“授-协-放”教学法提升本科生科研创新能力探索——以农产品加工学为例

劳 菲，李 婧，王永涛，沈 群，吴继红

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083)

2013年青年节，***总书记在同各界优秀青年代表座谈时的讲话中指出，创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力[1]。2021年4月，***总书记在清华大学考察时寄语中国当代青年“要勇于创新，深刻理解把握时代潮流和国家需要，敢为人先、敢于突破，以聪明才智贡献国家，以开拓进取服务社会”[2]。大学生作为我国当代青年的重要组成部分，是我国创新人才的主要战备力量，在一定程度上决定了我国科研创新、特别是原创探索的发展高度。培养大学生创新能力不仅关乎学生的个人成长，也影响国家的未来发展。

2015年5月，国务院办公厅颁布《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，指出深化高等学校创新创业教育改革是推进高等教育综合改革、促进高校毕业生更高质量创业就业的重要举措[3]。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》强调指出，要促进高校内部科技教育资源的共享，实现科研与教学互动和科研与创新人才培养相结合，鼓励本科生投入科研工作，在创新实践中培养他们的探索兴趣和科学精神[4]。将科研创新培养融入日常教学，建立健全大学生的创新意识及能力是高等教育的职责所在。

在高等院校食品专业的课程体系中，农产品加工系列课程是串联本科生理论服务生产，积累动手实践经历，培养科研创新能力的重要教学平台[5]，肩负为国家培养及输出各级各类农产品加工专业人才的重任。面对新历史时期全面推进乡村振兴对人才培养的新挑战，须进一步注重新农科与新工科交叉融合[6]，探索出契合新时代要求的农产品加工创新人才培养路径。 以中国农业大学食品科学与营养工程学院开设的本科生专业基础课农产品加工学为例，探讨基于“授-协-放”三步教学法提升本科生的科研创新能力的教学模式和实践体会。

1 国内外本科生科研创新能力培养背景及现状

1969年美国麻省理工学院本科教学的院长马戈立特率先提出大学生科研创新计划 “本科生研究机会计划(Undergraduate Research Opportunity Program,UROP)”[7-8]。该计划的目的是培养学生独立科研能力，帮助学生开展深度研究。1997年，美国加州大学伯克利分校在本科生科研培养方面做了包括“热衷于研制真正能改变现状的原型系统”在内的大量创新与尝试，成效显著，形成了著名的“科研重工业模式”或 “伯克利模式”[8-9]。英国采用“项目教学法”对学生进行综合培养，针对每个开放性课题，学生需要使用综合性器材，利用数学建模、试验操作、计算分析等方式完成研究任务[10]。德国采取导师一带一或一带多的“学徒式”模式指导学生进行科学研究[11]。澳大利亚则把培养创新精神的课程纳入必修科目，贯穿于整个教学过程之中。日本将游戏引入教学方法中，用有趣好玩的方式培养学生的科研创新及团队协作能力[10]。

我国在高校大学生中开展科研创新能力培养的起步较晚。1996年清华大学率先提出“学生科技训练”(Students Research Training，SRT)计划,并逐步把学生科研能力培养纳人本科生教学计划和人才培养的评价体系，成效显著[12]。依托清华大学的成功经验，浙江大学、北京大学、中国科技大学等高校的大学生科研训练计划逐步展开[8]。2015年3月，李克强总理在《政府工作报告》中首次提出“中国制造2025”的宏大计划，我国制造业从“中国制造”向“中国创造”转型，创新成为时代的主旋律，大学生科研创新能力培养驶入了发展的快车道。期间国家配套一系列激励政策和有效措施，针对不同专业学科开展了形式多样的创新基金、创业项目并给予资金支持，如大学生科研训练计划(Student Research Training Program，SRTP)，提倡并鼓励学生在教师的指导下独立完成项目研究。例如：浙江大学的院(系)、校、省创、国创的四级SRTP[13]。另外，“互联网+”“挑战杯”“创青春”等创新创业大赛和学科竞赛也在全国各地如火如荼地开展，这些活动在引导学生关注国家战略需求、关心社会发展动态、了解科学技术前沿、激发创新思维、积极主动地探索未知领域等方面发挥了重要的作用。同时，高校通过增加投入、创造有利条件等管理改革，优化课程建设、建立大学生科研训练及创新创业孵化基地，促进本科生参与科研创新训练，提高本科生科研创新素质。比如，中国农业大学食品科学与营养工程学院依托国家果蔬加工工程技术研究中心、功能乳品教育部北京市共建重点实验室、食品非热加工北京市重点实验室等多个科研平台，通过院级本科生科研训练计划(Undergraduate Research Program,URP)、校级URP、北创、国创等四级训练体系来培养大学生创新实践能力。项目的实施以及平台的支持，为自驱力强的本科生提供了极好的科研能力锻炼机会。

