食品工程綜合實驗教學(xué)模式探索與實踐

李 陽，吳曉琴，羅自生

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058)

國務(wù)院〔2015〕64號文件《統(tǒng)籌推進世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》指出，高校應(yīng)深化產(chǎn)教融合，將一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)與推動經(jīng)濟社會發(fā)展緊密結(jié)合，著力提高高校對產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的貢獻率，努力成為催化產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革、加速創(chuàng)新驅(qū)動的策源地，促進高校學(xué)科、人才、科研與產(chǎn)業(yè)互動，打通基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)、成果轉(zhuǎn)移與產(chǎn)業(yè)化鏈條，推動健全市場導(dǎo)向、社會資本參與、多要素深度融合的成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化機制[1]。推動產(chǎn)學(xué)研相互融合的一個重要著力點就是加強高校實驗教學(xué)的建設(shè)，用以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，并滿足產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革和成果轉(zhuǎn)化的需求[2]。而當前我國高校的創(chuàng)新型高等實踐教育體系尚未完全建立，創(chuàng)新型科技人才培養(yǎng)教育環(huán)節(jié)亟待提升，實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法對相關(guān)產(chǎn)業(yè)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不敏感或不適應(yīng)[3]，因此需要探索出一套符合學(xué)生實踐能力培養(yǎng)、創(chuàng)新力提升、綜合素質(zhì)形成的完整的實驗教學(xué)體系。

食品工程綜合實驗是食品科學(xué)與工程專業(yè)的一門以運用食品工程理論知識來操作和使用食品機械設(shè)備的綜合性實踐課程[4]。在高校本科生的課程學(xué)習階段中，該課程一般設(shè)置在大三、大四年級，該階段的本科生一般已完成了通識課程及專業(yè)課中理論必修課程和專項實驗課程的學(xué)習，但還缺乏將所學(xué)理論知識綜合運用于食品生產(chǎn)實踐的能力，更加缺乏動手操作食品機械設(shè)備、探索食品加工工藝的實踐能力。因此，食品工程綜合實驗課程的開設(shè)對于培養(yǎng)食品生產(chǎn)領(lǐng)域的食品科學(xué)與工程復(fù)合型人才尤為重要。筆者就食品工程綜合實驗課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和與之相匹配的課程實踐平臺建設(shè)進行了初步探討。

1 課程內(nèi)容的綜合性和系統(tǒng)性

食品工程綜合實驗課程教學(xué)目的主要包括2個方面：一是深入理解與掌握食品工程原理、食品工藝學(xué)、食品裝備與工廠設(shè)計等課程中所涉及的食品加工理論知識；二是將這些理論知識綜合運用于食品生產(chǎn)實踐，掌握相關(guān)食品機械設(shè)備的工作原理和操作步驟，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

要達到以上教學(xué)目的，需要高質(zhì)量的實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)方法和技巧手段相結(jié)合，同時應(yīng)當特別考慮實驗教學(xué)內(nèi)容的綜合性和系統(tǒng)性。即要綜合考慮食品工程原理、食品工藝學(xué)、食品裝備與工廠設(shè)計等多門課程的理論知識，充分把握各門課程知識點之間的相互聯(lián)系，從中總結(jié)歸納出綜合性的實驗內(nèi)容，讓學(xué)生在食品工程綜合實驗課程的學(xué)習中對所學(xué)專業(yè)知識做到觸類旁通。另外，各知識點之間的相互聯(lián)系又有其內(nèi)在規(guī)律，可按食品加工過程中的各項操作單元進行分類與統(tǒng)籌安排，按照一般的食品加工順序逐次展開，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性。因此，在食品工程綜合實驗課程的教學(xué)內(nèi)容安排上，可以設(shè)置為分別對食品加工過程中所涉及的清洗、分離、均質(zhì)、發(fā)酵、濃縮、殺菌、灌裝、粉碎及干燥等工藝設(shè)備的掌握。在學(xué)生完成以上各操作單元的基礎(chǔ)實驗后，應(yīng)當再設(shè)置一個創(chuàng)新性實驗，以產(chǎn)品開發(fā)為導(dǎo)向，讓學(xué)生綜合運用上述各操作單元的知識設(shè)計一個實驗項目，解決實際問題，對課程內(nèi)容做到融會貫通。

