大健康时代食品创新型人才混合式6E教学模式的深度实践

杨晨,胡海玥,乔叶宁,汪建明

(天津科技大学食品科学与工程学院,天津 300457)

党的二十大报告指出,“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”[1],对高等教育提出了更高要求,也为高校教学的改革和发展提供了新的目标和行动指南[2]。高校教师承担着人才培养和科学研究等重要职能,要坚持以学生发展为中心,以新工科建设为背景进行教学体系改革,以形成适应当代社会发展的多元化学习模式。

食品营养学是食品科学与工程专业的重要核心课程[3],该课程以食品营养为主线,重点讲授食品营养素的基本性质、生物学功能、营养价值以及营养素在生产、加工和贮藏过程中的变化,并基于营养学的理论基础内容,结合跨学科知识,展开营养强化、膳食平衡和营养与健康、设计合理膳食与精准营养的相关内容,培养学生的通识及专业知识、综合能力与思维素养。食品营养学课程在连接基础课和专业核心课中起到了承前启后的重要作用,是解锁人体健康与疾病预防的密码,也是将营养学理论与实践融为一体的重要抓手,更是培养新工科人才和大健康战略践行者的重要基础课程。

当前,我国改革发展进入新时代,国家大健康战略和营养健康产业以及食品学科前沿理论发展迅猛[4],工程教育认证和市场对新工科人才培养的高要求,对食品专业教学提出了新的要求。食品营养学课程与生活联系紧密,在这个知识爆炸的信息时代,学生无时无刻不被食品安全、营养与疾病等信息包围,传统线下课程无法满足目前社会发展对学生素质及能力的需求以及高校学生日益增长的求知欲、对探索前沿知识的兴趣。因此,在新工科和大健康战略背景下,如何利用网络平台和信息技术丰富获取知识的途径,构建食品学科知识与应用实践的桥梁,如何增加课程的趣味性和创新性,提高课程的高阶性和挑战度,如何让学生在课程学习中参与进来并成为学习的主体,培养学生的综合能力和高阶能力,如何对学生的学习效果及高阶能力进行评价与反馈,都是食品专业和食品营养学课程教学改革亟待解决的重要问题。

本文以国家大健康战略要求为基础,根据新工科一流人才的培养目标和“两性一度”的教育要求,创新设计了食品营养学课程混合式6E教学模式。该模式将时代发展要求与专业教学有机衔接与融合,将培养学生的高阶思维、核心竞争力、综合能力和素养放在首要位置,充分发挥专业课主渠道优势,通过教师的“深度教”和学生的“深度学”,实现了专业知识、理论素养、能力思维的融合培养。

为了提高人民健康水平,推进健康中国建设,根据党的十八届五中全会的战略部署,2016年10月,中共中央、国务院印发并实施了《“健康中国2030”规划纲要》[5]。党的十八届五中全会指出健康是促进人的全面发展的必然要求,是经济社会发展的基础条件,是民族昌盛和国家富强的重要标志,也是广大人民群众的共同追求[6],因此要深入推进“健康中国”建设,全方位全周期保障人民健康。

食品专业人才培养与全民健康、疾病预防等国家健康战略密切相关。首先,国家大健康战略的实施要求食品专业课程不仅要紧密联系前沿科技,也要与生活实践密切相关,让学生终身受益。其次,人工智能、纳米技术、基因工程等新兴技术在食品工业中不断涌现,新形势对课程提出了与时俱进的新要求,培养品行兼备且具备研发健康科技食品思维及创新能力的应用创新型新工科人才是食品专业人才培养的首要任务。因此,食品专业人才培养模式的改革与创新迫在眉睫。

1.大健康时代食品专业学生现状及对课程教改的诉求调查

食品类专业学生在学习专业课程前,已完成了大部分基础课程的学习,智能和思维进一步成熟,求知欲强,参与意识强。这些学生中,半数以上参与过与食品相关的各类竞赛,有一定的创新意识,了解科技与创新的重要性,多数学生正准备考研,基础知识较扎实。然而,由于大部分学生预备考研或者考公务员,少部分学生对未来职业目标认知模糊,学习专业课不在状态,因此学习态度差异较大,课堂交流困难。部分学生不知道学习专业课的意义或未来如何应用专业知识,对授课的方式及内容不感兴趣。基于此,课题组利用问卷星,以线上问卷的形式对天津科技大学食品科学与工程学院在校生和毕业生进行了调查。调研学生对食品专业知识的诉求及应用场景,对教学内容、创新思维和能力的诉求以及对教学方法和课程思政等方面的诉求。调研共发放问卷200份,其中在校本科生150份(75.00%),已毕业本科生50份(25.00%),回收有效问卷191份(回收率95.50%),调研数据通过Excel软件进行整理。

