楊文建 裴斐 馬高興

摘要：《食品化學(xué)》課程是全國(guó)各大高校本科食品專業(yè)中一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本文在傳統(tǒng)的講授式、討論式、試驗(yàn)科研式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，闡述《食品化學(xué)》課程仿真模擬教學(xué)發(fā)展背景與目的，進(jìn)一步探討《食品化學(xué)》課程仿真模擬教學(xué)模式和方法，為《食品化學(xué)》課程的仿真創(chuàng)新教學(xué)方法提供基礎(chǔ)，同時(shí)，對(duì)提高學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：食品化學(xué)；仿真模擬教學(xué)；系統(tǒng)化與模塊化

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）23-0099-03

2017年，我國(guó)食品工業(yè)總產(chǎn)值突破12萬(wàn)億元。隨著食品產(chǎn)業(yè)規(guī)范化、工程化、功能化和國(guó)際化的進(jìn)一步推進(jìn)，食品產(chǎn)業(yè)從生產(chǎn)、采后貯藏保鮮、加工、營(yíng)養(yǎng)與安全、市場(chǎng)物流與消費(fèi)等多個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)食品專業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研用人才需求越來(lái)越大。食品專業(yè)是對(duì)農(nóng)、林、牧、副、漁等部分生產(chǎn)產(chǎn)品的貯藏加工特性進(jìn)行研究的一門(mén)綜合性專業(yè)，與人們生活密切相關(guān)。為了滿足現(xiàn)代食品產(chǎn)業(yè)在新時(shí)代背景下的快速發(fā)展以及食品行業(yè)新業(yè)態(tài)需要，全國(guó)已有超過(guò)300所高校開(kāi)設(shè)了食品科學(xué)與工程本科專業(yè)，在校學(xué)生總數(shù)達(dá)5萬(wàn)人以上[1]。然而，目前我國(guó)食品專業(yè)大學(xué)生培養(yǎng)存在諸多問(wèn)題，主要表現(xiàn)為學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱、實(shí)踐不足、動(dòng)手能力差、創(chuàng)新能力缺乏等問(wèn)題，難以適應(yīng)企業(yè)對(duì)多元化人才的需求。培養(yǎng)好如此大規(guī)模的食品專業(yè)在校大學(xué)生，使之成為食品產(chǎn)業(yè)中的高水平綜合型人才，對(duì)我國(guó)食品產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展至關(guān)重要。

一、多元交叉性專業(yè)課程特點(diǎn)需要一種新型教學(xué)模式

《食品化學(xué)》課程在80%以上高校的食品科學(xué)相關(guān)專業(yè)本科生專業(yè)培養(yǎng)方案中是一門(mén)重要的必修基礎(chǔ)性課程和主干課程。這門(mén)課程是從化學(xué)角度和分子水平研究食品中的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)和安全性質(zhì)以及他們?cè)谏a(chǎn)、加工、儲(chǔ)藏和運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生的變化，以及這些變化對(duì)食品品質(zhì)和安全性影響的一門(mén)學(xué)科。也是一個(gè)涉及微生物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、食品物性學(xué)、物理化學(xué)、食品工藝學(xué)、食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)、園藝學(xué)、酶學(xué)、食品添加劑、食品安全等諸多學(xué)科與領(lǐng)域的一門(mén)基礎(chǔ)課程[2]，所以說(shuō)，《食品化學(xué)》是一門(mén)集宏觀與微觀、具體與抽象、理論與實(shí)驗(yàn)、寬度和廣度為一體的交叉性很強(qiáng)的課程，食品專業(yè)本科學(xué)生開(kāi)設(shè)的大部分專業(yè)課程都是立足于《食品化學(xué)》這門(mén)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)之上，學(xué)生對(duì)《食品化學(xué)》課程的知識(shí)掌握程度嚴(yán)重影響著他們對(duì)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。這種復(fù)雜的、全面的、基礎(chǔ)性的課程特點(diǎn)決定了《食品化學(xué)》課程教學(xué)的難度，其不僅要涉及化學(xué)反應(yīng)原理的基礎(chǔ)理論知識(shí)教學(xué)，還要涉及加工工藝的步驟和現(xiàn)象，更要有安全檢測(cè)和生產(chǎn)性試驗(yàn)；既要啟發(fā)學(xué)生的探索創(chuàng)新性思維，又要培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和實(shí)際應(yīng)用能力。這就決定了很難用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式來(lái)達(dá)到《食品化學(xué)》課程多學(xué)科交叉特性的需求，勢(shì)必要發(fā)展一種新型的教學(xué)模式來(lái)滿足課程的綜合理解和產(chǎn)學(xué)研用人才培養(yǎng)。

二、傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方式缺乏啟發(fā)性和趣味性，亟需一種新型的教學(xué)模式

