孟利,雷虹,李夢(mèng)洋,李沖偉
黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院(哈爾濱 150080)
自2016年我國(guó)成為華盛頓協(xié)議會(huì)員國(guó)以來(lái),工程教育專業(yè)認(rèn)證便正式與國(guó)際接軌。工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)的思想為指導(dǎo),為實(shí)現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),其畢業(yè)要求12條標(biāo)準(zhǔn)覆蓋研究、分析、設(shè)計(jì)、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力培養(yǎng),強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)、專業(yè)知識(shí)及現(xiàn)代工具的綜合運(yùn)用[1]。要求解決方案考慮到工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展,符合職業(yè)規(guī)范,培養(yǎng)的人具有良好的團(tuán)隊(duì)精神和溝通能力。如何將社會(huì)對(duì)專業(yè)人才的需求分解成可培養(yǎng)、可實(shí)現(xiàn)、可衡量的畢業(yè)要求,將高度發(fā)展的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決本領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題,推動(dòng)專業(yè)科學(xué)發(fā)展和進(jìn)步。以產(chǎn)出為核心,以培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程目標(biāo)和課程教學(xué)為關(guān)鍵要素是認(rèn)證工作的“主線”,建立面向產(chǎn)出的評(píng)價(jià)和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制是認(rèn)證工作的“底線”[2]。
如何將分科學(xué)習(xí)的工程基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的碎片化知識(shí),整合運(yùn)用到領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)雜工程問(wèn)題,是以學(xué)生為中心的重要體現(xiàn)和學(xué)生實(shí)踐能力和職業(yè)能力培養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán),也是建立面向產(chǎn)出的評(píng)價(jià)與持續(xù)改進(jìn)機(jī)制關(guān)鍵[3]。頂石課程是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外高校本科教育改革重要轉(zhuǎn)變之一,其主要目的和核心內(nèi)容主要集中在整合專業(yè)知識(shí)課程,學(xué)生通過(guò)課程對(duì)以往知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合、反思,起到理論學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用之間過(guò)渡和連接的作用,同時(shí)學(xué)生在解決復(fù)雜的工程問(wèn)題中,培養(yǎng)學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)精神和溝通能力[4]。基于此,以食品分析綜合實(shí)驗(yàn)為例,從課程內(nèi)涵、課程內(nèi)容、教學(xué)方式改革、學(xué)生過(guò)程管理與評(píng)價(jià)和課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)5個(gè)方面介紹其探索與實(shí)踐情況,同時(shí)對(duì)頂石課程實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行展望,以期為我國(guó)高校工程專業(yè)頂石課程的建設(shè)提供參考。
根據(jù)成果導(dǎo)向教育(outcomes-based education,OBE)教育理念,反向設(shè)計(jì)食品分析綜合實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)[5]。根據(jù)黑龍江大學(xué)學(xué)生培養(yǎng)定位和專業(yè)的優(yōu)勢(shì)和特色,確立黑龍江大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是服務(wù)面向解決發(fā)酵食品及功能健康食品生產(chǎn)、研發(fā)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題人才培養(yǎng)。
食品分析行業(yè)需要所培養(yǎng)的人才能系統(tǒng)地掌握食品分析方法、食品分析方法的建立理念,解決食品領(lǐng)域分析問(wèn)題的思維方式,有能力運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)手段,將食品分析的社會(huì)需求轉(zhuǎn)化為可重復(fù)、可測(cè)量的化學(xué)、物理、生物領(lǐng)域的數(shù)據(jù),并能夠正確收集、處理和解釋數(shù)據(jù),解決食品分析領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題,并能夠在此基礎(chǔ)上改革、創(chuàng)新,將上述學(xué)科的發(fā)展應(yīng)用到食品領(lǐng)域,推動(dòng)食品領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。食品分析綜合實(shí)驗(yàn)是學(xué)生運(yùn)用所學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)知識(shí),解決食品行業(yè)的分析檢測(cè)問(wèn)題,是整合上述知識(shí)碎片,融會(huì)貫通,解決食品行業(yè)問(wèn)題重要的能力轉(zhuǎn)化課程。
