基于干酪加工大案例教學(xué)的“食品工程原理”課程教學(xué)改革探索與實踐

張路遙，武金萍，衛(wèi)曉怡，陸文蔚，張艷艷，白 晨，宮 霞

（1.上海商學(xué)院酒店管理學(xué)院，上海 200235；2.上海海融食品科技股份有限公司，上海201499）

“食品工程原理”是食品科學(xué)與工程類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程在自然科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)之間架起一座橋梁，在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的過程中有著特殊的地位和作用，是研究和介紹食品工業(yè)生產(chǎn)中傳遞過程與主要單元操作的基本原理、內(nèi)在規(guī)律、常用設(shè)備及過程計算方法[1-3]。使學(xué)生掌握傳遞過程及單元操作的基本原理，初步掌握食品開發(fā)、設(shè)計、加工工藝及相關(guān)單元操作，以及關(guān)鍵設(shè)備的使用、維護和保養(yǎng)等方法。

學(xué)校的食品質(zhì)量與安全專業(yè)“食品工程原理”課程為48課時，且學(xué)校對課程中所涉及到的工程設(shè)備比較缺乏，學(xué)生對生產(chǎn)過程中的設(shè)備認(rèn)識與了解較少，還存在著工程類基礎(chǔ)知識較為薄弱的問題。由于課時少、專業(yè)培養(yǎng)重點不同，如果采用對各單元操作進行泛講“簡版”教學(xué)模式，會造成無法將授課內(nèi)容講解清楚和透徹，學(xué)生的設(shè)計計算能力沒有得到很好的培養(yǎng)，無法深入掌握單元操作的傳遞原理和設(shè)計計算，教學(xué)效果不佳[4-5]。在有限的教學(xué)課時下應(yīng)精選教學(xué)內(nèi)容，合理分配課時，并給學(xué)生足夠的自主學(xué)習(xí)空間。

大案例教學(xué)源于傳統(tǒng)的案例教學(xué)，具有處理形象、直觀等特點，同時還具有系統(tǒng)性、整體性特征，使案例的數(shù)量實現(xiàn)簡約化，把理論知識學(xué)習(xí)內(nèi)容在同一個典型載體即大案例中表現(xiàn)闡述出來[6-7]。由于課程具有一定的教學(xué)難度，理論難度大，涉及到物理、數(shù)學(xué)、物化等基礎(chǔ)課程的知識，課程強調(diào)工程思維、工程運算及設(shè)計技能的能力，學(xué)生難以理解掌握及運用，進一步影響到其學(xué)習(xí)興趣、積極性及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

采用“干酪加工大案例”的教學(xué)模式進行教學(xué)改革，以干酪加工的虛擬仿真操作作為載體，貫穿全課程大部分教學(xué)過程，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，整理、全面和系統(tǒng)地掌握該課程的理論知識。

1 案例教學(xué)設(shè)計方案及教學(xué)手段

1.1 干酪加工大案例教學(xué)設(shè)計

“食品工程原理”包含12章教學(xué)內(nèi)容，其中的單元操作相關(guān)理論知識點大部分相對獨立，學(xué)生對于這些操作的學(xué)習(xí)缺乏一定的整體性和系統(tǒng)性，并且對工程操作在食品加工中的應(yīng)用缺乏一定的感性認(rèn)識；而且課程中涉及不同的學(xué)科內(nèi)容，知識面較廣，基礎(chǔ)理論多，學(xué)生必需具備高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、大學(xué)物理等一系列課程的基礎(chǔ)知識，若基礎(chǔ)不牢固，則會使學(xué)生學(xué)習(xí)過程中理解性差、興趣降低，更缺乏積極主動性。食品質(zhì)量與安全專業(yè)工學(xué)背景不足，初學(xué)時不了解課程整體結(jié)構(gòu)與整體認(rèn)識，不理解課程中知識點的相互聯(lián)系及知識脈絡(luò)，感到知識點繁瑣、混亂；課程常常運用大量經(jīng)驗公式、半經(jīng)驗公式來計算，并且需要記憶的理論、公式太多，學(xué)生無法掌握合適的學(xué)習(xí)方法。

實踐教學(xué)結(jié)合了虛擬仿真操作，除流動阻力、傳熱、精餾等多個實驗教學(xué)項目外，應(yīng)用了切達(dá)干酪生產(chǎn)工藝仿真平臺（東方仿真軟件技術(shù)有限公司）進行實驗教學(xué)，此仿真平臺的操作設(shè)立在第一次實驗教學(xué)，且學(xué)生可課下上機操作。

干酪虛擬仿真教學(xué)的建立依托學(xué)?，F(xiàn)代流通國家級實驗教學(xué)示范中心虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，利用動態(tài)數(shù)學(xué)模型，實時模擬切達(dá)干酪真實生產(chǎn)操作過程，包括干酪從收奶運輸?shù)桨l(fā)酵，成熟出庫的一系列過程，學(xué)生可以通過對整個工藝流程的操作，掌握切達(dá)干酪生產(chǎn)過程中的參數(shù)設(shè)置調(diào)整，最終掌握切達(dá)干酪生產(chǎn)的總流程。主要工藝流程為：①預(yù)處理。包括脫氣、凈乳、冷卻和儲存等工序。②巴氏殺菌。分為巴氏殺菌控制系統(tǒng)和熱水加熱系統(tǒng)，牛乳經(jīng)平衡槽、輸送泵、熱處理前的凈乳機后進行加熱殺菌，牛乳經(jīng)增壓泵后冷卻，加熱冷卻都在板式交換器中完成。③緩沖。殺菌后牛乳送至緩沖罐儲存、攪拌、輸送。④發(fā)酵、凝乳等。

