《食品化學(xué)》的仿真模擬教學(xué)模式構(gòu)建
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摘要：《食品化學(xué)》課程是全國各大高校本科食品專業(yè)中一門重要的專業(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，對提高學(xué)生對課程知識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
一、多元交叉性專業(yè)課程特點需要一種新型教學(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)方案中是一門重要的必修基礎(chǔ)性課程和主干課程。這門課程是從化學(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)、營養(yǎng)和安全性質(zhì)以及他們在生產(chǎn)、加工、儲藏和運輸過程中發(fā)生的變化，以及這些變化對食品品質(zhì)和安全性影響的一門學(xué)科。也是一個涉及微生物學(xué)、動物學(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)域的一門基礎(chǔ)課程[2]，所以說，《食品化學(xué)》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(yè)本科學(xué)生開設(shè)的大部分專業(yè)課程都是立足于《食品化學(xué)》這門基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)之上，學(xué)生對《食品化學(xué)》課程的知識掌握程度嚴重影響著他們對其他專業(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，更要有安全檢測和生產(chǎn)性試驗；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)模式來達到《食品化學(xué)》課程多學(xué)科交叉特性的需求，勢必要發(fā)展一種新型的教學(xué)模式來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)的一個重要突破口。近幾年，為了提升教學(xué)質(zhì)量，各個高校的《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，這種教學(xué)方式確實大大改善了傳統(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)方式往往會出現(xiàn)教材知識點照搬到PPT上或課程知識信息量過大導(dǎo)致學(xué)生對大量涌來的信息難以消化吸收等問題，使對具體物質(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、知識掌握差，從而降低了學(xué)生對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)消化效率，削弱了課程知識的趣味性和學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，導(dǎo)致學(xué)生的興趣不高及技能掌握和創(chuàng)新意識差，很難達到該課程的教學(xué)目的和產(chǎn)學(xué)研用人才培養(yǎng)的目標。如何構(gòu)建一種新型的教學(xué)方式來達到增強學(xué)生興趣點，提高學(xué)生的出勤率、聽課率、掌握率和運用率，促進食品領(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。
三、“仿真模擬”教學(xué)是《食品化學(xué)》教學(xué)方式的必然趨勢
隨著計算機網(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)中顯得越來越重要，“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的發(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)是通過一些仿真模擬組件構(gòu)建起來的用于模擬食品原料、加工、貯藏等過程中一些化學(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，這種模式對課程中涉及的食品貯藏加工品質(zhì)變化現(xiàn)象、過程、工藝、原理和化學(xué)反應(yīng)等以計算機模型進行仿真模擬試驗的方式呈現(xiàn)。“仿真模擬”教學(xué)把傳統(tǒng)的抽象講解轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C演示和操作，更生動具體地向?qū)W生展示一些專業(yè)知識。結(jié)合企業(yè)實際生產(chǎn)對仿真模擬內(nèi)容進行特殊的專門設(shè)計，使學(xué)生如身臨其境一般體驗和了解科學(xué)探究的過程和方法，提高創(chuàng)新意識和科研思維，使學(xué)生對知識的理解印象更深刻、更容易掌握，增強學(xué)生的實際應(yīng)用能力[5]。盡管“仿真模擬”的教學(xué)方式通過虛擬模型能夠形象具體的展現(xiàn)一些傳統(tǒng)課堂或?qū)嶒炚n程無法形象詮釋的專業(yè)知識，但目前很多課程根本沒有配套的仿真模擬實驗數(shù)據(jù)庫，主要是仿真模擬系統(tǒng)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(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。通過建立配套《食品化學(xué)》課程的仿真模擬數(shù)據(jù)庫，對推動本課程的教學(xué)乃至整個學(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(nèi)容，而“仿真模擬”教學(xué)是建立在計算機基礎(chǔ)上的實驗課，其以高度仿真技術(shù)提供給學(xué)生與實際操作一模一樣的線上模擬實驗，既節(jié)約了學(xué)生的大量時間，還能夠降低實驗課程教學(xué)成本，同時強化了學(xué)生對知識點的記憶力，培養(yǎng)學(xué)生的主動思考能力、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)問題情境、驗證假設(shè)或猜想等環(huán)節(jié)中的作用，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)方式實現(xiàn)由被動接受式學(xué)習(xí)向主動探究性學(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，更是推動整個食品學(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
針對目前食品產(chǎn)業(yè)市場對食品專業(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(gòu)建《食品化學(xué)》課程配套的適用性廣、實用性強、教學(xué)效果顯著的仿真模擬動態(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)動學(xué)生的自主性、積極性、主動性、探索性、獨立性，來增強學(xué)生興趣點，提高學(xué)生對課程知識點掌握度、實踐運用性，促進學(xué)生牢固地掌握所學(xué)專業(yè)知識，增強學(xué)生解決問題的能力，使學(xué)生具有一定的創(chuàng)新意識和創(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內(nèi)容，通過國內(nèi)外數(shù)據(jù)庫（CNKI、萬方數(shù)據(jù)庫、維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫、Elsevier、Springerlink、Wi-ley-Blackwell、ACS等）收集總結(jié)大量課程相關(guān)國內(nèi)外科學(xué)前沿知識，使課程內(nèi)容與科研領(lǐng)域和實際生產(chǎn)應(yīng)用相結(jié)合。然后利用“MindMapperPro概念圖工具”和“MindManager思維導(dǎo)圖”梳理各章節(jié)內(nèi)容，對各個章節(jié)的重要知識點進行邏輯化、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
針對課程涉及的重點食品貯藏加工品質(zhì)變化現(xiàn)象、反應(yīng)過程、反應(yīng)原理、工藝規(guī)程、檢測技術(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，并對篩選出來的內(nèi)容課程單元化、模塊化、系統(tǒng)化。針對課程涉及的一些化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象、機理性闡述、試驗、食品的加工技術(shù)等內(nèi)容，以創(chuàng)新性試驗設(shè)計、探索性科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)化實際應(yīng)用為導(dǎo)向，利用仿真化學(xué)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(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(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成，需要構(gòu)建淀粉顆粒、淀粉顆粒吸水過程變化體系、面筋蛋白交聯(lián)過程體系、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
仿真模擬試驗?zāi)K，并結(jié)合所構(gòu)架的組件與模塊體系，進一步對構(gòu)建的試驗組件進行集成和組裝，形成一整套的食品化學(xué)反應(yīng)、工藝、現(xiàn)象的仿真模擬動態(tài)模型，并進行仿真模擬進行模式的試運行、檢驗、改進。
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)乃至整個食品科學(xué)專業(yè)課程教學(xué)發(fā)展的必然趨勢，基于本文涉及的21個重要試驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計并建立《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)》課程的重要知識點，為其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和知識點掌握，發(fā)揮巨大的基礎(chǔ)知識鋪墊和支撐作用。同時，《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。
作者：楊文建 裴斐 馬高興 單位:南京財經(jīng)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院