基于人才培養(yǎng)需求,所設(shè)置課程應(yīng)具有高階性,對(duì)應(yīng)工程認(rèn)證中畢業(yè)要求中使用現(xiàn)代工具:能夠針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題,開(kāi)發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具,包括對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的預(yù)測(cè)與模擬,并能夠理解其局限性;研究:能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究,包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),分析與解釋數(shù)據(jù),并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論;溝通:能夠就復(fù)雜工程問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流,包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令,并具備一定的國(guó)際視野,能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流;個(gè)人和團(tuán)隊(duì):能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。
根據(jù)畢業(yè)要求,設(shè)置食品分析綜合實(shí)驗(yàn)課,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目14個(gè),44學(xué)時(shí),對(duì)應(yīng)理論課食品分析48學(xué)時(shí)。該課程的前期課程基礎(chǔ)包括:食品分析課程的化學(xué)基礎(chǔ)課,如無(wú)機(jī)及分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等,為學(xué)生提供化學(xué)反應(yīng)基本原理知識(shí)及基本操作;數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課,如高等數(shù)學(xué)、線型代數(shù)、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)等,提供學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)所需要的數(shù)學(xué)知識(shí);物理基礎(chǔ)課,如大學(xué)物理、物理化學(xué),為學(xué)生提供物性檢測(cè)技術(shù)及光學(xué)檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí);食品科學(xué)基礎(chǔ)課,如食品化學(xué)、食品加工工藝學(xué)、生物化學(xué)、食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)、微生物學(xué),為學(xué)生提供食品分析方面復(fù)雜工程問(wèn)題的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。食品分析課程為畢業(yè)論文、生產(chǎn)實(shí)習(xí)積累獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐能力和識(shí)別和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。
食品分析綜合實(shí)驗(yàn)及其理論課設(shè)置其課程目標(biāo),以完成畢業(yè)要求的能力培養(yǎng),其課程目標(biāo)設(shè)置與畢業(yè)要求之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。課程目標(biāo)1,恰當(dāng)使用化學(xué)分析、儀器分析、物性分析工具和手段,獲得數(shù)據(jù)并得出結(jié)論的能力;課程目標(biāo)2,通過(guò)實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算、歸納、總結(jié),規(guī)范撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告;課程目標(biāo)3,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)方法及比較不同方法的能力;課程目標(biāo)4,能在團(tuán)隊(duì)中扮演個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員及負(fù)責(zé)人的角色。
圖1 食品分析綜合實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系
頂石課程是通過(guò)知識(shí)體系重構(gòu)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科跨專業(yè)的綜合能力,食品科學(xué)與工程專業(yè)頂石課程分析、研判專業(yè)知識(shí)體系特點(diǎn)和所解決的社會(huì)需求[6]。根據(jù)食品分析綜合實(shí)驗(yàn)的畢業(yè)要求和課程目標(biāo),設(shè)置食品分析綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,其內(nèi)容隨著社會(huì)需求的更新而持續(xù)改進(jìn)。其課程內(nèi)容設(shè)置具有如下特點(diǎn)。
課程針對(duì)食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生大三學(xué)生特點(diǎn),系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生駕馭分析技術(shù)的能力,包含滴定法、紫外-可見(jiàn)分光光度法、原子吸收分光光度法、熒光分光光度法、高效液相色譜法、流變儀、感官分析法等技術(shù)手段,逐步淘汰2009年左右新興食品分析技術(shù)項(xiàng)目,如農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)、食品摻假實(shí)驗(yàn)、糧食中基本營(yíng)養(yǎng)成分的紅外光譜分析等專業(yè)性不高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。2015版培養(yǎng)方案確定14個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。2020年,使用超高效液相色譜測(cè)定食品中的呋喃丹,替代原有高效液相色譜法測(cè)定食品中的有機(jī)酸。
