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《食品化學》的仿真模擬教學模式構建

摘要:《食品化學》課程是全國各大高校本科食品專業中一門重要的專業基礎課程,本文在傳統的講授式、討論式、試驗科研式、翻轉課堂等教學模式的基礎上,闡述《食品化學》課程仿真模擬教學發展背景與目的,進一步探討《食品化學》課程仿真模擬教學模式和方法,為《食品化學》課程的仿真創新教學方法提供基礎,同時,對提高學生對課程知識的掌握具有重要的意義。

關鍵詞:食品化學;仿真模擬教學;系統化與模塊化

一、多元交叉性專業課程特點需要一種新型教學模式

《食品化學》課程在80%以上高校的食品科學相關專業本科生專業培養方案中是一門重要的必修基礎性課程和主干課程。這門課程是從化學角度和分子水平研究食品中的化學組成、結構、理化性質、營養和安全性質以及他們在生產、加工、儲藏和運輸過程中發生的變化,以及這些變化對食品品質和安全性影響的一門學科。也是一個涉及微生物學、動物學、植物學、食品物性學、物理化學、食品工藝學、食品營養學、園藝學、酶學、食品添加劑、食品安全等諸多學科與領域的一門基礎課程[2],所以說,《食品化學》是一門集宏觀與微觀、具體與抽象、理論與實驗、寬度和廣度為一體的交叉性很強的課程,食品專業本科學生開設的大部分專業課程都是立足于《食品化學》這門基礎課程的基礎之上,學生對《食品化學》課程的知識掌握程度嚴重影響著他們對其他專業課程的學習。這種復雜的、全面的、基礎性的課程特點決定了《食品化學》課程教學的難度,其不僅要涉及化學反應原理的基礎理論知識教學,還要涉及加工工藝的步驟和現象,更要有安全檢測和生產性試驗;既要啟發學生的探索創新性思維,又要培養學生專業技能和實際應用能力。這就決定了很難用傳統的講授式教學模式來達到《食品化學》課程多學科交叉特性的需求,勢必要發展一種新型的教學模式來滿足課程的綜合理解和產學研用人才培養。

二、傳統的講授式教學方式缺乏啟發性和趣味性,亟需一種新型的教學模式

隨著教育行業的不斷發展和教學方式的多樣化,除了傳統“講授式”教學模式外[2],逐漸出現了討論式教學、演示式教學[1]、試驗式教學、翻轉課堂[3]、仿真模擬式教學[4]等諸多方法。針對不同類型的課程內容,如何在傳統教學模式的基礎上,創制新的教學模式提升學生的學習效果,是目前大學生創新性教學的一個重要突破口。近幾年,為了提升教學質量,各個高校的《食品化學》課程主要采用多媒體教學輔助“講授式”教學的主流方式,通過課堂PPT展示文字、圖像、聲音等多種媒體向學生形象地講授知識,這種教學方式確實大大改善了傳統教學的枯燥性,極大地豐富了課堂教學內容。但這種教學方式往往會出現教材知識點照搬到PPT上或課程知識信息量過大導致學生對大量涌來的信息難以消化吸收等問題,使對具體物質、工藝原理、化學反應的講解變得抽象化和理論化,學生興趣度低、知識掌握差,從而降低了學生對相關知識的學習消化效率,削弱了課程知識的趣味性和學生的學習動機,導致學生的興趣不高及技能掌握和創新意識差,很難達到該課程的教學目的和產學研用人才培養的目標。如何構建一種新型的教學方式來達到增強學生興趣點,提高學生的出勤率、聽課率、掌握率和運用率,促進食品領域產學研用型人才的培養,是《食品化學》課程教學模式改革的重點。

