應(yīng)用型高水平大學(xué)“食品工程原理”教學(xué)探討

段騰飛，郭志華，高貴珍，張興桃，徐禮生，張東京，王海潮

（宿州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽宿州 234000）

0 引言

食品工程原理是一門典型的工程學(xué)科，是一門以傳動學(xué)、傳熱學(xué)和傳質(zhì)學(xué)等為理論基礎(chǔ)的學(xué)科，主要涉及食品加工過程中的單元操作、各單元操作的原理及聯(lián)系。食品工程原理對于生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)能選型和計算是食品機(jī)械和工廠設(shè)計的基礎(chǔ)，正確的食品工程原理是食品加工過程能準(zhǔn)確實(shí)施的前提。

食品工程是在化學(xué)工程基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，因此二者具有相同的理論基礎(chǔ)和相似的單元操作，如流體輸送、攪拌、熱交換、沉降、過濾等[1-2]。雖然二者具有許多相似之處，但是由于食品原料的特殊性，有些操作與化工操作有所不同，如冷凍和真空在食品工程中運(yùn)用較多，而傳質(zhì)相關(guān)的單元在化工過程中運(yùn)用較多，因此在食品工藝過程中的單元操作中除了要達(dá)到目的以外，還要關(guān)注食品過程中的衛(wèi)生，以及食品的色、香、味、形等方面。

1 理論教學(xué)

1.1 上好緒論課

緒論課是所有課程的開場白，“食品工程原理”課程也不例外，也是學(xué)習(xí)食品工程原理的第一步?？梢杂谩?W”來概括為“why，how，what”，即為什么學(xué)、怎么學(xué)、學(xué)什么，是教師通過緒論課要告訴學(xué)生的?！毒w論》是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵一節(jié)課，同時也是理論課教學(xué)過程中最困難的一節(jié)課。

因?yàn)椤笆称饭こ淘怼闭n程是起源于化工原理課程的，因此在講《緒論》的過程中要講清楚它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。在緒論課上可以以一個完整的食品工藝流程來介紹各個環(huán)節(jié)是哪種單元操作，然后再把單元操作歸類，不同的單元操作用的是什么樣的原理，從而進(jìn)一步引入食品工程原理的主線——“傳動、傳熱和傳質(zhì)”，在此基礎(chǔ)上可以再次引入每個章節(jié)的單元操作，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。該課程的學(xué)習(xí)也分為3部分，第1部分為理論基礎(chǔ)，主要介紹三傳理論；第2部分為混合操作，主要介紹攪拌、均質(zhì)和乳化等；第3部分為分離操作，主要包括非均相物系和均相物系分離。然后，再從食品工程原理的發(fā)展史引入，介紹現(xiàn)代食品工業(yè)的發(fā)展。通過介紹可以讓學(xué)生對食品工程原理基本的概念及其在現(xiàn)代食品工業(yè)中所起的重要作用有所了解，最后介紹食品工程的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。

1.2 教學(xué)內(nèi)容

食品工程原理作為一門工程學(xué)科，課程內(nèi)容是比較枯燥，而且學(xué)習(xí)起來也具有一定難度，不少學(xué)生感覺像是回到了高中學(xué)習(xí)物理。因此，在日常的教學(xué)過程中可以從現(xiàn)象到本質(zhì)進(jìn)行一步步剖析。例如，在學(xué)習(xí)流體力學(xué)相關(guān)內(nèi)容時可以舉些例子：牛奶和蜂蜜在加工輸送過程中的不同，為什么蜂蜜從瓶子里面這么難倒出來，以及在這些現(xiàn)象背后所隱藏的原理。每章節(jié)的教學(xué)應(yīng)該有章節(jié)脈絡(luò)圖，因?yàn)槊總€章節(jié)都是圍繞同一個單元操作進(jìn)行學(xué)習(xí)，在每章節(jié)的學(xué)習(xí)前告訴學(xué)生要學(xué)什么、怎么學(xué)。例如，在學(xué)習(xí)傳熱相關(guān)內(nèi)容時，傳熱有3種方式：熱傳導(dǎo)、對流傳熱和輻射傳熱，除此之外還有傳熱過程的計算、換熱器的基本類型和構(gòu)造。首先，講解傳熱方式之間的聯(lián)系，這樣知識點(diǎn)之間的聯(lián)系就比較容易把握。例如，在傳熱計算小節(jié)中，可以先指出一般的傳熱過程有哪些基本過程組成，然后再分別計算，最后算總傳熱速率方程。在每章節(jié)的內(nèi)容講完之后，要把每章節(jié)的內(nèi)容整理一下，對重要知識點(diǎn)做總結(jié)，讓學(xué)生把握每個章節(jié)的重點(diǎn)在哪，學(xué)習(xí)的過程是先從現(xiàn)象到本質(zhì)再到現(xiàn)象。每個單元操作過程的學(xué)習(xí)過程基本相同，除此之外針對每個章節(jié)的學(xué)習(xí)要有重點(diǎn)和非重點(diǎn)。因?yàn)椤笆称饭こ淘怼闭n程包含的內(nèi)容非常多，如果每個章節(jié)都展開詳細(xì)學(xué)習(xí)的話，需要很多課時，但是一般高校在安排“食品工程原理”課程時都在70～80學(xué)時，時間有限，所以學(xué)習(xí)必需要有重點(diǎn)。

