基础上，充分利用各类教育资源，实现教学实效的有效提升。目前，“食品化学实验”教学中采用的教学方法较多，将混合式教学法与PBL 教学法有机结合，其中PBL 教学法是一种以问题为导向的教学方法，而混合式教学法则是融合线上教学与线下教学优势新型教学方法。在“食品化学实验”教学中，通过二者的有机结合，可有效提升教学成效，具体如下。

第一，基于在线学习平台的线上教学。随着教育信息化建设进程的推进，包括混合式教学法、多媒体教学法、翻转课堂教学法等新兴教学法在各专业课程教学中逐步得到推广应用，在培育和提升学生理论素养、专业能力，培养学生自主学习习惯等方面发挥了重要的作用。教师通过结合食品化学实验教学内容和教学目标，设计和制作线上教学资源、课程教案、典型实验案例等，将这些优质资源上传到在线教学平台，并向学生布置“食品化学实验”教学线上学习任务，由学生根据自身学习时间和学习习惯，自主完成课前线上学习内容，对实验教学内容有基本的认知，并总结自主学习过程中遇到的实际问题，通过师生交流互动或课堂集中释疑来获得解决。同时，基于在线学习平台可方便学生及时记录独立学习、实验过程中的各项数据，为学生解决实验中遇到的问题提供多样化的解决途径。例如，在讲述实验涉及的原理、实验操作流程等一系列内容时，可借助Flash 动画的方式，也可借助慕课资源等，形象化、生动化的展现出相对抽象的理论和相对复杂的操作流程，为学生营造出更加逼真的学习情境，对于增进学生对学习内容理解和提升学生的掌握效率都具有重要的意义。

第二，基于PBL 教学法在“食品化学实验”教学中的应用。PBL 教学要求以学生为中心，通过引入一系列富有启发性、吸引性的问题，引导学生主动思考和探索，通过设计具体实验项目探索问题的解决方案。这种教学法的优势在于可以充分调动学生的积极性，营造良好的课堂氛围，获得较好的教学效果。教师要充分结合“食品化学实验”教学目标和学生个性化学习需求，合理地设计符合课程内容且与生活紧密相关的问题，依据循序渐进的原则引导学生逐步思考。在合理设计问题的基础上，应把握提问的时机，一方面要兼顾理论学习与实验教学的紧密关联；另一方面应引导学生对问题进行多角度深入探讨，在保持学生学习兴趣的基础上，引导学生自主设计实验探索答案。同时，在小组学生紧密结合，尝试探索的过程中，可充分突出学生主体地位，赋予学生更好的学习体验，更利于学生掌握学习内容。

气相色谱质谱联用法测定不同食用油中脂肪酸含量的实验见图1。

图1 气相色谱质谱联用法测定不同食用油中脂肪酸含量的实验

总之，通过线上教学与线下教学的紧密结合，多角度、多层面培养和提升学生的能力。学生在对上述问题进行思考的基础上，学习积极性得到充分的调动。教师在此基础上逐步引导学生深入思考，主动地掌握问题的本质。对于学生理解“食品化学”课程教学内容，进而掌握自主设计和实施实验方法，对于学生个体知识巩固和能力提升可以达到事半功倍的效果。

3.3 优化和改革食品化学实验教学评价模式

考核评价环节是反馈学生学习成效和教学效果的重要途径。通过采用科学合理的考核评价方法可以形成对学生学习的正向引导，帮助学生清晰地了解自身学习情况，帮助教师及时了解教学方法应用过程中获得的经验和存在的不足，促进教学模式的进一步优化。具体而言，应从以下几个方面予以优化。

第一，树立全过程评价的理念。“食品化学实验”课程教学具备较强的操作性，除了培养学生的专业技能、实验能力外，还侧重对学生个体的科研思维、创新意识、创新能力等培养。这种情况下，传统较为单一的评价方式显然不适用。因此，应当充分结合食品化学实验教学的特征，覆盖实验教学的每一个环节（实验设计、实验操作、解决问题、团队协作）构建起全过程、全方位的课程教学评价方式，从课堂互动、随堂测试、团队协作、出勤、阶段性测试等均纳入到评价体系之中，从不同地角度全面地反馈出学生个体能力的提升情况，也可以进一步增强学生学习自信心，培养学生良好的学习态度和学习习惯。

第二，优化不同考核模块在考核结果中的占比，促进评价方式的科学化、合理化。“食品化学实验”教学评价由实验态度、实际操作、团队合作、数据记录、数据处理、实验结果及实验报告等部分构成，其数据关系为“实验态度10%+实际操作25%+团队合作5% +数据记录10% +数据处理20% +实验结果20% +实验报告10%=100%”。

不同考核模块在考核结果中的占比见图2。

图2 不同考核模块在考核结果中的占比

总之，通过优化各模块占比，引导学生正确认识该课程的重要性及课程教学的重要内容，增强学生实验课程学习的目的性，更利于取得良好的实际学习效果。同时，通过合理的考核方式可以客观地反馈学生的学习成效，提升学生学习积极性，引导学生关注和重视实验课程学习，也利于培养学生的责任心、合作意识，对学生未来工作、科研等具有重要的意义。

4 结语

总之，高校在“食品化学实验”教学中，应当高度重视大学生创新意识、创新素质及创新能力的协同培养，以创新能力培育为目标，应突出学生主体地位，从优化实验项目内容设置、探索新的教学方法及优化实验教学评价方式等多个方面入手，推进“食品化学实验”教学模式的变革与创新，进而形成科研与教学相长教学模式，促进学生专业能力、创新能力的不断提升，为行业发展、国家建设培育高素质、高水平的创新型人才。