以工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的“食品工程原理”教學(xué)改革探討*

王永輝，張曉華，魏泉增，馮紫艷

(許昌學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

2016年6月，中國加入《華盛頓協(xié)議》，成為該協(xié)議簽約成員，這標(biāo)志著具有國際實(shí)質(zhì)等效的專業(yè)認(rèn)證的帷幕在中國拉開[1]。為提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，開展與國際接軌的工程教育專業(yè)認(rèn)證工作己勢在必行。根據(jù)中國工程教育認(rèn)證協(xié)會公布結(jié)論，申請認(rèn)證的專業(yè)數(shù)量逐年增加，證明工程教育認(rèn)證被越來越多的高校認(rèn)可并積極參與其中[2]。許昌學(xué)院是開設(shè)食品科學(xué)與工程專業(yè)相對比較早的高校之一，經(jīng)過十余年的發(fā)展，當(dāng)前對食品工程專業(yè)人才的培養(yǎng)積累了很多經(jīng)驗(yàn)。但是我校食品工程專業(yè)人才的培養(yǎng)也同樣面臨著學(xué)生的工程實(shí)踐能力不能滿足社會需求的現(xiàn)狀。因此，我校食品科學(xué)與工程學(xué)院以提升專業(yè)工程教育質(zhì)量為主旨，從實(shí)踐層面上深化專業(yè)建設(shè)，正在積極推進(jìn)食品科學(xué)與工程專業(yè)的認(rèn)證工作。

“食品工程原理”作為食品科學(xué)與工程專業(yè)課程培養(yǎng)體系中一門理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個食品類專業(yè)的教學(xué)中起承上啟下的重要作用[3]。課程內(nèi)容與多門學(xué)科聯(lián)系緊密、內(nèi)容繁雜、基本理論多、理論性強(qiáng)、課程難度大，且與工程實(shí)踐結(jié)合緊密，但大部分學(xué)生不善于從工程實(shí)踐出發(fā)綜合考慮問題，在學(xué)習(xí)該課程時不得要領(lǐng)[4]。每年的課程考核結(jié)果表明，本課程的不及格率普遍較高，學(xué)生反映課程的理論學(xué)習(xí)過于枯燥，缺乏學(xué)習(xí)興趣。因此，過于注重理論學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，在學(xué)生工程能力的培養(yǎng)方面面臨巨大挑戰(zhàn)。在當(dāng)前工程教育認(rèn)證背景下，以工程素質(zhì)和工程能力為導(dǎo)向的“食品工程原理”課程教學(xué)改革勢在必行。筆者根據(jù)“食品工程原理”的課程特點(diǎn)，結(jié)合自己的教學(xué)體會，對基于工程能力培養(yǎng)的課程教學(xué)改革進(jìn)行了分析。

1 當(dāng)前教學(xué)中存在的主要問題

“食品工程原理”該課程內(nèi)容與多門學(xué)科聯(lián)系緊密、內(nèi)容繁雜、基本理論多、理論性強(qiáng)、課程難度大，且與工程實(shí)踐結(jié)合緊密[4]。因此在教與學(xué)的過程中往往存在很大困難，學(xué)生普遍感到枯燥乏味，信心不足。實(shí)踐教學(xué)表明，傳統(tǒng)教學(xué)模式對課程教學(xué)帶來了一些問題， 主要表現(xiàn)在以下幾方面:

1.1 課程實(shí)踐內(nèi)容較少，學(xué)習(xí)的時效性不強(qiáng)

