新工科背景下《食品无损检测技术》课程教学改革探索

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  “新工科”建设已经成为我国高等工程教育的重要课题,也是当前教育领域乃至整个社会关注的热点之一。自2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设,引领新一轮科技革命与产业变革,实施服务创新驱动发展等国家战略。新工科研究和实践改革将围绕工程教育中的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系开展,实现从学科导向转为产业需求导向,从单学科专业分割转为多学科交叉融合,从适应服务需求导向转为支撑引领科技导向,培养具有新型技术和综合能力的专门人才。
  江苏大学的食品科学与工程学科特色鲜明,为食品行业培养了一批又一批具有工程能力的应用型人才。学校在食品快速无损检测研究领域起步较早,并多年保持国内领先水平。食品无损检测技术是一门涉及物理、化学、生物、电子、机械、计算机和应用数学等多学科的综合技术,一般是从外部给待测物一个激励能量,当待测物受激励能量影响时,通过比对输入和输出信号可获得待测物的理化特性。为进一步强化学科特色,让学生了解食品无损检测技术的基本原理和应用前景,学院针对本科生开设了《食品无损检测技术》课程。该课程以多学科交叉融合为特点,工程性强,但是在教学过程中实践性较少。因此,本文对《食品无损检测技术》课程教学目前存在的问题进行系统分析,以新工科“成果导向教育”为核心进行教学改革和探索,以期培养更加符合社会需求的复合型人才。
  一、教学内容的探讨
  1.教材的更新。《食品无损检测技术》课程的教学内容主要包括力学特性检测技术、电学特性检测技术、光学特性检测技术、计算机视觉检测技术和生物传感检测技术等。其中,计算机视觉检测技术、近红外光谱技术已经在食品加工过程和产品的智能评价方面逐步应用,生物传感检测技术更是随着纳米技术的快速发展而不断更迭,在食品、农产品的安全评价方面引起了广泛关注。然而,目前该课程选用的教材仍主要基于2004年化学工业出版社的《食品与农产品品质无损检测新技术》,教材内容相对陈旧,已不能体现现代食品无损检测技术发展的真实水平,也无法满足新工科背景下人才运用能力的要求。虽然在实际教学过程中,教师会根据目前的研究热点和行业应用情况对教学内容进行部分调整,但是由于没有固定教材的辅助,无法有效支撑课堂的教学内容,学生的课后复习效果并不理想。因此,为让学生更深层次地了解技术原理和应用情况,编著一本包含该领域优秀学者研究成果的新型《食品无损检测技术》教材显得尤为重要。
  2.课程体系的更新。传统的教学方式重知识、轻能力,重传统、轻发展,重理论、轻实践,重校内、轻社会,而新工科对本科教学的课程教学体系提出了更高的要求。目前的《食品无损检测技术》课程设置为30个学时,包括26个课堂授课学时和4个实验学时。面对新工科改革的要求,授课老师除了讲授各类技术的基本原理,更要注重讲解技术本身的特点、相关仪器的操作和方法的构建。另外,各类数据的构建和处理在食品无损检测过程中是一个难点,如何让学生在4个学时的实验课中学会数据采集、预处理、模型构建、实际应用也就成为新的挑战。因此,在今后的教学过程中,可以根据教学内容对课堂授课和实验的教学学时进行灵活科学的调整。
  如表1所示,在第一章绪论的授课过程中,可以将原来的4个讲授学时调整为2个学时。在第四章光学特性的检测技术的授课过程中,可以将讲授4学时、实验2学时调整为讲授2学时、实验4学时,在课程讲解时重点介绍可见/近红外光谱技术的原理和应用,实验部分则可以让学生开展从数据采集、数据处理到模型应用的完整实验,让他们深刻体会快速无损检测技术的特点,培养学生运用新技术解决问题的能力。在第六章其他快速检测新技术的授课过程中,可以将原来的6个学时(高光谱图像检测技术、电子鼻及电子舌检测技术、生物传感器检测技术)调整为8个学时,侧重点是目前食品安全检测快速领域出现的新技术,如表面拉曼增强技术、荧光纳米生物传感检测技术,从而让学生更全面地了解食品快速检测技术的发展现状。在第七章化学计量学的应用的授课过程中,原先是安排4个讲授学时,2个学时讲解基本化学计量学方法,2个学时讲解应用实例,现在可新增加2个学时,邀请本行业智能加工检测领域的一些专家给学生们做专题讲座,加深学生們对于专业、行业的了解,为今后工作或者继续深造开拓思路。


