基于工程能力培養(yǎng)的“食品工程原理”教學(xué)探索

紀(jì)俊敏 魏安池 彭丹 劉伯業(yè)

[摘 要] 課程特別是專業(yè)基礎(chǔ)課程是構(gòu)成專業(yè)培養(yǎng)體系的基本單元，課程教學(xué)是人才培養(yǎng)的最基本形式。教師如何在課程教學(xué)過程中，做好教學(xué)內(nèi)容的篩選與整合、新型教學(xué)形式采用及其他重點環(huán)節(jié)教學(xué)模式改革等工作，實現(xiàn)整體教學(xué)效果與質(zhì)量提升，是建設(shè)一流專業(yè)和一流課程所必須面臨和解決的問題。針對“食品工程原理”課程工程性強但又難學(xué)難教的現(xiàn)實情況，提出課程教學(xué)過程中不斷進(jìn)行改進(jìn)的方法。

[關(guān)鍵詞] 工程能力;食品工程原理;教學(xué)模式

[基金項目] 河南工業(yè)大學(xué)2019年本科教育教學(xué)改革研究與實踐專項項目“新工科背景下基于工程思維能力培養(yǎng)的‘食品工程原理教學(xué)模式探索”（JXYJ-K201907）

[作者簡介] 紀(jì)俊敏（1977—），女，河南信陽人，食品科學(xué)與工程博士，河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院油脂工程系講師，研究方向為糧油食品加工;魏安池（1965—），男，河南鄢陵人，食品科學(xué)與工程博士，河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院油脂工程系副教授，研究方向為糧油食品加工;彭 丹（1979—），女，山東費縣人，儀器分析博士，河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院油脂工程系副教授，研究方向為糧油食品檢測。

[中圖分類號] G642.3? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）26-0257-03? ? [收稿日期] 2020-02-06

一、引言

在新工科視域下，行業(yè)對高等院校人才培養(yǎng)的要求越來越高，這主要表現(xiàn)在構(gòu)建工科專業(yè)新結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新工程教育方式與手段、更新工程人才培養(yǎng)體系、改革核心課程教學(xué)內(nèi)容與方法等方面，以主動適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求?！笆称饭こ淘怼笔且婚T理論和實踐性都很強的課程，是食品科學(xué)與工程、糧食工程及食品安全等專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課。該課程教學(xué)的基本目標(biāo)是通過學(xué)習(xí)食品加工的基本概念、基本原理、基本計算，典型設(shè)備的構(gòu)造、性能和操作，探索強化生產(chǎn)過程及設(shè)備的方法與途徑，使學(xué)生具備較為扎實的食品加工基礎(chǔ)理論知識，系統(tǒng)的工程設(shè)計計算、典型工程設(shè)備構(gòu)造與選型以及實際食品工程問題的解決能力。因此，加強理論教學(xué)與實踐的緊密結(jié)合是本門課程教學(xué)的重點，如何將工程意識和能力的培養(yǎng)滲透于本課程的理論、實驗、實踐三個教學(xué)環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維意識，強化學(xué)生的工程技術(shù)觀念，使學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，能夠分析和解決工程中的實際問題。筆者結(jié)合多年教學(xué)，以“食品工程原理”課程教學(xué)過程為研究對象，探討在教學(xué)中如何突出工程概念，增強工程意識，提升工程應(yīng)用能力，以期培養(yǎng)出基礎(chǔ)牢、視野寬、能力強、上手快的高級工程技術(shù)人才。

二、聚焦工程教學(xué)，完成教材內(nèi)容的分類與重組

選好教材是教好一門課程的第一步，而如何用好教材則需要教師加以認(rèn)真研究并貫徹執(zhí)行。對于一部完整教材中的理論教學(xué)內(nèi)容、例題習(xí)題以及實驗和實踐內(nèi)容要結(jié)合授課實際，進(jìn)行科學(xué)分類和篩選，從而為推動理論和實踐教學(xué)改革奠定堅實的基礎(chǔ)。