但目前大多数高校的科研创新能力训练计划需由学生自主联系导师并主导申报，而大多数处于本科阶段的学生存在学习主观动力不足、知识储备不够、学术理论体系不完善、逻辑思维和分析问题、解决问题能力缺乏[14]等限制，使得科研创新能力的培养在本科生群体中进展较为缓慢。因此，如何高效配置校内平台资源，利用课程积累学生科研创新基础，进一步激发学生科研潜能、提高学生创新意识和实践能力成为了构建科研创新新常态的难题和重要目标。为探索上述问题的解决方案，中国农业大学食品科学与营养工程学院在多次教学实践中，总结经验教训，构建了专属特色实践教学模式。以农产品加工学为例，探讨该学院在高等教育改革大背景下，利用课程积累学生科研创新基础，以鼓励学生大胆求异、支持科研创新。

2 构建梯度创新性教学模式

农产品加工学是食品科学与工程专业的基础必修课之一，主要学习粮油、果蔬、畜禽、蛋乳农产品原料基本特性、预处理方法、加工技术与工艺、质量控制与副产物综合利用等，旨在使学生掌握农产品加工学相关基本理论与实践知识，具备分析解决农产品加工工程中复杂的生物化学、工艺与装备等工程技术问题的能力，培养学生创新意识和能力。经过多年不断实践与优化，该院农产品加工学教学团队把本科生综合科研素质和能力的培养融入日常教学，以果蔬贮运与加工单元为例，构建了以“基础知识”为先导，以“综合研讨”为桥梁，聚焦“实践探究”的梯度创新教学模式(表1)。该课程模式建设过程中，坚持以夯实学生基础知识，培养学生的思辨能力、实践能力、科研创新能力为主线，结合农产品加工学科自身特点及当下科学研究热点，以专业化知识体系为依据，注重教学内容的优化升级和学科之间的交叉渗透，建立立足国内，放眼国际的多层次课程模式，实现对学生科研创新能力的激发和培养。

表1 农产品加工学果蔬贮运与加工单元梯度创新教学模式(24课时)Table 1 The multi-gradient teaching method in unit of fruit and vegetable storage and processing (24 teaching hours)

第一梯度基础知识共4个课时，占总课时的16.6%，以背景知识及概念性内容为主，重点培养学生对于科研助力农产品加工的兴趣及理解;第二梯度综合研讨共6个课时，占总课时的25.1%，利用已掌握的基础理论知识，通过讨论的形式进行思维延展，激发学生利用科学知识探索解决现有问题的兴趣，着重培养学生举一反三的综合运用能力，加深对理论知识的消化与吸收;第三梯度探究型实验共14个课时，占总课时的58.3%，该部分是整个教学模式的重中之重，也是衡量该模式教学改革成功的关键，着重培养学生的团队协作精神、科研创新思维以及发现问题、分析问题和解决问题的科研能力。探究型实验部分的成果可作为前期基础支撑学生进一步科研创新训练计划项目的申报，利用课堂完成学生投入科研创新训练项目申请的原始积累，极大改善了部分学生因学习主观动力不足、知识储备不够、学术理论体系不完善、逻辑思维和分析问题、解决问题能力缺乏导致的科研创新训练参与积极性低、培养进展缓慢的现象。该模式提出的3个梯度既相互独立，又紧密联系，由浅及深、由简入繁、循序渐进。这种“一条主线，三个梯度”的教学模式呈现立体的螺旋式、渐进式上升，在该院本科生科研能力培养中发挥了重要作用，达到了夯实科研理论基础和挖掘培养创新性人才并重的目的。

3 创建“授-协-放”三步教学法

培养大学生科研创新能力，改变传统“依葫芦画瓢”的教学方式、创新完善教学设计至关重要。将传授、互动与启发相结合，不仅能够完成学生基本实验方法和技能的培养，完成学生分析、解决问题的综合科研素质入门训练，而且能够充分利用课程过程为学生积累科研创新基础，激励学生大胆求异，进一步尝试个体创新。在现有教学大纲的框架下，运用“授-协-放”三步教学法(图1)，多梯度、渐进式实现对本科生综合科研素质的启蒙训练和科研能力的全面提升。

图1 “授-协-放”三步教学法在本科生农产品加工学中的教学应用示意Fig.1 Application of “Lecturing-Assisting-Doing” teaching method in Agricultural Product Processing class for undergraduates