隨著教育行業(yè)的不斷發(fā)展和教學(xué)方式的多樣化，除了傳統(tǒng)“講授式”教學(xué)模式外[2]，逐漸出現(xiàn)了討論式教學(xué)、演示式教學(xué)[1]、試驗(yàn)式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂[3]、仿真模擬式教學(xué)[4]等諸多方法。針對(duì)不同類型的課程內(nèi)容，如何在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，創(chuàng)制新的教學(xué)模式提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，是目前大學(xué)生創(chuàng)新性教學(xué)的一個(gè)重要突破口。近幾年，為了提升教學(xué)質(zhì)量，各個(gè)高校的《食品化學(xué)》課程主要采用多媒體教學(xué)輔助“講授式”教學(xué)的主流方式，通過(guò)課堂PPT展示文字、圖像、聲音等多種媒體向?qū)W生形象地講授知識(shí)，這種教學(xué)方式確實(shí)大大改善了傳統(tǒng)教學(xué)的枯燥性，極大地豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容。但這種教學(xué)方式往往會(huì)出現(xiàn)教材知識(shí)點(diǎn)照搬到PPT上或課程知識(shí)信息量過(guò)大導(dǎo)致學(xué)生對(duì)大量涌來(lái)的信息難以消化吸收等問(wèn)題，使對(duì)具體物質(zhì)、工藝原理、化學(xué)反應(yīng)的講解變得抽象化和理論化，學(xué)生興趣度低、知識(shí)掌握差，從而降低了學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)消化效率，削弱了課程知識(shí)的趣味性和學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致學(xué)生的興趣不高及技能掌握和創(chuàng)新意識(shí)差，很難達(dá)到該課程的教學(xué)目的和產(chǎn)學(xué)研用人才培養(yǎng)的目標(biāo)。如何構(gòu)建一種新型的教學(xué)方式來(lái)達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生興趣點(diǎn)，提高學(xué)生的出勤率、聽(tīng)課率、掌握率和運(yùn)用率，促進(jìn)食品領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用型人才的培養(yǎng)，是《食品化學(xué)》課程教學(xué)模式改革的重點(diǎn)。

三、“仿真模擬”教學(xué)是《食品化學(xué)》教學(xué)方式的必然趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)和多媒體教學(xué)在大學(xué)課程教學(xué)中顯得越來(lái)越重要，“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的發(fā)展也迫使課程教學(xué)方式的現(xiàn)代化?！妒称坊瘜W(xué)》仿真模擬教學(xué)是通過(guò)一些仿真模擬組件構(gòu)建起來(lái)的用于模擬食品原料、加工、貯藏等過(guò)程中一些化學(xué)反應(yīng)原理與現(xiàn)象、組織結(jié)構(gòu)微觀變化、分子交互作用原理等的教學(xué)方法，這種模式對(duì)課程中涉及的食品貯藏加工品質(zhì)變化現(xiàn)象、過(guò)程、工藝、原理和化學(xué)反應(yīng)等以計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行仿真模擬試驗(yàn)的方式呈現(xiàn)?！胺抡婺M”教學(xué)把傳統(tǒng)的抽象講解轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)演示和操作，更生動(dòng)具體地向?qū)W生展示一些專業(yè)知識(shí)。結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)對(duì)仿真模擬內(nèi)容進(jìn)行特殊的專門(mén)設(shè)計(jì)，使學(xué)生如身臨其境一般體驗(yàn)和了解科學(xué)探究的過(guò)程和方法，提高創(chuàng)新意識(shí)和科研思維，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解印象更深刻、更容易掌握，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力[5]。盡管“仿真模擬”的教學(xué)方式通過(guò)虛擬模型能夠形象具體的展現(xiàn)一些傳統(tǒng)課堂或?qū)嶒?yàn)課程無(wú)法形象詮釋的專業(yè)知識(shí)，但目前很多課程根本沒(méi)有配套的仿真模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，主要是仿真模擬系統(tǒng)制作起來(lái)比較煩瑣、成本較高且需要很強(qiáng)的“食品+計(jì)算機(jī)”專業(yè)技能，導(dǎo)致虛擬仿真教學(xué)模式在專業(yè)課程教學(xué)中實(shí)際應(yīng)用并不多，尤其是在食品學(xué)科領(lǐng)域的仿真模擬教學(xué)模型非常少。通過(guò)建立配套《食品化學(xué)》課程的仿真模擬數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)推動(dòng)本課程的教學(xué)乃至整個(gè)學(xué)科其他專業(yè)課程的教學(xué)都具有重要意義。

盡管一些高校的《食品化學(xué)》課程配套了試驗(yàn)課程，但這些真正的操作性試驗(yàn)具有消耗時(shí)間、人力、物力等特點(diǎn)而無(wú)法覆蓋整個(gè)課程內(nèi)容，而“仿真模擬”教學(xué)是建立在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)課，其以高度仿真技術(shù)提供給學(xué)生與實(shí)際操作一模一樣的線上模擬實(shí)驗(yàn)，既節(jié)約了學(xué)生的大量時(shí)間，還能夠降低實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)成本，同時(shí)強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶力，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)思考能力、科研探索能力，充分挖掘仿真模擬在創(chuàng)新性學(xué)習(xí)中的功能，發(fā)揮其在創(chuàng)新性學(xué)習(xí)中創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、驗(yàn)證假設(shè)或猜想等環(huán)節(jié)中的作用，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)方式實(shí)現(xiàn)由被動(dòng)接受式學(xué)習(xí)向主動(dòng)探究性學(xué)習(xí)的根本轉(zhuǎn)變。因此，建立《食品化學(xué)》課程仿真模擬教學(xué)模式不僅是課程教學(xué)模式發(fā)展的必要需求，更是推動(dòng)整個(gè)食品學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展的重要手段。

