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(shí)踐

張路遙 武金萍 衛(wèi)曉怡

摘要：“食品工程原理”課程的理論教學(xué)難度大、實(shí)踐教學(xué)的局限性造成本科生知識(shí)體系掌握不足和實(shí)踐訓(xùn)練缺乏等問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)開發(fā)的切達(dá)干酪虛擬仿真操作平臺(tái)，采用干酪加工作為載體的大案例貫穿全課程教學(xué)，銜接各個(gè)單元操作及章節(jié)內(nèi)容，通過(guò)學(xué)生的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，并結(jié)合學(xué)生反饋信息，將重點(diǎn)難點(diǎn)的理論知識(shí)進(jìn)行針對(duì)性課堂講解，以增強(qiáng)教學(xué)效果的一種教學(xué)方法。結(jié)果表明，教學(xué)班與對(duì)照班相比成績(jī)極顯著提高，對(duì)提高學(xué)生興趣、發(fā)揮主動(dòng)性、避免填鴨式教學(xué)的弊端等方面起到積極作用。

關(guān)鍵詞：大案例;“食品工程原理”課程;教學(xué)改革;探索;實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2020.01.027

Abstract：The difficulty of theoretical teaching and the limitation of practical teaching in the course of Food Engineering Principle lead to the lack of knowledge system and practical training for undergraduates. Combining with the virtual simulation operation platform of cheddar cheese based on actual production data，a large case of cheese processing was used as the carrier to run through the whole course，linking up the operation of each unit and the content of chapters，giving full play to the subjective initiative of students through the operation of virtual simulation experiment，and combining with students' feedback，it will be emphasized. In order to enhance the teaching effect，the theoretical knowledge such as points and difficulties should be explained in class. The results showed that the test scores of the teaching class were significantly higher than those of the control class. The method plays a positive role in improving students' interest，giving play to their initiative and avoiding the drawbacks of cramming teaching.

Key words：large case;the Principle of Food Engineering course;teaching reform;explore;practice

“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(guò)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(guò)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(guò)程計(jì)算方法[1-3]。使學(xué)生掌握傳遞過(guò)程及單元操作的基本原理，初步掌握食品開發(fā)、設(shè)計(jì)、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(hù)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(shí)，且學(xué)校對(duì)課程中所涉及到的工程設(shè)備比較缺乏，學(xué)生對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備認(rèn)識(shí)與了解較少，還存在著工程類基礎(chǔ)知識(shí)較為薄弱的問(wèn)題。由于課時(shí)少、專業(yè)培養(yǎng)重點(diǎn)不同，如果采用對(duì)各單元操作進(jìn)行泛講“簡(jiǎn)版”教學(xué)模式，會(huì)造成無(wú)法將授課內(nèi)容講解清楚和透徹，學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算能力沒有得到很好的培養(yǎng)，無(wú)法深入掌握單元操作的傳遞原理和設(shè)計(jì)計(jì)算，教學(xué)效果不佳[4-5]。在有限的教學(xué)課時(shí)下應(yīng)精選教學(xué)內(nèi)容，合理分配課時(shí)，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(diǎn)，同時(shí)還具有系統(tǒng)性、整體性特征，使案例的數(shù)量實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)約化，把理論知識(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容在同一個(gè)典型載體即大案例中表現(xiàn)闡述出來(lái)[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(shí)，課程強(qiáng)調(diào)工程思維、工程運(yùn)算及設(shè)計(jì)技能的能力，學(xué)生難以理解掌握及運(yùn)用，進(jìn)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(jìn)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(guò)程，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，整理、全面和系統(tǒng)地掌握該課程的理論知識(shí)。

1 ? 案例教學(xué)設(shè)計(jì)方案及教學(xué)手段

1.1 ? 干酪加工大案例教學(xué)設(shè)計(jì)

“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(shí)點(diǎn)大部分相對(duì)獨(dú)立，學(xué)生對(duì)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(duì)工程操作在食品加工中的應(yīng)用缺乏一定的感性認(rèn)識(shí);而且課程中涉及不同的學(xué)科內(nèi)容，知識(shí)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(shí)，若基礎(chǔ)不牢固，則會(huì)使學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中理解性差、興趣降低，更缺乏積極主動(dòng)性。食品質(zhì)量與安全專業(yè)工學(xué)背景不足，初學(xué)時(shí)不了解課程整體結(jié)構(gòu)與整體認(rèn)識(shí)，不理解課程中知識(shí)點(diǎn)的相互聯(lián)系及知識(shí)脈絡(luò)，感到知識(shí)點(diǎn)繁瑣、混亂;課程常常運(yùn)用大量經(jīng)驗(yàn)公式、半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算，并且需要記憶的理論、公式太多，學(xué)生無(wú)法掌握合適的學(xué)習(xí)方法。

