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食品化学实验教学体制创新研究范文

时间:2022-06-26 04:19:49

食品化学实验教学体制创新研究

食品化学是高等院校食品科学与工程专业、食品质量与安全专业本科学生以及研究生的专业必修课[1-2],要求学生掌握食品中主要组成成分的化学结构、理化性质、在食品加工和贮藏过程中发生的主要化学变化以及这些化学变化对食品质量与安全的影响[3]。食品化学是食品科学学科的基石之一,它从分子水平上揭示了在食品加工和贮藏中发生化学反应的机制和控制措施,成为食品科学学科中发展较快的一个领域,引起了科研人员的高度关注[4]。作为食品科学的基础学科,食品化学的教学在本科和研究生教学中占有非常重要的地位,教学方法和效果对于培养学生的学科素养、创新能力以及解决问题的能力产生直接的影响。食品化学实验是集综合性和技术性一体的实验课程,是培养学生的创新思维和实践能力的重要环节。

一、食品化学实验课的教学现状

目前,食品化学实验课的教学通常是指定几个实验项目,如,柑橘皮中果胶的提取、牛奶中乳糖和酪蛋白的分离提取、果蔬中多酚氧化酶活性的测定、卵磷脂的提取和鉴定等实验内容。实验员提前将所需要的试剂配制好,实验器皿摆放到位,将学生分为两人或四人的若干实验小组。教学组织形式通常是教师详细讲解实验原理、操作步骤等,学生根据教师的讲解,按照实验步骤完成实验内容,最后撰写实验报告。虽然这种模式对于提高学生的基本技能和加深学生对基本理论的理解有一定的益处,但存在的问题也比较突出,如学生学习主动性不高、学习兴趣不浓[5]。在教学中,还发现学生相互抄袭实验报告的现象较普遍,有少部分学生抱着应付态度写实验报告,对教学内容不进行深入思考和应用。这种教学形式和方法在一定程度上限制了学生主观能动性的发挥和创新能力的培养。因此,深化实验教学的内容和教学模式的改革,对于提高学生的创新思维和综合素质起到推动作用[6]。

二、食品化学实验课教学模式的改革

(一)食品化学教学方法的改革

以往的实验教学方法较为刻板,压抑了学生的学习兴趣,因此,改革目前食品化学实验教学模式迫在眉睫。设计性实验具有主动性、开放性、研究性等特点,有利于培养学生的开拓创新和钻研精神,是实验教学的最高层次,也是教学方式和方法改革的必然趋势[7-8]105-106。本次实验教学改革分别以食品科学与工程专业2007级两个班、2008级3个班、2009级三个班为试点,以食品化学设计性实验为着入点,对食品化学实验课教学模式进行改革,充分体现学生的主体作用,教师主要起启发引导作用。具体过程如下:

1.合理选择设计题目,确定实验内容

授课老师布置设计性实验的范围,主要涉及食品化学中的重要内容,如美拉德褐变、蛋白质功能性制、脂类氧化反应以及天然色素的稳定性等,学生自行组成4-5人的设计小组,并指定责任心较强的同学为组长,根据小组成员的兴趣,选择设计题目。在2009年第一次进行食品化学设计性实验教学时,没有给学生指定设计的范围,只是要求将所学的食品化学内容涵盖在内,最后学生确定的设计内容包括:焦糖色素的形成和美拉德反应程度、β-胡萝卜色素、番茄红素等天然色素的提取分离和性质分析、淀粉糖浆的制备、蛋白质功能性质、可溶性淀粉的制备、石榴提取物对油脂的抗氧化活性等方面。在实验设计方案实施中以及从学生反馈的调查问卷结果来看,如果不给学生指定实验设计的范围,由于学生的思维活跃、兴趣广泛,确定实验题目具有一定的盲目性,为此,在2010年和2011年教学改革中,明确设计范围为天然色素的提取、分离和理化性质、蛋白质功能性质、脂类抗氧化活性和非酶褐变反应,这些内容均为食品化学教学的重点内容,通过对相关实验的设计,加深学生对理论知识的掌握和理解,如有一组学生设计的是紫茄子皮色素的提取及理化性质分析,通过试验,学生对花色苷的酸碱稳定性、热稳定性、金属离子的作用、氧化剂和还原剂对花色苷的影响等内容有了较清楚的认识和理解。