本次调查问卷形式除是非题外,学生意愿和兴趣问题采用likert 5级评分法。调查内容主要包括:本科生对课程培养创新能力和思维的感受;对专业课程应用场景通识知识、前沿专业知识的诉求;对不同教学活动以及课程思政的兴趣。具体如图1所示。

图1 本科专业课程调查结果

(1)本科生对课程培养创新能力和思维的感受

调查结果发现,约半数的本科生通过专业课程学习锻炼了利用网络查找有效信息的能力,74.02%的本科生表示参加过多项食品创新大赛,26.18%的本科生获得过奖项。从数据上看,大部分本科生对各类食品创新大赛有着较高的参与度与兴趣,但是有64.40%的本科生表示专业课程对其竞赛帮助一般,证明在课改前专业课程无法充分帮助学生进行专业相关的竞赛提升,课程对于本科生创新能力和思维的培养不足。

(2)本科生对专业知识和应用场景的诉求

对于“对今后工作有帮助”和“对日常生活有帮助”这两个题目,分别有30.37%和28.80%的本科生选择了既不同意也不反对,而认为有帮助的人数均达到了60.73%。在“你希望在课程中学到专业的前沿知识”的调查问题中,大部分(78.01%)的本科生表示希望或强烈希望。在科技高速发展的现代社会,书本上的基础知识已无法满足学生日益增长的求知欲,以及对于学科前沿的探索兴趣。而食品专业知识,例如食品营养学、食品化学和食品工艺等与实际生活和生产实践密切相关,并且具有明显的“新工科”特征,集成了多学科领域的交叉知识。因此,需要学生以工作和生活为切入点,将食品专业通识知识与素养和专业能力与思维结合,以满足学生对专业知识和未来应用场景的诉求。

(3)本科生对不同教学活动的兴趣

在传统课堂中,教师通常采用讲授法对专业知识进行讲解。但是在调查过程中发现,本科生对于任务导向型小组讨论具有较大的兴趣,有71.21%的本科生表示对这种教学方法感兴趣,但是面对自由讨论等活动,表示一般或者不感兴趣的人数达到了73.82%。部分学生提出想要在课程中加入仿真模拟、网络互动等教学活动。线下课堂的教学活动是激发学生深度互动和学习意愿的关键所在,如何将课程的重难点通过教学活动让学生由浅入深地掌握更是设计教学活动的重中之重。

(4)本科生对课程思政环节及案例的兴趣

在传统课堂教学中,课程思政与食品专业和产业的连接度低,导致思政教学在一定程度上存在“离、旧、僵、硬、浮、滥”的问题(见图2)。学生对“大道理式”的课程思政不感兴趣,且这种方式无法激发青年学生的家国情怀,导致课程思政“难入心”。调查结果发现,82.19%的本科生表示与专业知识相关的思政案例的加入使其对学习专业知识更加感兴趣,79.05%的本科生赞同通过课程思政案例分析讨论提高民族自豪感和责任心。

图2 本科专业课程思政教学中可能存在的问题

2.食品专业培养现状与痛点

根据调查结果可知,食品专业课程的主要痛点是学生不知为何学、学什么、怎么学,同时,课程体系缺乏对学生“学会没”的评估,具体如图3所示。

图3 食品营养学学情分析与教学痛点

(1)职业目标模糊,自驱力不足——为何学

学生对职业发展目标缺乏清晰的认识,对食品专业学习的职责使命与家国情怀意识不足,不知道为什么而学。教学内容的思想高度不够,无法让学生从内心对课程思政内容产生共鸣。学生作为食品专业学子的责任与担当、理想与信念只停留在“学”的层面,虽“共情”但却“难入心、难践行”。

(2)教学内容与健康产业和职业发展连接度低——学什么

传统教学内容缺少与大健康产业、食品行业、前沿科技、生活经验以及职业发展的关联性,知行合一的引领与提升不足,教学内容创新性(深度)、思想性(高度)和对营养产业发展的影响力(广度)不够。常规线下教学中,教学情境构建不足,学生很难将课程内容与食品产业发展实际相结合,毕业后仍需要“二次学习”。