實(shí)踐教學(xué)結(jié)合了虛擬仿真操作，除流動(dòng)阻力、傳熱、精餾等多個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目外，應(yīng)用了切達(dá)干酪生產(chǎn)工藝仿真平臺(tái)（東方仿真軟件技術(shù)有限公司）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，此仿真平臺(tái)的操作設(shè)立在第一次實(shí)驗(yàn)教學(xué)，且學(xué)生可課下上機(jī)操作。

干酪虛擬仿真教學(xué)的建立依托學(xué)?，F(xiàn)代流通國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，利用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，實(shí)時(shí)模擬切達(dá)干酪真實(shí)生產(chǎn)操作過(guò)程，包括干酪從收奶運(yùn)輸?shù)桨l(fā)酵，成熟出庫(kù)的一系列過(guò)程，學(xué)生可以通過(guò)對(duì)整個(gè)工藝流程的操作，掌握切達(dá)干酪生產(chǎn)過(guò)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(chǔ)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(jī)后進(jìn)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(chǔ)存、攪拌、輸送。④發(fā)酵、凝乳等。

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

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作可以使學(xué)生直觀地了解真實(shí)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(guò)濾、攪拌、均質(zhì)乳化、蒸發(fā)、干燥等。因此，基于此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的大案例，分解每個(gè)單元操作作為子案例，可實(shí)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(dú)立的單元操作知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，具有很強(qiáng)的整體性、層次性和綜合性，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)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(jì)

在貫穿課程的干酪加工大案例的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行案例分解，而后進(jìn)行項(xiàng)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(wèn)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(wèn)題“熱量的傳遞和傳熱速率”時(shí)，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(lái)。主要內(nèi)容講解完成后，通過(guò)作業(yè)鞏固理論知識(shí)，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)習(xí)內(nèi)容，加深學(xué)習(xí)印象。最后，再進(jìn)行虛擬仿真操作，可完善理論與實(shí)際結(jié)合的學(xué)習(xí)效果。

1.3 ? 大案例的補(bǔ)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(shí)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(jī)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(cè)量時(shí)間的原理等，進(jìn)一步增加學(xué)生對(duì)于課程的興趣，增加學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

1.4 ? 大案例的教學(xué)方式

（1）劃分學(xué)習(xí)小組，學(xué)生說(shuō)課反饋。案例的分析后，要求學(xué)生進(jìn)行課堂反饋，采取以學(xué)生為主，通過(guò)學(xué)生說(shuō)課的教學(xué)方式，說(shuō)課是“學(xué)習(xí)金字塔”中主動(dòng)學(xué)習(xí)效果最好的學(xué)習(xí)方法，對(duì)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(dòng)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(dòng)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(yǔ)言表達(dá)能力和探索知識(shí)的動(dòng)機(jī)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(shuō)課反饋之后，教師需要進(jìn)行針對(duì)性的講解，尤其是重點(diǎn)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(diǎn)、難點(diǎn)，以及學(xué)生知識(shí)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(duì)性地講解重點(diǎn)、突破難點(diǎn)。

（2）在線課程和微課程的建立。課程在SPOC網(wǎng)站進(jìn)行了建設(shè)，包括教學(xué)進(jìn)程、教學(xué)大綱、教學(xué)課件、課后練習(xí)、教師坐班時(shí)間、教學(xué)具體內(nèi)容等;學(xué)生在課后可在網(wǎng)站進(jìn)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(duì)象為食品質(zhì)量與安全專業(yè)2015級(jí)，與對(duì)照教學(xué)班食品質(zhì)量與安全2014級(jí)學(xué)生的分?jǐn)?shù)等進(jìn)行比較，取得了非常顯著的成效。

教改班與對(duì)照班級(jí)期末成績(jī)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(guò)統(tǒng)計(jì)分析可以得出，教改班級(jí)平均分為89.9分，比對(duì)照班級(jí)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(jí)沒有出現(xiàn)不及格學(xué)生，說(shuō)明此教學(xué)改革成效極顯著。

3 ? 結(jié)語(yǔ)

利用干酪加工虛擬仿真平臺(tái)為載體的貫穿全課程的大案例教學(xué)可增加理論知識(shí)的系統(tǒng)性，結(jié)合子案例教學(xué)、學(xué)生分組匯報(bào)、課堂針對(duì)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(tái)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(shí)的系統(tǒng)性、整體性，提升學(xué)生理論結(jié)合實(shí)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(guò)上述教學(xué)改革的探索，學(xué)生對(duì)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(jì)算能力提升，成績(jī)顯著提高。

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