2.查阅文献,制定设计方案

设计小组查阅与题目相关的文献,然后进行小组讨论,制定较为详细的实验方案并提交任课教师。教师对每组的实验方案修改3-4次,解决学生设计中存在的问题,和学生展开热烈的讨论,最终确定一个可行性和可操作性强的实验方案。在此过程中,学生学会了如何查阅文献,如何设计实验方案,了解进行科学研究的基本思路,并且在和教师的讨论以及方案的反复修改中,加强了师生间的交流,初步建立了进行科研工作的基本素养。

3.设计方案的实施

在实验教师的协调下,学生进入实验室,自己配制试剂、处理样品,进行预实验,并根据预实验结果进一步调整设计方案。实验小组可以和实验室管理人员预约,随时进入实验室实施设计方案,完成实验方案。指导教师对实施过程中出现的问题及时给予指导和分析,解决出现的问题。

4.撰写报告和个人总结

实验内容完成后,要求实验小组按照一定的规范撰写实验报告,由于小组成员有明确的分工,还要求学生将自己负责的实验内容写一份报告,成绩核定时按照设计报告和个人报告两部分计算。在实施改革的过程中,也应注意几个问题:第一,根据目前的教学大纲,食品化学实验教学学时数有限,因此,要合理安排实验内容,精选设计性实验项目,内容即有一定的难度和综合性,又要避免学生一味追求新意,好高骛远。积极鼓励学生充分运用所学基础理论知识,设计出具有可行性和操作性的实验方案。第二,教师应具有高度的责任心和足够的耐心。由于学生查阅文献能力、综合理解能力均有限,但他们兴趣广泛、思维活跃,设计的内容各有特色,这对指导教师提出了更高的要求。教师更要具有高度的责任心和耐心,悉心解惑答疑,既尊重学生的设计方案,又能在此基础上加以完善。面对一份看似“幼稚”的实验方案,教师应该用自己渊博的知识、丰富的实践经验、深厚的学术造诣为学生点燃一盏明灯,启发他们追究和探索新知识的精神。第三,从多角度对学生进行考核。对学生完成的设计性实验进行考核,除了对方案设计、实施、总结进行评价外,还应挑选实施和结果较好的小组以多媒体形式进行汇报,汇报过程也是一个很好的交流学习机会,让学生对自己的实验结果有满足感,有助于提升他们对于科学的追求和创新。总的看来,在整个实验设计和实施过程中,学生表现出了浓厚的学习兴趣和主动性。此外,教师和学生之间的交流及互动明显增强,在设计方案的反复修改中,对学生的科研素养也是一种重要的培养途径;学生查阅文献能力、分析问题和解决问题的综合能力、实验操作技能、团队协作精神得以展现和提高。