針對(duì)培養(yǎng)目標(biāo),食品分析實(shí)驗(yàn)任務(wù)之一是鍛煉學(xué)生獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)時(shí)的規(guī)范性、分析方法基本數(shù)據(jù)的獲得及評(píng)價(jià),因此,實(shí)驗(yàn)設(shè)置方法相對(duì)簡(jiǎn)單、學(xué)生比較熟悉的苯酚硫酸法測(cè)定糖含量的方法,設(shè)置回收率實(shí)驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)到試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)的基本流程和設(shè)計(jì)方法。同時(shí)設(shè)置氨基酸分析的2種方法的精密度及顯著性比較,學(xué)生學(xué)習(xí)不同方法比較的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。
學(xué)生將無(wú)機(jī)及分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、生物化學(xué)、食品加工工藝學(xué)、食品化學(xué)、食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)課程上學(xué)習(xí)的知識(shí)應(yīng)用于解決食品分析問(wèn)題上,每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)訓(xùn)練相應(yīng)的課程目標(biāo),具體包含的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示,課程完成后,根據(jù)其對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)點(diǎn)給出成績(jī),根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最終成績(jī)得到相應(yīng)課程目標(biāo)的達(dá)成度評(píng)價(jià)。
表1 食品分析綜合實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)
食品分析綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)置項(xiàng)目包括水分、蛋白、脂肪、礦物質(zhì)、糖類、氨基酸、維生素、色素、農(nóng)藥殘留、食品流變學(xué)特性、感官評(píng)價(jià)等,內(nèi)容涵蓋基本成分分析、組分分析、農(nóng)藥殘留、食品添加劑及物性性質(zhì)分析。從技術(shù)手段上,包含滴定法、紫外-可見(jiàn)分光光度法、原子吸收分光光度法、熒光分光光度法、超高效液相色譜法、流變儀、感官分析法等。從數(shù)據(jù)分析上,包括精密度、回收率、方法差異比較、方差分析等。
課程的首要任務(wù)是學(xué)生能夠通過(guò)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐,融會(huì)貫通前期數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物等工程基礎(chǔ)課,用于食品分析應(yīng)用實(shí)踐上。現(xiàn)有食品分析手段的傳承,是食品分析課程學(xué)習(xí)的第一步,而食品分析思維方式的形成,現(xiàn)有分析手段的批判,新分析手段的吸收、學(xué)習(xí)、拓展與開(kāi)發(fā),是食品分析人才在未來(lái)職業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ闹匾饬恐笜?biāo),是課程培養(yǎng)能力的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在食品分析項(xiàng)目的情景下,采取問(wèn)題式教學(xué),促進(jìn)學(xué)生整合、反思原有知識(shí),將所學(xué)理論知識(shí)用于解決食品分析問(wèn)題上,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的反思,新方法的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)分析等。學(xué)生食品分析能力得到深化和拓展[7]。
課程根據(jù)食品分析任務(wù)對(duì)專業(yè)要求內(nèi)涵與復(fù)雜性,將食品分析涉及的項(xiàng)目歸納總結(jié)并挑選具有代表性的檢測(cè)項(xiàng)目,兼顧技術(shù)手段使用上的系統(tǒng)性,設(shè)置5個(gè)食品分析職場(chǎng)情景的教學(xué)環(huán)境,包括原料質(zhì)量控制、實(shí)驗(yàn)方法建立與評(píng)價(jià)、營(yíng)養(yǎng)成分分析及分析儀器使用、食品添加劑的檢測(cè)、食品物性分析,共14個(gè)實(shí)驗(yàn),覆蓋現(xiàn)有食品分析技術(shù)手段、檢測(cè)項(xiàng)目,滿足相關(guān)企事業(yè)單位對(duì)食品分析人才需求。所培養(yǎng)學(xué)生在相關(guān)單位評(píng)價(jià)為上手快、基本理論知識(shí)扎實(shí),可以應(yīng)對(duì)行業(yè)發(fā)展需求。
面對(duì)食品分析任務(wù),根據(jù)食品分析檢測(cè)任務(wù),提出食品分析項(xiàng)檢測(cè)目的是什么,被分析對(duì)象有什么樣特點(diǎn),與所在環(huán)境中的干擾物質(zhì)有哪些,哪些特征可將被分析對(duì)象與所在的環(huán)境中的干擾物質(zhì)中區(qū)分開(kāi)來(lái),這些特征由什么樣的儀器測(cè)定出來(lái),如何量化等一系列問(wèn)題的設(shè)定和解決。培養(yǎng)學(xué)生的探索能力和拓展能力,且具備將這些能力內(nèi)化,應(yīng)用于新方法的建立和評(píng)價(jià)當(dāng)中,提高學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)技術(shù)知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力[8]。
項(xiàng)目中每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都為綜合性實(shí)驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)分為2人1組,分工合作,合理統(tǒng)籌,另外在項(xiàng)目的14個(gè)實(shí)驗(yàn)中,將不同組的同學(xué)劃分為兩大組,分成樣品呈遞組和品嘗組2個(gè)團(tuán)隊(duì),并且角色互換。在呈遞組中進(jìn)行樣品、編號(hào)、分工、呈送工作,品評(píng)組同學(xué)根據(jù)品評(píng)表打分,一輪之后,2組角色互換。學(xué)生在此過(guò)程中扮演不同角色,可以自己對(duì)自己所扮演的角色、職責(zé)和團(tuán)隊(duì)中的作用進(jìn)行描述,同時(shí)對(duì)整體團(tuán)隊(duì)的運(yùn)行進(jìn)行描述。學(xué)會(huì)換位思考,確立好自身的作用和位置。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中,交流,討論,配合。
