适应新工科特色的《食品发酵技术》线上教学模式探索与反思

《食品发酵技术》课程是面向生物工程、生物技术、酿酒工程、食品科学与工程等专业开设的一门专业选修课,是轻工类院校食品和发酵相关工科专业的一门重要课程。作为系统介绍食品发酵基本理论、基本技术及主要发酵食品生产工艺的课程,《食品发酵技术》课程重在培养学生微生物发酵基础知识、发酵食品形成机制及工艺技术等方面的能力,因而也是关系江南大学轻工技术与工程、食品科学与工程两个A+级“双一流”学科建设的重要环节。为了支撑我国快速发展的新经济,培养新型工程创新人才,教育部自2016年提出新工科建设,旨在对高等工程教育全面创新和改革。在此基础上,为主动拥抱新科技革命和产业变革的机遇与挑战,教育部、科技部等13个部门于2019年4月29日联合启动“六卓越一拔尖”计划2.0,全面推进新工科、新医科、新农科、新文科(简称“四新”)建设,以提高高校服务经济社会发展的能力[1]。其中,新工科代表的是最新的产业或行业发展方向,其内涵包含新兴、新型和新生三方面的含义：“新兴”指的是与传统“老工科”对应的,在新经济发展趋势下对应新兴产业的新兴工科专业,即产生一类新型工科形态；“新型”指的是工科的新要求,利用传统工科大学集约的工程技术优势面向新兴产业进行战略调整,并进行相应的学科重组和扩展；“新生”则指的是由不同学科交叉融合而产生出来的新学科[2]。因此,新工科指的是正在形成的或将要形成的新的工程学科[2],食品类专业属于“工科新要求”专业。在当前大健康产业高度重视的背景下,食品发酵技术课程既涉及微生物学又涉及食品工程、发酵工程等学科的交叉融合,符合新工科建设中新型、新生两个内涵的要求,属于未来食品生物技术的发展范畴。

2020年为应对新冠疫情,在学生无法按时返校进行正常教学活动的情况下,按照教育部“停课不停教、停课不停学”的要求,笔者所在单位江南大学也多次出台相关政策,对教师进行线上平台的培训,帮助教师适应新的教学方式,保证教学质量。基于新工科建设和国家“以人为本”的要求,需要将当前“学科导向”的教育理念向“产业需求导向”进行转变。因此,需结合国际工程专业认证“成果导向教育(Outcome Based Education,OBE)”的教育理念,对本课程进行改革探索。我们也以此为契机,根据《食品发酵技术》的课程特点,探索参与式的线上教学方式,营造独立思考、自由探索、勇于创新的教学环境,做到以学生为中心、以能力为导向、可持续改进。

1 课程介绍

发酵食品是以食品组分为原料经微生物或酶的作用而制得的一类具有特殊风味的食品,是我们日常饮食的重要构成部分。《食品发酵技术》课程作为生物工程学院大二学生的专业选修课,是建立在生物化学、微生物学、发酵工程等课程学习基础上的一门课程,具有知识点多、交叉性强、覆盖面广的特点。作为以食品科学、发酵工程等专业闻名的轻工院校中的专业课,本课程在学生专业兴趣培养和未来职业选择中具有十分重要的作用。然而,目前开展食品发酵技术课程的多为职业类院校,本科院校开设的相关课程多为食品发酵工艺学,也主要侧重于发酵食品的加工工艺方面。由于不同食品的发酵工艺均有交叉,授课过程中如果仅按照分类讲解一种发酵食品的相关知识,会导致学生重复学习,效率较低,而且会严重影响学习兴趣。此外,随着现代发酵技术的发展,发酵食品种类日益增加,如何在有限的课时内与时俱进,在拓宽知识面的同时培养学生的兴趣和能力,是这门课程在教学过程中需要重点解决的问题。通过总结之前授课过程中学生反馈的问题,可以发现学生的兴趣点及问题所在,如课程内容不够新颖、发酵工艺过于枯燥、教学形式单一、希望增加实验和参观等(图1)。