3.1 基础知识，传“授”为主果蔬贮运与加工单元中的基础知识，主要通过讲授的方式开展教学，使学生掌握果蔬贮运与加工的特点和基本概念，理解果蔬及其制品在贮藏与加工中的基本原理和方法。这种传“授”不仅体现在果蔬贮运和加工的背景、国内外研究现状等宏观层面，意在培养学生的大局观、新视野，也体现在原料特性、处理方式等微观层面，意在扩充学生的专业基础认知。在传“授”的基础知识梯度，教师始终坚持把握传承与创新的关系，通过“思政教育”“情景式教育”将基础知识以及基础知识中所蕴含的科研能力培养的内容进行展示与挖掘，从而做到既夯实学生专业基础又培养创新能力，使学生在“知”的层面强化理解，为下一步“论”奠定基础。

培养学生的科研创新思维需充分调动学生的求知欲，这也是“授”梯度面临的重大挑战和核心任务。上课前，教师会把相关内容视频提前上传到教学班级微信群，供学生预习与思考，让学生好奇“为什么学”，作为正式学习之前的预热。上课时，教师会贯彻“传授为主，启发为辅”的教学理念，通过“授中有引”的教学方法，使学生不仅掌握基本原理，还能为下一步“协”的综合研讨奠定基础，培养学生辩证思维和独立思考的能力。下课前，为了巩固强化所学知识，增强学生的理解，依托“雨课堂”等在线教育平台，采用“课末扫码测试-下节课前线上提交”的模式对学生进行知识掌握评估，题目多为开放性，目的在于鼓励学生积极思考，引导求异思维。实操时，在课前上传水果供应链简介小视频和2016年联合国可持续发展的罗马宣言小视频，感受果蔬贮藏和加工在可持续发展大框架下的重要作用。课程过程中通过讲授不同种类果蔬原料特性的基础知识，埋下“贮藏与加工过程中损耗率高”的伏笔，引导学生思考“为什么会损耗率高”“如何降低损耗率”，奠定后续课程“减损”方案综合研讨的基础。课后开放思考题充分结合实际场景，如“如何提高苹果的出汁率？”，引导学生应用本节所学内容设身处地地积极思考，传承经典的同时达到启迪创新的目的。

3.2 综合研讨，“协”助拓展果蔬贮运与加工单元中的应用基础，主要通过综合研讨的方式开展教学，“协”助学生掌握定位果蔬贮运与加工过程中问题的方法，学会化繁为简，提出复杂贮藏与加工问题的解决方案。这种“协”不仅体现在透过典型场景案例，解析定位关键加工环节的“授之以鱼”层面，意在培养学生透过现象看本质的科研思维，也体现在针对关键加工环节，抽丝剥茧引导综合研讨，提出解决方案的“授之以渔”层面，意在扩展学生对基本知识的融会贯通和创新应用。在“协”的教授梯度，教师特别注意把握“授之以鱼”与“授之以渔”的关系，通过采用“翻转课堂”“开放式”的授课形式，将学习的主动权逐渐交回学生，力争实现润物细无声的教学效果，做到既扩展学生应用基础又启迪发展创新能力，使学生在“论”的层面融会贯通，为下一步“做”奠定基础。

培养学生的科研创新思维需引导学生有针对性地发现问题，这也是“协”梯度的主要难点和重要任务。上课前，教师需提炼前期开放性课后题的学生答案，整合2～3个代表性回答于课前共享到教学班级微信群，供学生回顾与思考，引导学生思考“回答是否正确”“为什么正确/不正确”，作为正式学习之前的预热。上课时，教师需在教学中引导学生观察过程及发现问题，组织学生自主学习、系统分析和强化讨论，通过递进式提问设计引导学生不断思考，完善方案，使学生不仅知其所以然，还能为下一步“放”的实践探究奠定基础，培养学生严谨的科研逻辑表达和团队协作的能力。下课前，为了巩固强化教授的方法论，通过布置课后作业的方法引导学生学会自我总结凝练并对学生知识掌握程度进行评估，作业以思维导图形式提交，目的在于培养学生的复盘思维，鼓励学生融合创新搭建自己的知识架构。实操时，在课前上传前期学生课后作业提出的“提高苹果出汁率的方法”的小结，供学生课前互相学习参考，以便课程讨论时对前期作业“查漏补缺”。课程过程中由回顾前期讲授的温带果蔬特点展开，通过递进式提问一步步引导学生发现加工过程中的关键问题，例如“适合制汁加工的苹果有什么特点”，教师引导学生思考制汁加工所需考虑的因素;原料选择结束，教师继续引导提问，“苹果制汁加工前需经过哪些预处理” “苹果出汁有哪些限制因素”，“如何选择苹果汁浆的杀菌方式”“包装材质对苹果汁会有哪些影响？”，通过5轮引导训练，逐步提高学生的综合设计能力，期间亦可让学生尝试设计苹果制汁制浆流程并鼓励学生在课堂上分享自己的设计，教师继续引导学生对该设计展开综合研讨，使学生在持续反复深入思考的同时可根据讨论中的思想碰撞完善设计方案，撰写自己的“苹果制汁制浆指南”;针对其中不确定的因素，可设计实验探究方案，为后期课程“放”手探究、实践检验打下基础。课后作业需学生全面回顾课程的“苹果制汁制浆指南”推理设计过程，引导学生对不同角度的苹果制汁制浆观点融会贯通、辩证判断，鼓励学生树立科研开放兼听精神的同时达到训练整合创新个体知识体系的目的。