對食品工程綜合實驗課程內(nèi)容的綜合性、系統(tǒng)性設(shè)計，是基于其課程內(nèi)容學(xué)科交叉多、信息量大、知識更新快、實踐性強等特點而產(chǎn)生的，將此種綜合性、系統(tǒng)性教學(xué)理念引入實驗教學(xué)之中，既符合當前食品工程綜合實驗教學(xué)的發(fā)展趨勢，又符合當今食品工業(yè)對復(fù)合型工程人才的迫切需求。

2 課程創(chuàng)新性實驗項目的開展

食品工程綜合實驗課程需要在基礎(chǔ)實驗內(nèi)容外設(shè)置創(chuàng)新性實驗。創(chuàng)新性實驗以產(chǎn)品開發(fā)為導(dǎo)向，以學(xué)生興趣為起點，以運用所學(xué)的食品工程設(shè)備為基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造熱情，達到深入掌握課程知識并能學(xué)以致用的目的。

創(chuàng)新性實驗以完成實驗項目的形式來開展，涉及實驗項目選題、資料信息收集、市場調(diào)研、實驗進行、項目結(jié)題匯報等環(huán)節(jié)[5]。學(xué)生應(yīng)當深入市場學(xué)習，把握當下食品行業(yè)的熱點產(chǎn)品，分析產(chǎn)品背后所運用的技術(shù)原理，有針對性地選題，綜合運用所學(xué)知識，在實驗室現(xiàn)有機械設(shè)備及技術(shù)的基礎(chǔ)上進行產(chǎn)品開發(fā)。在產(chǎn)品開發(fā)完成后，學(xué)生還需要針對所完成的產(chǎn)品構(gòu)建合理的分析評價體系，進行感官評價及相關(guān)理化指標的檢測等，分析產(chǎn)品的優(yōu)點與不足，給出進一步的改進方案。

食品工程綜合實驗課程創(chuàng)新性實驗項目相比于該課程的普通實驗有一定的特殊性，包括實驗周期長、實驗設(shè)備操作更復(fù)雜、團隊協(xié)作更緊密、經(jīng)費需求多等特點。因此，在實驗時間的安排上要更加靈活，需要學(xué)生合理利用課余時間獨立自主地完成項目。在實驗設(shè)備的使用方面，學(xué)生需進一步了解相關(guān)實驗設(shè)備的原理及適用范圍，探索與實驗物料的處理相關(guān)的設(shè)備參數(shù)，合理并安全地操作實驗設(shè)備。在團隊協(xié)作方面，實驗項目要求學(xué)生進行明確的分工合作及信息共享，并進行充分的討論與探索，設(shè)計出完整的實驗方案，以期高效地完成創(chuàng)新性實驗。在實驗經(jīng)費方面，浙江大學(xué)每學(xué)年會為相關(guān)教學(xué)實驗的創(chuàng)新性實驗項目配備一定的經(jīng)費支持，因此學(xué)生需在一定的經(jīng)費額度下合理分配實驗經(jīng)費的用途，全盤統(tǒng)籌實驗項目的運行情況。

通過創(chuàng)新性實驗項目的開展，讓學(xué)生有機會接觸到食品企業(yè)的生產(chǎn)及運營中，增強學(xué)校與企業(yè)的交流互動[6]。高?？梢粤私獾狡髽I(yè)對人才的具體需求，并將之逐步融入到高校的人才培養(yǎng)觀念及模式中，實現(xiàn)教學(xué)形式及內(nèi)容不斷創(chuàng)新，拉近高校專業(yè)培養(yǎng)與社會具體需求間的距離。