1.3 教學(xué)手段

1.3.1 課堂教學(xué)

食品工程原理研究的內(nèi)容有宏觀也有微觀，有的內(nèi)容單純的從文字上理解比較抽象，因此需要把抽象的東西具體，便于學(xué)生理解。研究表明，人類在從外界獲得信息時候，視覺所占的比例要遠(yuǎn)大于聽覺和觸覺[3]。因此，學(xué)生在平時課程學(xué)習(xí)過程中通過視覺所獲得的信息是非常多的，所以在上課的過程中針對這個特點(diǎn)，充分發(fā)揮視覺獲取信息的比例，所以在上課的過程中可以充分利用多媒體和板書來講解課程內(nèi)容?！笆称饭こ淘怼闭n程是一門對理論性、邏輯性要求很高的工科課程，食品專業(yè)的學(xué)生在“高等數(shù)學(xué)”和“大學(xué)物理”等課程的基礎(chǔ)相對薄弱，而且由于課程學(xué)時較少，因此在平時課堂教學(xué)的過程中，邏輯性比較強(qiáng)的內(nèi)容可以相對弱化，主要講解在食品生產(chǎn)過程中的內(nèi)在機(jī)理，從現(xiàn)象到原理，再從原理到一般過程，由于食品加工過程大部分都是宏觀內(nèi)容，因此學(xué)生在理解過程中相對來說比較容易。

1.3.2 充分運(yùn)用多媒體

由于多媒體可以圖文并茂地進(jìn)行講解，因此引入多媒體教學(xué)可以改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，幫助學(xué)生更快地獲得大量知識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率?！笆称饭こ淘怼闭n程關(guān)于原理這方面的內(nèi)容非常抽象、晦澀，因此如何化抽象為具體是長期以來講授“食品工程原理”課程的教師苦心鉆研的一個課題。利用多媒體教學(xué)可以使這個問題得到改善。例如，在講解離心泵的過程中，利用動畫等比較形象的東西，可以使課本上的“死”的東西活起來，由于內(nèi)容比較直觀，學(xué)生就比較容易理解。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)課程屬于工程實(shí)驗(yàn)的范疇，與基礎(chǔ)的課程實(shí)驗(yàn)不同，基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)室對已知的現(xiàn)象或者結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，采用的方法比較嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)的對象也較為簡單，在實(shí)驗(yàn)過程中影響因素較少或大多可控，而對于工程實(shí)驗(yàn)其研究對象往往是系統(tǒng)性的，是基于實(shí)際的工程問題簡化或者縮小而來，其影響因素較多，實(shí)驗(yàn)對象也容易受到外界因素的影響。例如，流體阻力測定實(shí)驗(yàn)，水的溫度、黏度、外界氣壓等都會影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于影響因素多，所以在實(shí)驗(yàn)過程中所采用的方法也和普通實(shí)驗(yàn)不同，量綱分析法和數(shù)學(xué)模型法是食品工程原理實(shí)驗(yàn)常用的方法。在研究對流傳熱系數(shù)時，其影響因素有流體密度、黏度、比熱容、熱導(dǎo)率等十幾個變量，如果想要分別對每個因素進(jìn)行試驗(yàn)工作量是非常大的，也不容易控制，利用量綱分析法把影響因素歸為三類：雷諾準(zhǔn)數(shù)、普朗特數(shù)和格拉曉夫數(shù)，分別表示流體流動狀態(tài)、物性和自然對流對傳熱系數(shù)的影響，在研究過程中可以大大減小工作量。