(3)深度学习路径欠缺——怎么学

线下课堂中学生学习状态不同,前排、中排和后排学生学习态度差异较大,后排学生缺乏学习积极性和主动性,课堂教学互动不足,存在浑水摸鱼的现象,传统讲授型课堂中学生被动地接收知识,缺乏创新和思维能力的建构过程,对学生主动学习的引导及深层次探究活动不足,课前、课中与课后缺乏一体化设计。

(4)双向评价与反思渠道缺乏——学会没

传统课程评价体系侧重终结性评价、知识评价及教师性评价,形成性评价、能力和素质评价及学生评价欠缺。学生无法及时反馈学习进度和成效,教师也无法根据学生的反馈或评价调整教学内容,师生双方均缺乏实时的双向反馈渠道和量化动态的评价体系。

1.基于教学理念,优化课程目标

针对食品营养学课程存在的教学痛点,课程团队形成“食·品·营·养·学”的教学理念,即“食承使命·品行兼备·营造氛围·养成习惯·学以致用”。这一理念贯穿课程全过程,帮助学生终身学习并受益。融入课程思政可以提高学生的职业素养和健康理念,培养学生家国情怀,树立良好的品德,传承食品学子的使命与责任;通过营造线上线下学习环境和氛围,帮助学生养成自主学习习惯,使其在今后的生活和工作中持续主动学习。同时,在专业课程学习过程中,教师应注意专业理论基础与生产实践、前沿成果及科技创新之间的逻辑联系,构建科学产品(项目设计)研发思维体系,使学生能够在今后的工作和生活中学以致用。

基于教学理念与人才培养目标的设计因素,形成了“培养德才兼备的食品营养创新型人才”的总体目标,强化通识知识及素养与提高专业能力和思维并驾齐驱,并将课程目标细化到各教学章节中,使食品营养学课程能够适应未来食品专业及学生跨专业发展的需求(见表1)。

表1 食品营养学的课程创新目标

2.重构教学内容,融入课程思政

首先,提取原教材章节知识点内容,将全课程十一章节的内容整合为营养供给、营养素功能及营养与健康三大模块,目的是通过将食品专业、学科前沿和健康产业紧密连接,呈现营养学知识内容的内在逻辑联系,并针对不同模块情境,整合重难点,以知识与概念、计算与实践、前沿与产业为主线,实现从低阶到高阶的教学内容重构(见图4)。同时,针对线下重构的模块和教学内容,线上以链接和视频的形式扩充学生健康生活、食品文化传承、食品学科竞赛、人工智能检测和食品科技成果等内容,使知识能力与素养、前沿与实践、健康与产业形成多维度连接,解决教学内容与健康产业和职业发展连接不足的问题。围绕重构后的教学内容,根据教学重难点,从营养学知识、热点新闻和问题、营养健康案例等入手,关联重难点内容,设计环环相扣、层层深入的参与探究式问题链,由浅入深地解决复杂问题。在此基础上,匹配案例教学法、合作探究教学法、项目驱动教学法等,实现从“知识传递为中心”向“以能力和素养发展为中心”转变,开展“深度教”。

图4 食品营养学教学内容的线下重构与线上扩容

将“头脑心灵双营养”的思政育人理念与《“健康中国2030”规划纲要》、我国营养健康发展历史、中国传统饮食文化、食品行业最新动态和实际国情相结合,使思政案例融入重构后的每一章节的内容中(见表2),实现立德树人与食品营养学课程教学的有效衔接,如盐入水般于潜移默化中赋能食品营养学的课程思政教育“入情入理”“入脑入心”。将“激发”学生的职责使命和家国情怀贯穿于教学始终,从营养案例、案例分析、榜样人物、红色影视、时事前沿、健康实践等出发,让学生通过独学和群学的方式思考与探讨,最后由教师进行总结,旨在强化个人健康责任,倡导形成自主自律的健康理念,激发学生对我国食品营养和食品专业的兴趣,提升学生的民族自豪感和文化自信,树立科技强国的信心,培养学生健康强国的社会责任感和捍卫食品安全的使命担当。