因此,在今后的教学过程中应当做出针对性的改进(图2),如紧跟前沿、更新梳理课程内容；调整理论与工艺部分,使之更为合理地被学生所接受；丰富教学手段,利用更多网络资源；使学生更直接地体验发酵食品的过程,启发对相关内容的兴趣,增进对该行业的深入了解,培养复合型工程人才。与食品专业其他课程不同,《食品发酵技术》课程所涉及的内容繁杂,既涉及食品原料、微生物发酵和生物化学,具有一定的理论性,又包含食品加工、储运等,涵盖相当多的工艺过程,各章节又相对独立,学生很难全面掌握。因此,需要结合本校的双一流学科优势,深度整合发酵食品制作过程中所涉及的微生物学、生物化学、发酵工程及食品工艺学等相关原理和知识,融入OBE教育理念,以学生为中心,以能力培养为导向,对教学模式做出改革和探索。

在新工科建设的要求下,专业拓展课程被认为要注重为新工科专业学生的职业和个性发展提供宽阔的平台,注重培养学生复杂工程问题解决能力、多学科团队协作能力、创新创业能力、动态适应能力等[3]。因此,在借鉴先进的OBE高等教育理念、模式和方法的基础上,结合学校及学院的实际情况,对《食品发酵技术》的课程体系、内容和教学方法进行改革,探讨线上教学和线下课程的结合模式,将课堂理论融入到生产实践和日常生活中,以家乡的特色地域发酵食品入手,最大程度地启发学生的专业兴趣(图2)。

2 课程建设

2.1 教学目标

针对本课程线下教学过程中发现的问题,结合线上教学模式的特点,及时修正教学大纲和课程目标。《食品发酵技术》课程旨在使学生能够了解和掌握食品发酵的基本理论知识,熟悉调味品、肉制品、乳制品、果蔬制品等相关发酵食品的生产工艺,并能够解决产品常见的质量问题和控制产品的质量安全,引导学生交叉融合食品科学和生物发酵技术,启发学生对未来食品的发展和创新做出思考。同时,结合“课程思政”的要求,通过发酵食品课程的学习,培养学生为国为民的社会责任感、端正良好的职业道德、务实严谨的工作态度,培养学生从身边点滴中发现问题、分析问题、解决问题的能力,以及团队合作、自主学习、与人沟通的能力,以满足学生全面发展的需要。以面向未来和引领产业发展为目标,使学生开拓思路、了解行业现状和发展趋势,为毕业后从事食品发酵相关工作奠定坚实的基础。

2.2 教学内容的组织

新工科专业建设要求明确的培养目标和丰富多变的教学内容,并且注重提高学生的学习兴趣、学习参与度、学习效果和能力培养[2]。由于《食品发酵技术》课程涉及较多加工工艺,单纯的课堂教学容易让学生感觉枯燥、丧失兴趣,线下教学时主要以课堂讲授不同类型发酵食品的原理和工艺为主。根据学生反馈的问题,今后教学中需采用体验式教学,通过带学生品尝不同发酵食品和校外参观食品发酵企业生产加工的方式丰富教学内容,启发学生的专业兴趣。

由于疫情期间的安全问题,课堂教学由线下转移至线上,发酵食品的感官认知和校外生产参观并不现实。因此,为了适应本课程的这些特点,就需要遵循“以点带面、与时俱进”的原则选择教学内容,合理利用网络资源丰富教学形式,激发学生的学习兴趣,注重提高学生课内外学习的积极性和效率。例如,在首堂课的教学过程中以提问的方式带学生梳理日常生活中常见的传统发酵食品,并引导大家做好分类,帮助学生构建完整的知识体系(图3),鼓励学生探寻身边的相关发酵食品,尤其是具有地方特色的产品,在下节课开始前留出部分时间与大家分享。根据发酵食品的特点,梳理整合知识点,分别从上游、中游、下游3个方面组织课程内容(如图2)。具体到某一类发酵食品,在统一讲解基本原理和技术的基础上,选取日常生活中常见且有代表性的1～2种产品进行深入分析。教学过程以能力培养为导向,锻炼和培养学生的信息获取、知识更新以及终身学习能力,鼓励学生从不同角度分析发酵食品工业中诸多因素的相互关系,提出解决问题的新思路、新方法和新途径。