本課程的實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)作為理論教學(xué)的重要補(bǔ)充，對于學(xué)生實(shí)踐能力和工程能力的培養(yǎng)具有重要作用。盡管近年來各高校相繼調(diào)整培養(yǎng)方案、教學(xué)計(jì)劃及大綱，增加實(shí)踐教學(xué)比例，加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入與管理力度，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量有所提高，但仍未改變“重理論、輕實(shí)踐，重知識、輕能力”的傳統(tǒng)教育觀念[5]。實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容及學(xué)時的設(shè)置上不合理，通常只是對課程中的幾個典型設(shè)備設(shè)置實(shí)驗(yàn)課程。以許昌學(xué)院為例，對本門課程的實(shí)驗(yàn)課僅開設(shè)了流體流動、傳熱、干燥以及精餾的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外，很多高校的“食工原理”實(shí)驗(yàn)課程是依托化工學(xué)院開設(shè)的，在課程的安排上往往是在完成所有理論課學(xué)習(xí)后再集中開展實(shí)驗(yàn)。這種方式會造成理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐教學(xué)的脫節(jié)。在某一單元操作的理論學(xué)習(xí)結(jié)束很長一段時間后再進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不能夠及時地將實(shí)踐學(xué)習(xí)同理論知識的學(xué)習(xí)相結(jié)合，造成學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及結(jié)果理解不夠深入。

1.2 教學(xué)內(nèi)容同行業(yè)需求脫節(jié)

教學(xué)內(nèi)容相對滯后，不能與時俱進(jìn)，阻礙了教學(xué)效果?！笆称饭こ淘怼笔窃从凇盎ぴ怼钡囊婚T專業(yè)基礎(chǔ)課程，與“化工原理”有多相似之處，但因其授課對象主要是食品類專業(yè)的本科生，所以各單元操作的設(shè)計(jì)、授課內(nèi)容的側(cè)重、課后練習(xí)題的選擇等方面應(yīng)與“化工原理”有所區(qū)別[2]。但據(jù)筆者了解，現(xiàn)在很多開設(shè)食品工程類專業(yè)的高校，在講授本門課程時仍然具有很濃的化工味。一方面原因在于很多承擔(dān)本門課程教學(xué)任務(wù)的教師之前學(xué)習(xí)的內(nèi)容本身就是“化工原理”。另一方面的原因在于現(xiàn)在的“食品工程原理”的相關(guān)教材在編寫的過程中大多沿用了化工方面的案例。此外，在授課章節(jié)的選擇上也不盡合理。當(dāng)前，有部分高校仍然將精餾、萃取等單元操作作為重要章節(jié)，安排了比較多的學(xué)時。實(shí)際上，同食品生產(chǎn)過程密切聯(lián)系的基本理論知識主要包括：流體流動、物料輸送、過濾、傳熱、制冷、蒸發(fā)、吸收、干燥等，而對于精餾、萃取等單元操作在食品加工中則很少涉及。

1.3 教師個人工程實(shí)踐能力的限制

雖然從事本課程教學(xué)的一線教師基本都是科班出身，自身曾學(xué)習(xí)過“食品工程原理”的相關(guān)課程，但絕大部分教師都缺乏食品企業(yè)一線的工程實(shí)踐經(jīng)歷。經(jīng)常會出現(xiàn)教師自己理解，但因缺乏一線的工程實(shí)踐，無法用準(zhǔn)確的語言向?qū)W生講授課程的問題，使“教與學(xué)”產(chǎn)生脫節(jié)。

2 基于工程能力培養(yǎng)的教學(xué)改革建議

2.1 采用更為靈活多樣的教學(xué)方法

本課程作為一門內(nèi)容較深的理論課，在學(xué)習(xí)的過程中較為抽象。通過傳統(tǒng)的講授教學(xué)方法，會使學(xué)生感覺到課程的枯燥，直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。針對課程的特點(diǎn)應(yīng)采用靈活多樣的教學(xué)方法和教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.1.1 案例形象化教學(xué)法

通過借助于多媒體，設(shè)計(jì)動畫，能夠?qū)⒈容^抽象的理論知識圖文并茂地展示出來，使其更加生動、直觀。因此，要充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)模式。其中，案例教學(xué)法在“食品工程原理”教學(xué)中得到普遍肯定[6]。講授一些典型的食品加工單元操作時，通過形象化的實(shí)際應(yīng)用舉例，提高課程的實(shí)用性和學(xué)生的感性認(rèn)識。例如在進(jìn)行講授“吸收與解吸”這一單元操作時，可以引入碳酸飲料的加工的例子來學(xué)習(xí)相關(guān)原理。再如在講授傳熱的過程中，可以舉出保溫瓶保溫的例子進(jìn)行相關(guān)理論的講解。典型案例的列舉，能夠讓學(xué)生真切的感受到理論的學(xué)習(xí)不僅有助于理解現(xiàn)象，還能夠指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用。對于一些食品加工相關(guān)的案例，不僅能夠有利于理論的學(xué)習(xí)，還能夠增強(qiáng)學(xué)生對食品專業(yè)的認(rèn)同感。