3 課程教學(xué)形式的豐富性

食品工程綜合實驗課程教學(xué)形式的豐富性首先體現(xiàn)在實驗項目的性質(zhì)上。該課程的各項實驗皆為探索性實驗，即在不知道實驗結(jié)果的前提下，通過實驗、探索、分析研究得出結(jié)論，從而形成科學(xué)概念的一種認知活動[7]。例如，針對食品加工中的清洗、分離、均質(zhì)、發(fā)酵、濃縮、殺菌、灌裝、粉碎及干燥中的所有操作單元，學(xué)生可以自備自己感興趣的實驗原材料(由實驗教學(xué)經(jīng)費支出)來進行加工，然后結(jié)合理論課程知識及自己所查資料來分析實驗結(jié)果，并且不同小組間實驗原料各異，方便實驗結(jié)果的橫向?qū)Ρ?，也能綜合概括單個加工設(shè)備所適應(yīng)的原料范圍。而且，以探索性實驗的方式來開展實驗，則實驗結(jié)果未知，可能成功也可能失敗，這樣大大增強了實驗的未知性與想象空間，更有利于學(xué)生創(chuàng)造性的培養(yǎng)。

食品工程綜合實驗課程教學(xué)形式的豐富性還體現(xiàn)在具體的各個教學(xué)環(huán)節(jié)上。由于食品工程綜合實驗課程中運用到食品加工機械設(shè)備，尤其是大型精密設(shè)備，如何讓學(xué)生真正理解并掌握其工作原理、結(jié)構(gòu)及操作步驟等，一直是實驗教學(xué)中的難點[8- 9]。因此，在課程準備之初，對于課程所涉及的食品加工機械設(shè)備，設(shè)備管理人員一般會對設(shè)備的安裝、調(diào)試、運行、檢修等各個階段錄制視頻資料。而且，對于其中一些大型精密設(shè)備，會適時邀請設(shè)備廠家工程師到實驗室進行設(shè)備原理及使用等方面的講座，并完整錄制視頻。食品工程綜合實驗課程的學(xué)生在使用這些設(shè)備前，會有針對性地觀看這些視頻資料，對這些設(shè)備有較全面、直觀、形象的了解。而在學(xué)生使用設(shè)備時，設(shè)備管理人員也會進行實地指導(dǎo)，以學(xué)生為主體、教師為協(xié)助的形式，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的自主性，使學(xué)生較好地掌握其工作原理、結(jié)構(gòu)及操作步驟等。在設(shè)備使用結(jié)束后，設(shè)置師生交流環(huán)節(jié)，針對設(shè)備使用過程中所遇到的問題進行充分總結(jié)、交流、探討，促進學(xué)生對課程知識的深入學(xué)習與探索。這樣通過對設(shè)備的視頻資料學(xué)習、實地操作及指導(dǎo)、經(jīng)驗交流等多種環(huán)節(jié)及形式的多元復(fù)合，食品工程綜合實驗課程的教學(xué)效果得到了有利保證。

食品工程綜合實驗課程教學(xué)形式的豐富性更體現(xiàn)在教學(xué)空間的變化上。為了彌補普通專項實驗僅僅在教學(xué)實驗室開展的不足，該課程增設(shè)了食品工廠實地參觀學(xué)習的形式，讓學(xué)生有機會體驗到食品生產(chǎn)工廠的運行與管理。而且，課堂上所使用的教學(xué)設(shè)備多為實驗室小試、中試級別，參觀食品工廠能讓學(xué)生了解到食品工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備的運行情況，使之了解到科研活動的小試、中試、生產(chǎn)的逐級放大體系。

4 食品工程綜合實驗課程實踐平臺的建設(shè)

食品工程綜合實驗課程的開設(shè)離不開實踐平臺及其相關(guān)儀器設(shè)備的支持。浙江大學(xué)食品工程綜合實驗課程實踐平臺配有食品工程中試實驗室，總面積約600 m2，配備有清洗、分離、均質(zhì)、發(fā)酵、濃縮、殺菌、灌裝、粉碎及干燥等食品加工工藝設(shè)備，并能實現(xiàn)各操作單元的合理連接，形成中試型的食品加工生產(chǎn)線，為食品工程綜合實驗課程的開設(shè)創(chuàng)造了有利條件，也為培養(yǎng)食品專業(yè)理論及實踐相結(jié)合的復(fù)合型人才奠定了良好的基礎(chǔ)。