2.3 教学方式的改革

在传统的课堂教学中,教师可以通过跟学生的互动交流及时掌握学生的疑惑和困难,并及时调整自己的教学思路,但疫情期间学生不能返校,只能采取线上教学。因此,选取合适的教学资源、对课程内容和教学形式进行适当调整,并及时了解学生的学习动态和兴趣,对教学质量和学生能力的培养都有重要的影响。在这一背景下,我们采用多平台混合线上教学模式,优化食品发酵技术的教学内容和授课模式,以企业微信、腾讯会议等在线平台展开教学,通过企业微信群、在线直播讨论等群组讨论模式展开交流,给予学生一定的线上讨论和交流时间,对学生的学习状况和兴趣动向及时掌握,通过这些混合式教学方式提高学生的课堂参与度。

由于线上教学的特殊性,师生之间相隔千里,仅能通过屏幕的画面和声音进行交流,因此对教学资源的要求更高。如何将知识点通过网络高效地传递给学生,是一个非常值得深思的问题。我们根据教学目标,进一步凝练整合知识点,投入更多精力对ppt课件进行设计和制作,根据不同发酵食品的特点,选取相应的主题色调(如发酵果蔬制品部分采用清新简约的水果色主题、发酵肉制品章节采用馋涎欲滴的红黄色主题等),结合发酵食品的相应图片,带给学生更强的视觉冲击力。此外,合理利用网络视频资源,积极寻找适合课程内容的视频资料(如《舌尖上的中国》、《风味人间》中的片段)、生产现场动画图片、发酵食品安全相关案例等,在课堂中留出适当时间进行播放,一方面调节课堂氛围、避免面对屏幕夸夸其谈式的枯燥；另一方面丰富教学形式,使PPT、教师讲授和视频播放相结合。通过在授课过程中搭配使用这些资料,丰富教学方式、增加趣味性,增强学生的感性认知,唤醒学生对课程的兴趣,使学生深刻理解“民以食为天、食以安为先”的社会担当。课后,将部分发酵食品的生产技术上传到企业微信课程群或慕课平台作为扩展学习内容,供感兴趣或学有余力的同学进行学习。

同时,鼓励学生在居家隔离期间通过课程内容在家动手制作酸奶、果蔬酵素、纳豆等常见发酵食品,将发酵食品的理论与实践有效结合,寓教于乐,最大限度激发学生的学习乐趣,提高学生的动手能力。结合线上教学和课下探索提高学习效率,鼓励学生参加不同形式的科技竞赛和创新产业实践等与专业相关的实践活动,培养学生分析问题和解决问题的能力,锻炼学生理论联系实际的能力和实践应用能力。

2.4 教学改革成效

新工科建设要求培养具有解决复杂工程问题能力的人才,OBE理念是以成果为导向,即以大学生的学习成果、学习能力为核心,二者均是要求以培养学生能力为根本,因此,首先要确定预期的学习成果。在此基础上,教学团队对本门课程进行梳理和挖掘后,初步确立了本门课程的预期改革目标：1)主动对接新工科建设体系,在课堂之外建设实验平台,鼓励学生选取自己感兴趣的发酵食品进行探索,锻炼实践能力的同时启发学生主动发现问题、分析问题的能力,培养学生的创新思维；2)以OBE理念为指导,在重视实践、强化能力的同时,通过引入学科竞赛、指导科研论文等方式,帮助学生将兴趣和努力转化为成果,从设计思路、动手操作、阅读写作、统筹答辩等多角度全面提升学生能力；3)融入课程思政,深入挖掘本课程中天然存在的思政元素,在授课过程中进一步强化和拓展,培养工科学生的科学精神和社会责任感,注重人才培养、科学研究、社会服务和文化传承的有机结合。