2.1.2 互動式教學(xué)法

互動式教學(xué)法是基于現(xiàn)實(shí)問題以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，通過設(shè)計(jì)問題引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。互動式教學(xué)法按照“教師提出問題-引導(dǎo)學(xué)生分析問題-指導(dǎo)學(xué)生研討-學(xué)生得出結(jié)論”的教學(xué)思路，精心設(shè)計(jì)教案[7]。比如在伯努利方程的教學(xué)過程中，教師先提出問題 “足球運(yùn)動員踢出的香蕉球是如何產(chǎn)生的”，然后引導(dǎo)學(xué)生去分析思考“球的旋轉(zhuǎn)為什么會改變足球的運(yùn)動軌跡”，最后老師組織學(xué)生討論這一現(xiàn)象同能量守恒之間的聯(lián)系，讓學(xué)生提出自己的見解并舉出生活中類似的現(xiàn)象。這種互動式的教學(xué)方法能夠引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，增強(qiáng)學(xué)生思考問題和解決問題的能力。

2.1.3 實(shí)物教學(xué)法

實(shí)物教學(xué)法是以現(xiàn)場實(shí)物為教學(xué)對象，進(jìn)行直觀的講解和分析的教學(xué)方法。它能將設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作的過程更直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，有助于理解和掌握理論知識。通過實(shí)際操作培養(yǎng)學(xué)生將理論知識應(yīng)用于工程實(shí)踐的能力。在“食工原理的”教學(xué)過程中，當(dāng)條件許可時，可將理論課搬進(jìn)校內(nèi)的食品加工實(shí)訓(xùn)中心或校外的實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)。如在講授流體輸送或傳熱時，我們采用實(shí)物教學(xué)法，讓學(xué)生在現(xiàn)場觀察各種泵或傳熱殺菌設(shè)備的結(jié)構(gòu)，并動手拆卸設(shè)備，讓學(xué)生了解該設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)的原理。通過現(xiàn)場教學(xué)，提高了學(xué)生的感性認(rèn)識，對理論基礎(chǔ)知識掌握得更加牢固，能夠起到事半功倍的效果。

2.2 引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

食品工程原理涉及到較多的單元操作，需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較多。另外，還存在學(xué)生人數(shù)較多以及設(shè)備陳舊、老化等問題。因此，可以說任何高校都難以滿足本門課程實(shí)驗(yàn)所需的全部設(shè)備。當(dāng)前，很多高校都是根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇了少數(shù)幾個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。由于受到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、設(shè)備數(shù)量以及學(xué)時數(shù)的限制，在實(shí)踐教學(xué)過程中往往將學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有時可能會有七八名共同使用一臺設(shè)備，有些學(xué)生根本就沒有動手的機(jī)會。此外，一些設(shè)備的老化及靈敏度下降的問題導(dǎo)致學(xué)生難以準(zhǔn)確測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致測定結(jié)果和理論差別較大，學(xué)生認(rèn)為是自己操作的問題，打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心。

針對這一問題，可以通過加強(qiáng)對實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)來解決，還可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)來補(bǔ)充完善。虛擬實(shí)驗(yàn)室在時間、空間、經(jīng)費(fèi)投入等方面表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢，能夠彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的不足。其特點(diǎn)是自由度大、節(jié)省投入、安全系數(shù)高，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)還對學(xué)院乃至學(xué)校起到促進(jìn)作用，能夠提高學(xué)院的教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)環(huán)境；有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率；有利于提高教學(xué)效果，減輕實(shí)驗(yàn)管理人員的工作負(fù)荷[5]。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)越來越受到各個高校的重視。