表2 食品营养学课程思政融入设计表

3.创建混合式6E教学模式,打造深度互动课堂

以美国生物学课程研究会Roger Bybee教授团队设计的5E教学模型为基础,基于调查结果、痛点分析以及中国学情,结合匹配的教学方法、参与探究式问题链以及学生互助学习小组,创新构建出“激发Excite—参与Engage—探究Explore—解释Explain—延伸Extend—评价Evaluate”的线上线下混合式6E教学模式,激发学生学习兴趣,使学生深度参与课堂,解决课堂“低头族”问题(见图5)。6E教学模式贯穿课前、课中和课后,在营养学重构的三个模块中精准实施,并根据重构后的重难点的不同,在激发、参与、探究、解释、延伸环节设计不同的教学活动促进师生深度互动,实现学生的“深度学”。

图5 线上线下混合式6E教学模式

(1)激发(Excite)

课前,学生根据教师发布的资源和任务清单,完成个性化自主学习、小组互助学习与探索及创新方案设计,激发学生的学习兴趣,培养其自主学习习惯。激发环节从课前兴趣激活延伸到课中学习行为激活,贯穿整个6E过程。例如,在模块二中的蛋白质与氨基酸章节中,学生通过观看视频《蛋白质是抵抗病毒的关键食物》,激发学生探索蛋白质与氨基酸营养功能的兴趣,引导学生对蛋白质如何提高免疫力问题和食品健康相关的政策及法律法规等进行研究,针对提高免疫力的蛋白质功能性食品进行设计和思考。在接下来的课堂中,首先通过与学生自身相关且感兴趣的问题激发其参与课堂的兴趣,接着通过学生对课前准备的思维导图的介绍与分析,将兴趣激发转变成行为激发。

(2)参与(Engage)

课中,学生以互助学习小组为单位就座,打破常规“前、中、后排”模式,使学生通过小组讨论、组间交流、分享与质疑、辩论赛等深度参与课堂。例如,学生基于教师提出的参与探究式问题链,通过小组讨论设计提高免疫力的蛋白质功能性食品的创新方案,深度参与课堂;学生通过“日常生活中,是否需要额外补充维生素”的辩论赛来深度参与课堂,培养学生的综合能力和思维体系,搭建人人爱学习、人人想参与、人人有收获的学习活动平台。

(3)探究(Explore)

在探究环节,教师将讲授知识的过程转变为引导学生探究知识的过程,学生小组通过分享与质疑、小组间的互评,以及教师的重难点精讲分析,进一步探究食品专业、食品产业与食品科学前沿之间的联系,培养学生的科学精神和研究思维。

(4)解释(Explain)

解释输出包括两部分,一是学生的解释输出,通过案例分享、创新设计汇报、模拟路演等,培养学生的综合能力和创新思维。二是教师的精讲引导,通过学生对课前任务的解释输出,教师整合学生“碎片化”知识并进行精讲与深入剖析,引导学生分析解决问题,将知识与实践应用结合,帮助学生提升应用知识的综合能力。例如在蛋白质与氨基酸章节中,基于植物蛋白和动物蛋白的互补作用,引入《国民营养计划(2017—2030年)》中的双蛋白工程,推动学生思考其对于破解我国现代农业、食品产业、营养健康一体化协同发展的结构性难题的重要意义。

(5)延伸(Extend)

延伸是引导和帮助学生进行思想提升的重要部分,是将现有知识和问题关联前沿科学知识与健康产业以及专业素养的拓展。例如,模块二中的蛋白质与氨基酸章节设计引入前沿科学乳铁蛋白和添加乳铁蛋白的婴幼儿奶粉行业的崛起等实例。十多年前,因为“三聚氰胺”奶粉事件,中国乳制品行业经历了一段低谷期,但是随着食品法律法规的健全和完善,近年来,国产奶粉无论是质量把控、奶源地选择,还是科研投入,都在展现品牌国货的品质,赢得了国人的信赖。由此,引导学生明确食品安全的重要性、食品人应遵守的法律法规和职业道德,以及如何通过科技支撑和振兴民族企业助力健康中国的责任感和使命感。同时,基于学生方案设计汇报中的问题,教师进一步帮助学生完善蛋白质功能食品的创新方案。

课后以知识的应用与延伸为主,学生小组合作完成创新产品设计,参加创新竞赛,参与科普宣传实践,依托学院的科研平台,将教学情境由课堂延伸到课外,在体验和实践中感悟食品学子的责任与担当。

(6)评价(Evaluate)