在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上,學(xué)生體驗(yàn)學(xué)生根據(jù)食品感官特點(diǎn),確定食品感官評(píng)定的指標(biāo)和權(quán)重,數(shù)據(jù)收集,數(shù)據(jù)分析、處理和得出結(jié)論的全過(guò)程。同時(shí)采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)電子鼻、電子舌、質(zhì)構(gòu)儀等一起進(jìn)行模擬仿真操作,體會(huì)電子鼻、電子舌、感官評(píng)定之間的關(guān)系、優(yōu)缺點(diǎn)及局限性。
對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)施評(píng)價(jià)采用過(guò)程化管理。所有實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備經(jīng)過(guò)精心策劃,為學(xué)生準(zhǔn)備精準(zhǔn)的試驗(yàn)用具,規(guī)范的試驗(yàn)指導(dǎo),讓學(xué)生能夠通過(guò)預(yù)習(xí)和老師的講解,獨(dú)立自主地完成試驗(yàn)操作。學(xué)生在操作過(guò)程中,可以逐一體驗(yàn)老師設(shè)置的關(guān)鍵點(diǎn)。另外,2位指導(dǎo)教師控制關(guān)鍵操作點(diǎn)的關(guān)鍵操作安全與規(guī)范。對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)進(jìn)行細(xì)致分解,預(yù)習(xí)報(bào)告20分(預(yù)習(xí)報(bào)告的撰寫,上交是否及時(shí)10分,提問(wèn)10分),實(shí)驗(yàn)操作包括桌面的有序性,操作的規(guī)范性、數(shù)據(jù)記錄是否清晰、完整,實(shí)驗(yàn)規(guī)劃的合理性及桌面衛(wèi)生等。
實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)總分為30分(對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)),是一個(gè)數(shù)據(jù)是否處理得當(dāng)(10分),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否記錄清楚(10分)、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)與反思(10分)的評(píng)分體系。通過(guò)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)控制,包括:當(dāng)堂預(yù)習(xí)報(bào)告的上交,批改發(fā)回,講解中的提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)指導(dǎo),下課前對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行批閱、審核,實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批改、反饋等。這些對(duì)學(xué)生上課狀態(tài)進(jìn)行了妥善管理和保障,給予學(xué)生獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的空間,收到良好的效果,通過(guò)評(píng)價(jià)、反饋,學(xué)生逐漸養(yǎng)成獨(dú)立、有序開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的能力。
在體驗(yàn)及團(tuán)隊(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)中,根據(jù)學(xué)生任務(wù)完成情況,對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行打分。包括查閱資料的渠道及權(quán)威性(10分),方法的比較和選擇(10分),實(shí)驗(yàn)方法的確立(10分),實(shí)驗(yàn)步驟是否可行及內(nèi)容是否完整(10分),實(shí)驗(yàn)實(shí)施是否清晰(10分),數(shù)據(jù)是否完整,數(shù)據(jù)質(zhì)量及數(shù)據(jù)處理是否規(guī)范(30分),對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的反思和改進(jìn)(10分)。
設(shè)計(jì)問(wèn)卷,調(diào)查教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)、意見(jiàn)和建議。另外根據(jù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置與課程目標(biāo)之間的關(guān)系,設(shè)計(jì)考核環(huán)節(jié),計(jì)算課程目標(biāo)的達(dá)成度,并對(duì)其達(dá)成情況進(jìn)行反思,將改進(jìn)方法交予專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)小組。教師及專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)小組對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課程目標(biāo)達(dá)成情況進(jìn)行充分的評(píng)估,并探討改進(jìn)方式和方法,制定改進(jìn)措施和方案。
學(xué)生通過(guò)食品分析綜合實(shí)驗(yàn)的5個(gè)項(xiàng)目,綜合訓(xùn)練了各類檢測(cè)方式、設(shè)備的實(shí)際操作,對(duì)每種方法的原理及局限性進(jìn)行了反思,鍛煉了知識(shí)整合和應(yīng)用的能力,形成了食品分析問(wèn)題的解決思維邏輯,體驗(yàn)了團(tuán)隊(duì)配合模式,綜合提高了學(xué)生解決食品分析領(lǐng)域的能力。此次教學(xué)改革達(dá)到頂石課程“以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo),充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性”的教學(xué)理念,體現(xiàn)食品分析技術(shù)發(fā)展的需求,收到良好的教學(xué)效果。