在本次教学改革尝试过程中,教学团队利用本校食品学院、生物工程学院、食品科学与技术国家重点实验室和粮食发酵工艺与技术国家工程实验室等优势学科资源,初步构建了发酵调味品和佐餐食品(酱油、醋、豆制品等)、发酵面制品(面包、蛋糕等)、发酵乳制品(酸奶、奶酪、马奶酒等)、发酵酒(黄酒、啤酒、白酒、果酒等)以及发酵果蔬制品(酵素、泡菜等)等多个与课程内容紧密相关的发酵食品实践平台,在周末开放给学生,并协调相关研究生进行指导和辅助,培养学生兴趣、锻炼动手能力。同时,在课余时间由授课教师牵头举办发酵食品品鉴活动,进一步激发学生的热情。

在基础实践的过程中,引导学生通过查阅资料、学科交叉等方式扩充自己的知识面和兴趣点,并进行相应的创新、创业探索。在授课和指导过程中,及时鼓励学生将自己的想法和作品进一步加工整理后参加“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生生命科学竞赛、全国大学生生命科学创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等相关学科竞赛,以培养学生能力为中心、以学习成果为导向,培养具有宽广知识面和多领域适应能力的食品及生物工程类专业复合型工程人才。对《食品发酵技术》课程1年时间的教学改革探索,不仅受到了学生的广泛好评(图4),相关成效也开始逐步体现,如引导学生将课程作业整理发表核心期刊论文一篇[4],指导学生获得第四届全国大学生生命科学竞赛(2020年)江苏省省赛三等奖两项,第五届全国大学生生命科学创新创业大赛(2020年)国家级一等奖四项、二等奖一项,以酵素食品的形式在“Ibone杯”宠物食品设计大赛(2021年)中获得特等奖一项。

通过对《食品发酵技术》课程的线上教学探索与反思,虽然取得了一定的成效,但仍存在部分不足:1)课时有限,没有足够的课时围绕课程目标进行系统深入的探究和更多的实践锻炼,实际教学效果与行业企盼仍存在明显差距；2)线上教学资源分散,缺乏系统的食品发酵技术理论与实践结合的教学资源,不利于学生课下自学和拓展；3)课后引导与问题解决途径还需进一步完善,加强与学生的交流和沟通。

3 基于网络平台的线上教学

3.1 课堂组织架构

教师在首堂课授课过程中布置学习任务：学生就自己家乡的特色发酵食品或特别感兴趣的发酵食品进行深入了解和调研,课程结束时做PPT汇报分享,教师与学生共同参与评价,从PPT制作、汇报内容、问题回答等方面进行打分,作为期末考评依据。

为保证在线教学质量,提前半小时调试好网络,线上教学采用企业微信的在线会议或直播形式(以腾讯会议作为备选),营造一种与学生面对面的交流氛围,尽量避免只有说教的录课形式。教师每次课提前10分钟在教学平台发布签到通知,以保证学生准时上课。同时针对本次课程内容播放相关发酵食品的视频短片,激发学生的学习兴趣,使学生逐步进入上课状态。上课过程中允许学生在评论区就感兴趣的知识点留言,课后积极参与学生的讨论,及时答疑解惑。每堂课最后留5分钟时间跟学生共同回顾本节课内容,留5道左右习题供学生课后解答,下节课开始前以问答方式复习上节课内容。采用在线授课软件自带的录屏工具将讲课内容进行录制,并共享给学生,方便学生课后复习。这样的教学方式既实现了师生互动、突出学生的主体性,又实现了教师在网络授课过程中对学生的监管,有助于培养学生的自主学习能力及发现问题、分析问题、解决问题的能力[5]。

3.2 融入课程思政

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020 年)》指出,教育要以育人为本,关心每个学生,促进每个学生发展。此外,教育部“双万计划”的实施也更加注重创新型、复合型、应用型人才培养课程建设的创新性、示范引领性和推广性。如何以人为本,结合学科优势、紧跟学科前沿发展、探索食品发酵技术相关本科课程的创新培养模式,全面落实“以人为本、四个回归”,努力培育以人才培养为中心的质量文化,是当前相关课程教育中需要反思的一个重要问题,也是新工科专业建设中的一项重要任务。教育部在2020年5月出台《高等学校课程思政建设指导纲要》,旨在融入思政元素立德树人,引导学生树立正确的价值取向,实现育人成才的目标[6]。