四、《食品化學(xué)》仿真模擬教學(xué)的目的與思路

針對(duì)目前食品產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)對(duì)食品專業(yè)的產(chǎn)學(xué)研用人才的需求，利用仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、仿真生物實(shí)驗(yàn)室和仿真物理實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)仿真模擬軟件，構(gòu)建《食品化學(xué)》課程配套的適用性廣、實(shí)用性強(qiáng)、教學(xué)效果顯著的仿真模擬動(dòng)態(tài)模型，建立一種適合于培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型、技能型、產(chǎn)學(xué)研用綜合型食品專業(yè)人才的《食品化學(xué)》仿真模擬教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主性、積極性、主動(dòng)性、探索性、獨(dú)立性，來(lái)增強(qiáng)學(xué)生興趣點(diǎn)，提高學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)掌握度、實(shí)踐運(yùn)用性，促進(jìn)學(xué)生牢固地掌握所學(xué)專業(yè)知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生具有一定的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

五、《食品化學(xué)》仿真模擬教學(xué)模式構(gòu)建方法

（一）《食品化學(xué)》課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化梳理

首先以《食品化學(xué)》課程教材為基本素材和研究?jī)?nèi)容，通過(guò)國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)庫(kù)（CNKI、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)、維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)、Elsevier、Springerlink、Wiley-Blackwell、ACS等）收集總結(jié)大量課程相關(guān)國(guó)內(nèi)外科學(xué)前沿知識(shí)，使課程內(nèi)容與科研領(lǐng)域和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用相結(jié)合。然后利用“MindMapper Pro概念圖工具”和“MindManager思維導(dǎo)圖”梳理各章節(jié)內(nèi)容，對(duì)各個(gè)章節(jié)的重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行邏輯化、模塊化、結(jié)構(gòu)化、層次化處理[6]。

（二）《食品化學(xué)》課程仿真模擬教學(xué)組件構(gòu)建

針對(duì)課程涉及的重點(diǎn)食品貯藏加工品質(zhì)變化現(xiàn)象、反應(yīng)過(guò)程、反應(yīng)原理、工藝規(guī)程、檢測(cè)技術(shù)，分篩、精選和規(guī)劃適合于仿真模擬教學(xué)模式的課程內(nèi)容，并對(duì)篩選出來(lái)的內(nèi)容課程單元化、模塊化、系統(tǒng)化。針對(duì)課程涉及的一些化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象、機(jī)理性闡述、試驗(yàn)、食品的加工技術(shù)等內(nèi)容，以創(chuàng)新性試驗(yàn)設(shè)計(jì)、探索性科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)化實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，利用仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、仿真生物實(shí)驗(yàn)室和仿真物理實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)虛擬仿真軟件，構(gòu)建《食品化學(xué)》課程內(nèi)容的仿真模擬組件群。比如，食品中淀粉分子的糊化現(xiàn)象，需要構(gòu)建模擬加熱水體系、淀粉顆粒體系、逐級(jí)糊化的淀粉分子體系、糊化淀粉分子體系等。面團(tuán)形成過(guò)程中蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成，需要構(gòu)建淀粉顆粒、淀粉顆粒吸水過(guò)程變化體系、面筋蛋白交聯(lián)過(guò)程體系、蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與內(nèi)嵌物體系、外源添加成分體系、添加物影響網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過(guò)程體系等。

（三）《食品化學(xué)》課程仿真模擬教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建

按照表1中設(shè)計(jì)的仿真模擬試驗(yàn)?zāi)K，并結(jié)合所構(gòu)架的組件與模塊體系，進(jìn)一步對(duì)構(gòu)建的試驗(yàn)組件進(jìn)行集成和組裝，形成一整套的食品化學(xué)反應(yīng)、工藝、現(xiàn)象的仿真模擬動(dòng)態(tài)模型，并進(jìn)行仿真模擬進(jìn)行模式的試運(yùn)行、檢驗(yàn)、改進(jìn)。

六、結(jié)論

總之，新型“仿真模擬”教學(xué)模式改革是《食品化學(xué)》教學(xué)乃至整個(gè)食品科學(xué)專業(yè)課程教學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)，基于本文涉及的21個(gè)重要試驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)并建立《食品化學(xué)》課程的“仿真模擬”教學(xué)模塊，可使學(xué)生更加牢固地掌握《食品化學(xué)》課程的重要知識(shí)點(diǎn)，為其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和知識(shí)點(diǎn)掌握，發(fā)揮巨大的基礎(chǔ)知識(shí)鋪墊和支撐作用。同時(shí)，《食品化學(xué)》課程仿真模擬教學(xué)模式的構(gòu)建，也為其他食品專業(yè)相關(guān)課程的仿真模擬教學(xué)提供技術(shù)支持。

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