干酪加工虛擬仿真操作平臺界面（2D界面（a）；3D界面 （b）， （c）） 見圖 1。

虛擬仿真實驗項目的操作可以使學(xué)生直觀地了解真實生產(chǎn)中的工藝流程及單元操作概念[8]，最關(guān)鍵的是這一實驗項目包含了“食品工程原理”課程中的大部分章節(jié)單元操作，如流體輸送、傳熱、過濾、攪拌、均質(zhì)乳化、蒸發(fā)、干燥等。因此，基于此實驗項目的大案例，分解每個單元操作作為子案例，可實施課程中大部分章節(jié)的案例教學(xué)，這種教學(xué)方式將獨立的單元操作知識點進行整合，具有很強的整體性、層次性和綜合性，可以促進學(xué)生對課程知識體系的把握程度，增加學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

1.2 大案例的分解教學(xué)設(shè)計

在貫穿課程的干酪加工大案例的基礎(chǔ)上，對其進行案例分解，而后進行項目教學(xué)。例如，在大案例中的“鮮牛奶巴氏殺菌”單元操作為分解案例，首先設(shè)置了一系列問題，要求學(xué)生自學(xué)找到答案或解決的方向，當(dāng)涉及到“傳熱”單元操作核心問題“熱量的傳遞和傳熱速率”時，教師開始介入，將學(xué)生的思路一步步引入到“傳熱”單元操作的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練中來。主要內(nèi)容講解完成后，通過作業(yè)鞏固理論知識，進一步強化學(xué)習(xí)內(nèi)容，加深學(xué)習(xí)印象。最后，再進行虛擬仿真操作，可完善理論與實際結(jié)合的學(xué)習(xí)效果。

1.3 大案例的補充

案例教學(xué)旨在使學(xué)生掌握單元操作基本原理在食品加工生產(chǎn)實際中的應(yīng)用，在干酪加工案例的基礎(chǔ)上結(jié)合日常生活案例，如利用伯努利原理解釋飛機如何飛上天、足球曲線射門的現(xiàn)象；利用濕空氣的性質(zhì)解釋清晨的露水、空調(diào)的除濕等；利用熱導(dǎo)率或非穩(wěn)態(tài)傳熱的理論解釋相同溫度的物體溫感不同或者水銀體溫表測量時間的原理等，進一步增加學(xué)生對于課程的興趣，增加學(xué)習(xí)動機。

1.4 大案例的教學(xué)方式

（1）劃分學(xué)習(xí)小組，學(xué)生說課反饋。案例的分析后，要求學(xué)生進行課堂反饋，采取以學(xué)生為主，通過學(xué)生說課的教學(xué)方式，說課是“學(xué)習(xí)金字塔”中主動學(xué)習(xí)效果最好的學(xué)習(xí)方法，對培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和教學(xué)效果具有重要意義，能極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生需要在課下積極準(zhǔn)備資料，主動學(xué)習(xí)研究推導(dǎo)，增加自我學(xué)習(xí)興趣和成就感。此外，學(xué)生的語言表達(dá)能力和探索知識的動機提高，可以引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)“食品工程原理”課程。

在學(xué)生說課反饋之后，教師需要進行針對性的講解，尤其是重點的講解。教師應(yīng)該深度備課，了解學(xué)生的需求，包括虛擬仿真案例的重點、難點，以及學(xué)生知識結(jié)構(gòu)及水平，教師要根據(jù)學(xué)生的需求及理論掌握狀況出發(fā)，針對性地講解重點、突破難點。

（2）在線課程和微課程的建立。課程在SPOC網(wǎng)站進行了建設(shè)，包括教學(xué)進程、教學(xué)大綱、教學(xué)課件、課后練習(xí)、教師坐班時間、教學(xué)具體內(nèi)容等；學(xué)生在課后可在網(wǎng)站進行學(xué)習(xí)、交流、完成作業(yè)，以及微課程的學(xué)習(xí)。

2 教學(xué)改革成效分析

教學(xué)改革首次應(yīng)用對象為食品質(zhì)量與安全專業(yè)2015級，與對照教學(xué)班食品質(zhì)量與安全2014級學(xué)生的分?jǐn)?shù)等進行比較，取得了非常顯著的成效。

教改班與對照班級期末成績的概率密度函數(shù)比較見圖2。

可以直觀上看出，2組學(xué)生的差異明顯，通過統(tǒng)計分析可以得出，教改班級平均分為89.9分，比對照班級平均分70.8分高出19.2分，二者差異極顯著（p＜0.001）。此外，教學(xué)改革班級沒有出現(xiàn)不及格學(xué)生，說明此教學(xué)改革成效極顯著。

3 結(jié)語

利用干酪加工虛擬仿真平臺為載體的貫穿全課程的大案例教學(xué)可增加理論知識的系統(tǒng)性，結(jié)合子案例教學(xué)、學(xué)生分組匯報、課堂針對性講解，配合課下在線課程、微課程的教學(xué)手段，以及云盤等現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)平臺的交流反饋學(xué)習(xí)，有助于提高教學(xué)及學(xué)習(xí)效果，增加理論知識的系統(tǒng)性、整體性，提升學(xué)生理論結(jié)合實踐生產(chǎn)的能力，這一改革成效與一些相關(guān)大案例教學(xué)改革結(jié)果相似[6-7，9-10]。經(jīng)過上述教學(xué)改革的探索，學(xué)生對該課程的興趣提升，積極性提高，弄清了食品工程的本質(zhì)和原理，工程計算能力提升，成績顯著提高。