3.3 实践探究，“放”手去做果蔬贮运与加工单元中的工艺集成，主要通过实践探究的方式开展教学。“放”手串联实践前期所学，自行设计实验方案并进行实验，掌握科学研究的基本方法。这种“放”不仅体现在学生对实验具体内容的自主选择的“大胆假设”层面，意在拓展学生的科研创新思维，也体现在学生通过实操分析讨论实验现象的“小心求证”层面，意在训练学生的科研审慎严谨思维。在“放”的教学梯度，教师特别注意把握实验“限定主题”与“开放内容”的关系，延续“翻转课堂”“开放式”的授课形式，充分调动学生的积极性和主动性，达到寓教于乐的教学效果，做到既尊重学生的创新思维又训练科研的严谨精神，使学生在践行前期所学的同时，充分感受和享受科研创新的乐趣。

培养学生的科研创新思维需充分发挥学生的主观能动性[15]，这也是“放”梯度的核心挑战和重点任务。教师可针对教学主题内容自主命题，学生可使用课本、专利、标准、期刊、文献等多种学术资源进行相关检索，小组研讨设计实验方案，以培养和提升文献检索及阅读能力。实操时，制汁单元实验主题限定为“高品质蓝莓汁的制备工艺研究”，学生可通过文献查阅，从不同角度设计“果胶酶提升出汁率” “花色苷辅色减损”“澄清工艺优化” “杀菌方式优化”等蓝莓汁品质提升的工艺探索实验。教师需引导学生实现实验内容的差异化，力求通过对比成功与失败的处理条件加深学生对关键工序的理解[5]。依托国家果蔬加工工程技术研究中心、农业农村部果蔬加工重点实验室、果蔬制汁加工技术集成科研基地、食品非热加工北京市重点实验室等强大完备的科研创新平台，大多数学生的奇思妙想“脑洞”得以兑现。此外，实验具体方案在满足主题设计的基础上，鼓励创意思维，力求新颖，并兼顾可行性。实验方案设计、方案实施、实验报告各占实验成绩的30%、30%、40%。通过集体讨论、共同设计、协同实验、独立报告的训练体系，完善和丰富学生的果蔬制汁理论体系和知识结构，规范学生的科研数据分析和文书写作习惯，拓展学生的科研思维，提高学生的创新能力。课程完成后，部分学生反馈课程期间的报告成果为其申报大学生科研创新训练计划项目提供了扎实的研究基础和可观的前期数据支撑，大大提升了其申请相关项目的积极性和成功率，为学生顺利转型投身更高层次的科研创新训练铺路搭桥，有效提升了学生参与科研创新训练的数量和质量。

4 结语

农产品加工学是食品专业本科生教育的重要专业必修基础课程之一，是串联本科生理论服务生产，拓展思维边界、积累实践经验，培育科研创新意识与能力的重要教学环节。针对本科阶段学生学习主观动力不足、知识储备不够、学术理论体系不完善、分析和解决问题的能力有待提高等限制本科生主动投身科研创新训练积极性的问题，该研究提出利用基础必修课程积累学生科研创新基础的“授-协-放”三步教学法。该法把对学生的专业基础认知、创新意识培养和科研综合能力提升等科研创新训练项目申报的关键前期积累融入日常教学，坚持以人为本、以学生为主体的教学理念，最大程度地调动和发挥学生的主观能动性。实践结果表明，该教学法有效提升本科生自发参与科研创新训练项目的数量和质量，大大激发了本科生的科研创新潜力，在针对本科生的科研创新能力培养的教育改革尝试中取得了良好的教学效果。