2.3 強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

當(dāng)前，教學(xué)內(nèi)容的考核方式不盡完善，主要是以學(xué)生期末考試和實(shí)驗(yàn)考查為主，學(xué)生的綜合實(shí)踐能力得不到體現(xiàn)。真正能夠很好鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐能力的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)沒有得到足夠重視。在以往的課程設(shè)計(jì)中，存在設(shè)計(jì)題目過大并且單一的問題，例如在以往的換熱器的設(shè)計(jì)中，為了避免學(xué)生之間設(shè)計(jì)題目的重復(fù)，通常只是改變幾個參數(shù)(如處理量、進(jìn)出口溫度等)，要求學(xué)生完成不同換熱器的設(shè)計(jì)。由于換熱器的設(shè)計(jì)過程中涉及的問題非常多，要求每個學(xué)生要在2周內(nèi)完成所有設(shè)計(jì)內(nèi)容，難度很大。導(dǎo)致學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中相互抄襲，提交的設(shè)計(jì)報告基本上是大同小異。因此，在課程設(shè)計(jì)的題目上要克服過去“大而全”的設(shè)計(jì)題目，體現(xiàn)“小而精”的特點(diǎn)[8]。在題目的設(shè)置上應(yīng)盡量立足于實(shí)際的食品加工過程中的單元操作，例如果汁雙效蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)、液體乳生產(chǎn)線殺菌設(shè)備的設(shè)計(jì)、淀粉生產(chǎn)沉降器的設(shè)計(jì)等。另外，在設(shè)計(jì)的過程中，指導(dǎo)老師不能完全放手。教師可以在中期進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在設(shè)計(jì)中存在的問題并給與一定幫助，最后除了要求學(xué)生提交設(shè)計(jì)紙質(zhì)報告外，還要要求學(xué)生進(jìn)行答辯。但是這種模式需要較多的時間，存在課時受限的問題。鑒于某些高校存在學(xué)生多，學(xué)時少的問題，可以嘗試讓學(xué)生分組進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個學(xué)生承擔(dān)一部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容，最終成績小組成員共享。

2.4 加強(qiáng)一線教師的工程素養(yǎng)

教師自身的工程素養(yǎng)對于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)是潛移默化的。加強(qiáng)“食品工程原理”任課教師的工程素養(yǎng)對于食品工程類專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)具有重要意義。為了提高一線教師的工程實(shí)踐能力，本課程的任課教師應(yīng)當(dāng)積極爭取機(jī)會到食品生產(chǎn)企業(yè)掛職鍛煉。以許昌學(xué)院為例，我校鼓勵一線教師到基層單位進(jìn)行為期一年的掛職鍛煉，并出臺了相應(yīng)的激勵政策。本課程組老師積極響應(yīng)了學(xué)校的這一政策，實(shí)施了輪流到相關(guān)的食品加工企業(yè)進(jìn)行掛職鍛煉的計(jì)劃。通過在食品生產(chǎn)車間的鍛煉，教師對食品加工的各個單元以及相關(guān)的加工設(shè)備等有了深入的了解，個人的工程實(shí)踐能力有了長足進(jìn)步。在上課過程中能夠熟練地將本課程的理論知識同食品加工過程緊密聯(lián)系起來，本課程的教學(xué)效果明顯提高。

3 結(jié) 語

“食品工程原理”作為食品工程類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，對于本專業(yè)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)以及今后所從事的專業(yè)技術(shù)崗位工作具有重要指導(dǎo)意義。本課程教學(xué)內(nèi)容多，理論復(fù)雜抽象，教學(xué)難度大。傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式過于單一，使得學(xué)生學(xué)習(xí)起來缺乏積極性。實(shí)踐教學(xué)中因受到諸多條件的限制，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中理論聯(lián)系實(shí)際不足，難以完成對學(xué)生工程能力培養(yǎng)的要求。如何提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的工程能力是每一位任課教師應(yīng)該深入思考的問題。除了以上幾點(diǎn)建議外，實(shí)踐中還要結(jié)合其他一些措施綜合進(jìn)行改革，如在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容以及考核方式上的改革創(chuàng)新等。