2.1 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)前首先要闡明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理方法。典型的實(shí)驗(yàn)項目包括傳動、傳熱和傳質(zhì)，其中流體阻力測定、離心泵性能測定、傳熱系數(shù)測定、填料吸收塔實(shí)驗(yàn)和干燥特性曲線測定等。在實(shí)驗(yàn)之前首先要學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識，其次要求學(xué)生閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書并查閱相關(guān)資料，熟悉實(shí)驗(yàn)原理，掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟⒅獣员敬螌?shí)驗(yàn)流程，在實(shí)驗(yàn)之前以小組為單位寫出預(yù)習(xí)報告，報告的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法以及擬采用的數(shù)據(jù)處理方法等。除此之外，開始實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)該對學(xué)生進(jìn)行安全教育，讓學(xué)生了解儀器和設(shè)備的原理和操作流程，注意自身和設(shè)備的安全。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作

在實(shí)驗(yàn)的過程中，第1步是實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備，包括熟悉實(shí)驗(yàn)裝置、檢查實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)過程中需要注意的問題；第2步是實(shí)驗(yàn)操作過程，由于實(shí)驗(yàn)過程中有很多電動機(jī)和閥門等部件，如果隨意操作可能會危害人身安全和損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

“食品工程原理”課程實(shí)驗(yàn)中所用到的儀器設(shè)備基本都是工廠生產(chǎn)中的設(shè)備的縮小版，許多學(xué)生在操作過程中很容易出現(xiàn)問題。例如，在離心泵實(shí)驗(yàn)過程中，要先進(jìn)行灌泵，防止出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象，另外在開啟離心泵之前要將出口閥關(guān)閉使離心泵在啟動時處于最小功率，防止損壞電動機(jī)[4]；在進(jìn)行洞道干燥實(shí)驗(yàn)過程中，要等干燥室溫度降低到60℃以下再關(guān)閉，防止損壞儀器。

2.3 數(shù)據(jù)的記錄與處理

在實(shí)驗(yàn)過程中，對于數(shù)據(jù)的記錄要盡可能準(zhǔn)確，避免人為造成的誤差。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求實(shí)事求是，經(jīng)過分析之后對于明顯誤差或者錯誤的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要及時舍去。另外，對于實(shí)驗(yàn)過程中的外界影響因素，如溫度、壓力、濕度等方面的數(shù)據(jù)要盡可能多的記錄下來。對于容易出現(xiàn)波動的數(shù)據(jù)，記錄多組數(shù)據(jù)，取平均值來減小實(shí)驗(yàn)的誤差，對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理要盡量要求學(xué)生使用相關(guān)軟件進(jìn)行處理，一是處理結(jié)果相對準(zhǔn)確，二是在處理數(shù)據(jù)的過程中可以鍛煉學(xué)生使用相關(guān)軟件的能力，對于學(xué)生以后走上工作崗位是非常有幫助的。

2.4 實(shí)驗(yàn)報告的撰寫

實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，要求學(xué)生及時撰寫實(shí)驗(yàn)報告，實(shí)驗(yàn)報告的書寫不是簡單地把預(yù)習(xí)報告或者書上的內(nèi)容抄一遍，而是通過學(xué)生自身的記錄和學(xué)習(xí)到的內(nèi)容進(jìn)行書寫，在寫的過程中要能通過實(shí)驗(yàn)報告體現(xiàn)出學(xué)生從本次試驗(yàn)中學(xué)到了什么，還有哪些內(nèi)容存在疑問，以便于開展后面的教學(xué)工作[5]。

對于實(shí)驗(yàn)過程中所出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)誤差是不可避免的，讓學(xué)生自己找出誤差的原因和解決辦法有利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，也可以通過這部分內(nèi)容反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

3 注重實(shí)習(xí)

不管是在課堂上還是實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生所能見到的、學(xué)習(xí)到的內(nèi)容是有限的，因此除了課堂和實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)之外，還要盡量增加課程實(shí)習(xí)[6]。無論在理論課還是實(shí)驗(yàn)課上，所見所學(xué)都是獨(dú)立的，而到了工廠以后，各種單元操作聯(lián)系起來。通過實(shí)習(xí)，可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到許多課本中學(xué)習(xí)不到的內(nèi)容。除此之外，學(xué)生進(jìn)入到工廠里進(jìn)行實(shí)習(xí)之后，還可以學(xué)習(xí)到除“食品工程原理”課程之外的其他內(nèi)容，如工廠設(shè)計、電子電工學(xué)等。通過實(shí)習(xí)教學(xué)，讓學(xué)生從學(xué)校到工廠，在理論和實(shí)踐之間架起一座橋梁，也能加深學(xué)生對于課程內(nèi)容的理解。

4 結(jié)語

對于課程的教學(xué)改革，不是一蹴而就的，而是在教學(xué)過程中不斷完善和不斷發(fā)展的，只有在“教”的過程中不斷“學(xué)”，才能逐步提高自己的教學(xué)水平和能力。

參考文獻(xiàn)：

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