三、“仿真模擬”教學是《食品化學》教學方式的必然趨勢

隨著計算機網絡技術的發展,互聯網教學和多媒體教學在大學課程教學中顯得越來越重要,“互聯網+”時代的發展也迫使課程教學方式的現代化。《食品化學》仿真模擬教學是通過一些仿真模擬組件構建起來的用于模擬食品原料、加工、貯藏等過程中一些化學反應原理與現象、組織結構微觀變化、分子交互作用原理等的教學方法,這種模式對課程中涉及的食品貯藏加工品質變化現象、過程、工藝、原理和化學反應等以計算機模型進行仿真模擬試驗的方式呈現。“仿真模擬”教學把傳統的抽象講解轉變為計算機演示和操作,更生動具體地向學生展示一些專業知識。結合企業實際生產對仿真模擬內容進行特殊的專門設計,使學生如身臨其境一般體驗和了解科學探究的過程和方法,提高創新意識和科研思維,使學生對知識的理解印象更深刻、更容易掌握,增強學生的實際應用能力[5]。盡管“仿真模擬”的教學方式通過虛擬模型能夠形象具體的展現一些傳統課堂或實驗課程無法形象詮釋的專業知識,但目前很多課程根本沒有配套的仿真模擬實驗數據庫,主要是仿真模擬系統制作起來比較煩瑣、成本較高且需要很強的“食品+計算機”專業技能,導致虛擬仿真教學模式在專業課程教學中實際應用并不多,尤其是在食品學科領域的仿真模擬教學模型非常少。通過建立配套《食品化學》課程的仿真模擬數據庫,對推動本課程的教學乃至整個學科其他專業課程的教學都具有重要意義。盡管一些高校的《食品化學》課程配套了試驗課程,但這些真正的操作性試驗具有消耗時間、人力、物力等特點而無法覆蓋整個課程內容,而“仿真模擬”教學是建立在計算機基礎上的實驗課,其以高度仿真技術提供給學生與實際操作一模一樣的線上模擬實驗,既節約了學生的大量時間,還能夠降低實驗課程教學成本,同時強化了學生對知識點的記憶力,培養學生的主動思考能力、科研探索能力,充分挖掘仿真模擬在創新性學習中的功能,發揮其在創新性學習中創設問題情境、驗證假設或猜想等環節中的作用,讓學生的學習方式實現由被動接受式學習向主動探究性學習的根本轉變。因此,建立《食品化學》課程仿真模擬教學模式不僅是課程教學模式發展的必要需求,更是推動整個食品學科領域發展的重要手段。

四、《食品化學》仿真模擬教學的目的與思路

針對目前食品產業市場對食品專業的產學研用人才的需求,利用仿真化學實驗室、仿真生物實驗室和仿真物理實驗室等多個仿真模擬軟件,構建《食品化學》課程配套的適用性廣、實用性強、教學效果顯著的仿真模擬動態模型,建立一種適合于培養創新型、應用型、技能型、產學研用綜合型食品專業人才的《食品化學》仿真模擬教學模式,調動學生的自主性、積極性、主動性、探索性、獨立性,來增強學生興趣點,提高學生對課程知識點掌握度、實踐運用性,促進學生牢固地掌握所學專業知識,增強學生解決問題的能力,使學生具有一定的創新意識和創新能力。

五、《食品化學》仿真模擬教學模式構建方法

(一)《食品化學》課程內容結構系統化梳理

首先以《食品化學》課程教材為基本素材和研究內容,通過國內外數據庫(CNKI、萬方數據庫、維普中文科技期刊數據庫、Elsevier、Springerlink、Wi-ley-Blackwell、ACS等)收集總結大量課程相關國內外科學前沿知識,使課程內容與科研領域和實際生產應用相結合。然后利用“MindMapperPro概念圖工具”和“MindManager思維導圖”梳理各章節內容,對各個章節的重要知識點進行邏輯化、模塊化、結構化、層次化處理[6]。

(二)《食品化學》課程仿真模擬教學組件構建

針對課程涉及的重點食品貯藏加工品質變化現象、反應過程、反應原理、工藝規程、檢測技術,分篩、精選和規劃適合于仿真模擬教學模式的課程內容,并對篩選出來的內容課程單元化、模塊化、系統化。針對課程涉及的一些化學反應現象、機理性闡述、試驗、食品的加工技術等內容,以創新性試驗設計、探索性科學研究、產業化實際應用為導向,利用仿真化學實驗室、仿真生物實驗室和仿真物理實驗室等多個虛擬仿真軟件,構建《食品化學》課程內容的仿真模擬組件群。比如,食品中淀粉分子的糊化現象,需要構建模擬加熱水體系、淀粉顆粒體系、逐級糊化的淀粉分子體系、糊化淀粉分子體系等。面團形成過程中蛋白質網絡結構形成,需要構建淀粉顆粒、淀粉顆粒吸水過程變化體系、面筋蛋白交聯過程體系、蛋白網絡結構與內嵌物體系、外源添加成分體系、添加物影響網絡結構的過程體系等。

(三)《食品化學》課程仿真模擬教學系統構建

仿真模擬試驗模塊,并結合所構架的組件與模塊體系,進一步對構建的試驗組件進行集成和組裝,形成一整套的食品化學反應、工藝、現象的仿真模擬動態模型,并進行仿真模擬進行模式的試運行、檢驗、改進。

六、結論

總之,新型“仿真模擬”教學模式改革是《食品化學》教學乃至整個食品科學專業課程教學發展的必然趨勢,基于本文涉及的21個重要試驗教學內容設計并建立《食品化學》課程的“仿真模擬”教學模塊,可使學生更加牢固地掌握《食品化學》課程的重要知識點,為其他專業課程的學習和知識點掌握,發揮巨大的基礎知識鋪墊和支撐作用。同時,《食品化學》課程仿真模擬教學模式的構建,也為其他食品專業相關課程的仿真模擬教學提供技術支持。

作者:楊文建 裴斐 馬高興 單位:南京財經大學 食品科學與工程學院

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