  二、教学模式的建立
  1.启发式教学方法。要改变传统的“填鸭式”教学方法,引导学生积极思考,将食品无损检测技术的理论教学、应用实例与生活实际相关联,提高大家对技术原理和应用前景的理解,引导学生了解技术原理的相通性,提高学生对交叉学科的认识,有利于新工科背景下学生综合能力的培养。例如,在介绍电子鼻技术原理时,可以让学生思考有没有见过生活中的“电子鼻”。老师的启发式问题能够拓展同学们的思维,事实上,酒精测定仪就是一种典型的电子鼻,通过讲解酒精测定仪的工作原理,学生很容易就能理解电子鼻系统的工作原理。将课堂教学和生活实际进行紧密联系,不仅可以增加学生的学习热情,也有利于培养学生的学习能力、分析问题和解决问题能力。
  2.新型实践教学方法。将高校理论与企业实践进行深度融合、优势互补,已经成为本科教学提高专业人才培养质量的一种重要实践方式。通过校企合作共建,能够把企业多年的实践经验引入高校教育,实现校企联合人才培养,有助于形成混合式师资团队。在第七章的应用部分安排2个学时,邀请智能检测行业的工程师(主要是江苏大学培养毕业的研究生)给学生们讲授食品无损检测技术作为衍生技术在各个行业的应用情况,以及在实际应用过程中遇到的问题和解决方法,提高学生对专业的了解,增强他们的工程应用能力,有利于本科生质量的提升。也可以让教师们共同参与学习校外专家的授课,提升校内师资队伍的工程能力。
  3.线上线下混合式教学模式的探索。疫情期间的网络授课给教师带来了全新的挑战,也给教学模式改革带来了启示。教师可以充分利用网络教学平台和资源,提高学生上课的积极性,增加上课的趣味性,从而提高学生的学习效率。因此,改变传统的教学模式,多方位开展线上线下混合模式教学,将成为现代课堂的主流。腾讯课堂、雨课堂、学习通、慕课等网络平台给现代教学提供了丰富的解决方案。针对《食品无损检测技术》课程的校外专家授课部分,如果专家有时间,可以直接来到课堂现场;如果专家无法到现场直接授课,学生可以借助于网络平台,如采用腾讯会议的方式进行屏幕共享授课、语音对话解答讨论等。行业专家会从技术前沿、技术应用等方面给学生介绍,拓宽学生对课程及专业的认知,提高学生学习的兴趣,这对他们今后工作和研究方向的选择能够起到积极作用。教师在实际授课过程中,即使是课堂教学,也可以借助腾讯课堂、雨课堂、钉钉等软件来辅助教学。以雨课堂教学工具为例,课前可以将课件、学习资料推送给学生,让学生进行预习和自学;授课时,根据雨课堂平台统计数据,进行随堂抽查;课堂讨论则可以采用“弹幕+投稿”方式,让平时不敢举手的同学也有机会参与集体讨论和学习;课后推送作业,让学生进一步巩固知识。这些操作可以用手机完成,学生的课堂表现情况可以在软件系统保存,为平时成绩的评定提供了有力的参考依据,平台留存的回放记录也为学生复习提供了参考。在线下课堂时,老师也可以更有针对性地为学生解答难点。
  4.考核方式的改进。《食品无损检测技术》课程原先的考评方式是期末考试占80%,平时成绩占20%,其中平时成绩的评估主要来源于考勤和作业,忽略了学生的课堂表现和参与度。而线上线下教学软件的融入,可以让学生更高效地参与课堂互动,可以量化课堂问答、作业的活跃程度并作为平时成绩考评依据。在后期的考评过程中,可以调整期末考试和平时成绩的比例,例如,将期末考试成绩调整到70%,平时成绩调整到30%,新增加10%的平时成绩可以用于实践教学环节的评估,安排学生进行分组讨论,锻炼学生协同合作、口头表达能力,培养学生的创新思维,这部分的成绩将综合教师和小组互评结果。在期末考试的试题设置方面,根据新工科和成果导向教育理念进行课程考核改革,增加分析综合题、检测方案设计题等,增强学生分析问题和解决问题的能力。期末考试题型和平时成绩考核方式的全方位改革可以全面提高学生的综合素质,通过达成度评价分析学生的相关毕业要求达成情况。
  《食品无损检测课程》是一门综合性应用的课程,涉及机械、电子、计算机、光学、纳米等多学科交叉知识,在新工科教育背景下,如何更好地培养学生的创新能力、工程能力,需要从教学内容、教学模式等方面进行深入的改革和探索。本文依据该课程教学目前存在的问题,提出了改革方案,后期将根据实际教学效果进一步优化教学方法。(基金项目:江苏大学2018年度“青年英才培育计划”。)
  作者简介:欧阳琴(1987-),女,博士,副教授,研究方向:食品农产品品质快速无损检测研究。
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