通过师生互评和反馈及同步异步评价对获得的知识、能力及素质进行有效评价。课程团队借助信息技术支撑建立课前及时反馈、课中精准反馈、课后总结反馈的过程化多维量化评价反馈体系。如图6所示,期末考试成绩占比40%,平时成绩占比60%,其中包括线上学习(5%)、课前自测(5%)、课堂表现(5%)、组内评价(10%)、组间评价(10%)、课后作业(10%)、教师评价(10%)、反馈反思表(5%)。该评价反馈体系强调过程与结果并重,知识与能力并重,保证教学活动的及时反馈与改进。

图6 食品营养学过程化多维量化评价反馈体系

引入6E混合式教学后,在课程目标达成度方面,学生对知识的领会和应用程度、创新能力、科学人文素养等分别提高了6%、10%和12%,学生产出结果较好地完成了大纲设定的培养目标。2017、2018、2019级学生期末总成绩在90～100和80～90分数段的学生人数明显高于2015级和2016级学生,低分分数段的学生人数明显下降,课程改革创新效果显著。

为了研究学生对混合式6E教学模式的课堂参与度与成绩的潜在关系,课题组计算了学生线上课时完成情况、线上前测得分、汇报展示得分、小组实践作业得分、课堂表现、课后作业得分以及综合成绩之间的相关系数,结果如图7所示。综合成绩与线上前测得分(r=0.70,p<0.05)和小组实践作业得分(r=0.99,p<0.05)之间呈现高度相关,同时值得注意的是,学生线上课时完成情况与各项成绩均呈现正相关,特别是汇报得分以及课堂表现,而课堂表现与最后的综合成绩呈现中度正相关(r=0.53,p<0.05),因此推断在线课程资源完成度越高,学生对互动式体验学习(小组汇报和线下抢答)的兴趣越高。

图7 “蛋白质与氨基酸”单元学生课堂参与度与成绩关系的Spearman相关图

食品营养学6E混合式教学方式使学生的创新能力及思维在课程中得到充分锻炼,开阔了学生的视野,学生开始积极参与创新创业活动。近三年,学生参与食品科学相关竞赛的人数占比从40%提高至85%,获奖66项,其中获得省部级以上竞赛奖励24项,本科生参与发表营养学相关研究论文29篇,专利11项。

“头脑心灵双营养”的思政育人模式极大地调动了学生的积极性和主动性。学生利用课余时间和寒暑假积极参与社会实践,食品科学宣传进社区、进小学,累计参与志愿服务工作达2000余人次,传递了食品营养学课程所学到的营养健康知识,培育了一批优秀的志愿者和营养宣传大使。

学生在“食品创新工坊”“微食尚”公众号发布的“食闻科普”“食安在线”“基础食识”“创新/食品先驱”等文章,浏览次数达到10万次以上,有效激发了学生学以致用、服务社会的信心和决心,使其在宣传中更好地践行食品学子的责任与使命。

作为高校食品专业课程,食品营养学课堂是积极推广营养健康理念、发展健康产业及为国家和社会培养营养学专业人才的重要阵地。以上结果证明了通过重构教学内容和混合式6E教学法能够有效调动学生深度学习和参与课堂的意愿,将专业知识与健康产业、学生未来职业发展相结合,能够帮助和引导学生明确未来发展方向。同时,通过贯穿课前课中课后的评价体系,及时反馈和改进,课程教学达到了预期的教学目标,取得了较好的教学效果。基于6E混合式教学模式的深度实践,天津科技大学食品营养学课程获批国家级线上线下混合式一流本科课程,教学团队获得第三届全国高校教师教学创新大赛一等奖和第七届西浦全国大学教学创新大赛二等奖等荣誉,这些结果证明了混合式6E教学模式可以作为示范案例进行推广。

本文介绍了食品专业课程教学现状与痛点和混合式6E教学模式的深度实践,详细描述了该模式中通过内容重构开展“深度教”和实施6E教学模式实现“深度学”的教学创新举措。以食品营养学课程为例,通过混合式6E教学模式而打造的深度互动课堂,解决了目前食品专业学生“怎么学”的问题;充分融合健康产业和学科前沿知识,融入课程思政,链接产业与专业,解决了“学什么、为何学”的问题;通过多维评价,解决了“学会没”的问题。同时,该模式有效调动了学生学习的积极性、培养了其自主学习的习惯,由被动学习变为主动学习,让学生在参与、探究、解释和延伸中提升了知识的综合运用能力、团队合作意识,培养了辩证思维和创新思维,增强了社会责任感,使培养出来的人才能够服务于国家大健康战略,符合工程教育认证和新工科人才培养的新要求。

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