食品工程綜合實驗課程實踐平臺是學(xué)生進行工程訓(xùn)練的實踐基地。實踐平臺將側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，單純的知識積累并不能提高學(xué)生在實踐中解決和處理問題的能力，只有將工程實踐訓(xùn)練與理論教學(xué)相結(jié)合，才能使學(xué)生做到學(xué)以致用[10]。同時，中試實驗是科技成果突破和轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生進入中試實驗室進行實地系統(tǒng)訓(xùn)練，實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化與人才培養(yǎng)相結(jié)合，不僅能提高學(xué)生的學(xué)術(shù)素養(yǎng)，而且能使學(xué)生的許多創(chuàng)造性想法為技術(shù)轉(zhuǎn)化提供新的思路，從而實現(xiàn)實驗教學(xué)與實驗室建設(shè)的良性互動及協(xié)同發(fā)展。

食品工程綜合實驗課程實踐平臺也是學(xué)校與企業(yè)、社會溝通的紐帶[11]。開放式的食品工程綜合實驗教學(xué)模式要求其實踐平臺向社會開放，并允許企業(yè)直接利用實踐平臺的軟硬件資源進行工程項目的研發(fā)。在開放過程中，能使學(xué)生接觸、了解乃至參與到實踐中，為學(xué)校與企業(yè)、社會間的交流搭建平臺，為學(xué)生與社會之間的相互了解提供便利，并進一步提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。

食品工程綜合實驗課程實踐平臺的建設(shè)是我國高校食品學(xué)科“雙一流”建設(shè)與發(fā)展的重要組成部分，實踐平臺不僅要能開展高水準的實驗教學(xué)，還要有與之相適應(yīng)的管理模式，才能真正代表高校實驗室的水平[12]。隨著實驗教學(xué)改革的不斷深入，綜合性、自主性、創(chuàng)新性實驗的比例不斷增大，而這些實驗往往比較復(fù)雜，所需時間較長，計劃內(nèi)實驗學(xué)時難以滿足，這就需要課外開放學(xué)時來完成。食品工程綜合實驗課程實踐平臺實行開放式的管理模式，通過預(yù)約、實驗、驗收等環(huán)節(jié)來實現(xiàn)平臺的全面開放，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主觀能動性。另外，實踐平臺不僅對本專業(yè)學(xué)生開放，還對本校其他專業(yè)、其他高校及企業(yè)人員開放，提高平臺及其設(shè)備的利用率，促進教學(xué)與科研的交流。

5 結(jié)語

食品工程綜合實驗課程已面向4屆浙江大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)，2屆學(xué)生畢業(yè)。實行本課程培養(yǎng)體系的2屆畢業(yè)生就業(yè)率達到100%，國內(nèi)深造率達到41%，出國深造率平均達到33%；3年來學(xué)生本科期間發(fā)表論文18篇(排名前三)，其中SCI收錄10篇；有15人次獲得杜邦營養(yǎng)與健康兩岸學(xué)生創(chuàng)新競賽、李錦記杯學(xué)生創(chuàng)新大賽、康師傅食品安全科普創(chuàng)新大賽等全國性競賽獎項，1人榮獲浙江大學(xué)竺可楨獎學(xué)金。實行本課程體系的2015和2016屆畢業(yè)生比未實行本課程培養(yǎng)體系的2013和2014屆畢業(yè)生在出國(境)交流人次、國內(nèi)深造人數(shù)和出國深造人數(shù)上分別高出53.5%、76.9%和145.5%。

食品專業(yè)比較側(cè)重于工程科技型知識與能力的培養(yǎng)，其實踐性很強，特別需要學(xué)生有很強的設(shè)計能力、動手能力和運用多學(xué)科知識的綜合能力。而且，工程科技在支撐和引領(lǐng)經(jīng)濟社會發(fā)展中的地位和作用日益突出，在創(chuàng)新發(fā)展理念、突破發(fā)展難題、加速發(fā)展方式轉(zhuǎn)變方面發(fā)揮著不可替代的重要作用[13]。食品工程綜合實驗課程是食品專業(yè)教學(xué)課程體系的重要組成部分，更是對相關(guān)專業(yè)課程理論知識的綜合運用與實踐，對學(xué)生結(jié)合專業(yè)知識解決實際問題的能力，熟悉食品工業(yè)生產(chǎn)過程及良好生產(chǎn)規(guī)范，培養(yǎng)工程思維能力均能起到積極的促進作用。

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