如图3所示,发酵食品与人民生活密切相关,其发展历程具有悠久的历史,是千百年来劳动和智慧的结晶,相关理论技术还涉及多学科的交叉融合。随着现代食品工业的发展和人民生活水平的提高,层出不穷的食品安全问题也日益引起关注。因此,本门课程本身就存在美丽中国、优秀传统文化、民族精神、科学技术现代化、科学精神、职业道德等思政元素。通过对《食品发酵技术》课程内容的进一步梳理,结合课程特点,可以做到在教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来,提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。此外,也应当注重强化学生的工程伦理教育,培养学生精益求精的大国工匠精神,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。例如,在食品添加剂相关章节,通过讲授现行食品添加剂相关的法律法规与标准,结合苏丹红、三聚氰胺、染色馒头等案例使学生明白添加剂滥用、误用、非法使用的危害,强调食品添加剂合理、合法、合规使用的重要性,启发学生对职业道德与社会责任的思考；在不同传统发酵食品的制作与安全相关章节,通过讲述发展历程,强调我国古代劳动人民的勤劳与智慧,增强学生的民族自豪感；通过讲授现代发酵理论和分子生物学对发酵食品发展的推动作用,培养学生传承与创新的科学精神、自主学习和终身学习的意识,以及不断学习和适应发展的能力。

立德树人作为课程思政的根本,首先要求教师以身作则,通过自身积极、热情、乐观的人生态度感染学生；也要求教师紧跟前沿、开阔思路和眼界,传递给学生更加有深度和广度的内容；更要求教师及时关注学生的心理动向、了解学生的问题所在,通过聊天谈心等方式开导学生,潜移默化地对其人生观和价值观做出正确的引导。由于线上教育具有时空分离、师生分离、教管分离的特点,使师生之间的交往和互动变得虚拟化,如何拉近师生心理距离显得尤为重要[7]。此外,由于疫情期间的安全防控,学生都是禁足在家进行网课学习,要充分考虑到这个年龄段学生特殊时期会产生的心理变化,授课过程中要让语言充满热情,增加与学生的交流互动,引导学生积极向上的生活态度,启发学生从身边点滴开始关注发酵食品、关注食品安全。

4 结语

突如其来的疫情带来了各方面的不便和考验,也加速了信息化时代线下实体课堂与线上网络课堂的深度融合。在后疫情时代,虽然线下教学已经逐步恢复,但通过对《食品发酵技术》课程线上教学探索所进行的反思给我们提供了进一步加强课程改革的思路。在今后的教学中,我们应当在新工科专业建设的要求下,结合本校“食品科学与工程”和“轻工技术与工程”两个“双一流”学科建设的优势,进一步深化OBE教育理念,以培养学生能力为导向、以培养复合型工程人才为目标,对《食品发酵技术》课程持续改进。同时,紧密联系课程内容与行业产业,聚焦前沿理论和加工技术,充分利用网络平台,对传统课堂教学进行改造、转型和升级,把线上教学作为今后课程教学模式改革的有机组成部分,推动理论与实践的深度融合,有效提升教学效果。

[1] 黄志勇,郑斌,王力,等.新工科背景下食工专业多样化人才培养模式[J].集美大学学报(教育科学版),2021,22(2):75-80.

[2] 林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究,2017,38(2):26-35.

[3] 林健.新工科专业课程体系改革和课程建设[J].高等工程教育研究,2020(1):1-13.

[4] 索婧怡,朱雨婕,陈磊,等.食用酵素的研究及发展前景分析[J].食品与发酵工业,2020,46(19):271-283.

[5] 温睿.基于网络平台的“食品生产技术”课程线上教学模式的探索与实践[J].牡丹江大学学报,2020,29(12):99-101.

[6] 毛碧飞,张炳聪.创新创业背景下《食品生物技术》“课程思政”教学改革与实践[J].食品与发酵工业,2021,47(10):304-308.

[7] 李书红,李文钊,汪建明,等.“食品工艺学”在线教学改革和实践[J].农产品加工,2021(4):103-105.