(二)加大实验室开放的力度

以往的食品化学实验是单个项目,在教学中,实验教师将所需要的实验器皿和试剂提前摆放在学生的桌面,学生只需要在规定的时间和地点完成试验,这样学生无法参与实验室的管理、实验仪器的选择、使用以及试剂的配制。如果学生能够主动参与实验室的管理、拥有独立开展实验的空间,让实验室真正成为培养食品科学专业创新性人才的园地,对于培养学生独立思考能力、综合素质提高具有重要的意义。在本次食品化学试验教学模式改革中,加大实验室开放力度主要体现在以下几方面:第一,在食品化学设计性实验实施过程中,先让学生充分了解实验室具有的条件,根据实验室条件选择实验内容,确定分析方法,避免学生盲目设计,过于求新标异。第二,不固定实验室开放时间。学生在确定设计方案后,随时可以进入实验室进行预实验和实验。在做实验的过程中,每个小组组长负责安排本组实验试剂和器皿借还、实验室卫生清洁、废液处理、水电气安全,给学生营造了一个相对自由、自我发展和自我创造的空间。第三,实验试剂配制和管理。尽管学生在理论上学习了有关化学试剂的纯度级别、配制方法,但在实验中自己配制试剂的机会较少,出现了部分学生不会配制试剂的现象。在本次食品化学设计性实验中,要求实验小组提供所需要的化学试剂纯度级别、包装规格,所有试剂自己配制和保存。对于实验中发现不正确或不规范的操作及时给予纠正,如用玻璃塞瓶保存氢氧化钠溶液、移液管、容量瓶等使用,培养学生良好的实验室素养。在设计性实验中,开放的实验室是顺利实施设计方案的前提,没有开放的实验室,就无法保证良好的设计性实验教学效果[8]107。但在实验室开放中,应注意实验室安全,包括危险品管理、水电暖和人员安全;指导教师和实验教师高度配合,在力所能及的条件下,保证为学生提供良好的实验环境。从长远看,应制订相关的政策,对人员安排、试剂、仪器管理和使用都应该有明确的规定,避免出现一些问题。三、教学改革的效果针对本次的食品化学实验教学改革,项目组设计了调查问卷,收集学生的意见和建议,以更好地研究教学中出现的问题,不断改进。从收回的204份调查问卷统计结果中看出,85.85%的学生认为有必要进行食品化学实验教学模式的改革;99.62%的学生认为通过查阅资料和设计实验方案,丰富和巩固了所学知识,调动了学习的兴趣和积极性以及提高了收集信息和提出意见的信心;96.08%的学生认为提高了实践知识的学习效率,89.22%的学生认为通过设计性实验增强了自己学习的主动性;83.82%的学生认为通过本次设计实验增强了所学知识的联系和应用;92.65%的学生认为食品化学设计性实验的教学对所学知识具有了更深刻的印象;90.69%的学生认为本次实验教学改革更好地提高了动手能力;95.59%的学生认为通过食品化学设计性试验的教学增强了和同学之间交流,提高了科技论文的写作水平。在连续三年的食品化学实验课的教学改革中,尽管只有部分班级参与,但我们确实看到学生的创新思维、学习能动性、学习兴趣都有所提高。

四、制约食品化学实验教学模式改革的因素

在实际教学工作中,制约食品化学实验教学模式改革的因素主要有以下几个方面:

(一)实验课学时较少,实验的层次性不够

我校食品化学的实验学时为16学时,而在设计性实验中学生从实验设计、制定方案、确定方案到实施实验,所需要的时间远远超过16学时。对于教学实验应包括基础性实验、设计性实验、综合性实验,但由于实验学时少,无法使各个层次的实验都能够开展。国外高校的食品化学教学占有相当大的比重,尤其重视食品化学实验教学。笔者曾在美国康奈尔大学食品科学系进修一年,该校食品科学专业食品化学课程上三个学期,其中食品化学实验上一个学期,作为独立的实验课程开设,教学内容更为全面,与实际生产联系更为紧密,对培养学生的综合素质和创新能力产生了深远的影响。

(二)实验室设备老化陈旧

食品化学教学实验室的设备较为陈旧和落后,如实验室内只有可见分光光度计,而实验内容中涉及到的紫外-可见光区的扫描和测定无法进行。此外,教学实验室中缺乏一些重要的仪器,如冷冻离心机、旋转蒸发仪等,造成设计方案中的一些操作无法进行。这在一定程度上降低了设计性实验的研究性质。学校对于科研平台的建设加大了力度,实验教学的硬件建设相对薄弱,若在设计性实验中,能够利用现有科研平台中的设备和仪器,将大大提升食品化学设计性实验的教学效果。

(三)实验经费不足

若要开设设计性实验和综合性实验,实验成本和经费开支必然加大。实验经费短缺,在一定程度上限制了需要一些昂贵试剂的实验将无法开展。如果设计的题目和大学生科技创新项目结合起来,不仅可以拓展学生的创新能力,也可以缓解经费不足的问题。总之,培养具有创新能力的高素质人才是高等院校的主要任务。食品化学已经渗透到食品科技的各个领域,对于食品学科的发展、食品技术的革新起到了指导作用。对于食品化学的教学改革将不断进行,我们会认真总结这次教学改革的成果,吸取教训,采纳学生的中肯意见,更好地促进食品化学实验教学效果,培养高素质的食品科技人才,让食品化学实验成为学生从事更高科学研究的驱动力。

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