（一）理論教學(xué)內(nèi)容的分類與分層

“食品工程原理”可基本分為理論教學(xué)、實驗教學(xué)和課程設(shè)計三大教學(xué)環(huán)節(jié)，其中，理論教學(xué)部分具有基礎(chǔ)知識面廣、公式繁雜、教學(xué)過程枯燥等特點。在之前的教學(xué)過程中，理論課學(xué)時占比高，實驗實習(xí)和課程設(shè)計所安排的學(xué)時不夠。根據(jù)該專業(yè)工程教育認(rèn)證的有關(guān)要求，體現(xiàn)學(xué)生中心、成果導(dǎo)向的教學(xué)理念，需要對相關(guān)理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)梳理，對基本內(nèi)容進(jìn)行分類。分類可從兩個方面切入，一是根據(jù)知識點的難易度，把教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)型和提高型兩類;二是根據(jù)知識點的銜接度，把教學(xué)內(nèi)容分為章內(nèi)相關(guān)和章間相關(guān)兩類。依據(jù)知識點不同的分類，在教學(xué)過程中要對教學(xué)方式與方法、教學(xué)課時分配等進(jìn)行相應(yīng)的安排，從而避免一部教材講到底的情況，實現(xiàn)理論教學(xué)的針對性、選擇性。在課堂教學(xué)組織過程中，每一單元教學(xué)過程均要結(jié)合一個典型的生產(chǎn)背景依次進(jìn)行理論的引出、應(yīng)用方法的介紹與構(gòu)建，突出基本概念與共性規(guī)律，起到開拓思路、激發(fā)興趣的作用。同時適當(dāng)簡化繁瑣的理論推導(dǎo)部分，避免學(xué)生對抽象知識的厭倦情緒。重點介紹公式及公式中各參數(shù)的含義及應(yīng)用范圍，以豐富的例題習(xí)題強化公式在工程中的應(yīng)用，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。如在伯努利方程這一節(jié)，不再進(jìn)行公式的推導(dǎo)，只簡單介紹伯努利方程是描述能量守恒的方程式，便于學(xué)生對公式的記憶和理解。講授能量轉(zhuǎn)換時，分別列舉1912年奧林匹克號與豪克號兩艘輪船相撞的一起海上公案，以及地鐵列車等黃色安全線的設(shè)置原理，以日常案例的形式說明動能與靜壓能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。另外，對原課程要求仔細(xì)講述的設(shè)備結(jié)構(gòu)部分，改為讓學(xué)生直接觀看設(shè)備（或設(shè)備模型）、視頻或仿真動畫。如板框壓濾機的結(jié)構(gòu)，尤其是濾板、濾框和過濾板的結(jié)構(gòu)，學(xué)生通過實驗室的設(shè)備拆解即可很快弄清楚。

（二）與實踐相關(guān)內(nèi)容的篩選及整合

本文所述與實踐相關(guān)內(nèi)容包含習(xí)題例題、實驗、課程設(shè)計、認(rèn)知實習(xí)及工程設(shè)計等教學(xué)過程與內(nèi)容。在上述有關(guān)實踐教學(xué)內(nèi)容的篩選與整合上，要堅持以下幾個原則：（1）由淺入深原則，即把那些最能體現(xiàn)本章本節(jié)知識點的實踐內(nèi)容挑選出來布置給學(xué)生，不要追求多而全，而要注重少而精;（2）自主選擇原則，在驗證同一理論知識時，要提供給學(xué)生不同場景下的實踐教學(xué)內(nèi)容，供其選擇;（3）激發(fā)興趣原則，實踐設(shè)計要考慮實用性、生活性和趣味性，以增加學(xué)習(xí)者的探索欲和興趣度;（4）多能力培養(yǎng)原則，實踐教學(xué)內(nèi)容的篩選和整合，最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力，因此要把不同的知識點、相互關(guān)聯(lián)密切的內(nèi)容加以整合，以促進(jìn)綜合能力的提升。

三、培養(yǎng)工程素質(zhì)，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂

“食品工程原理”作為一門在食品加工過程中涉及的實際工程問題（物理過程、單元操作）和研究方法（實驗研究、數(shù)學(xué)模型）為主線的工程技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是相關(guān)專業(yè)學(xué)生在大學(xué)期間接觸到較早的具有工程性質(zhì)的課程。課程的內(nèi)容和特點要求任課教師在教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程以及課程目標(biāo)等方面進(jìn)行大膽改革和創(chuàng)新。

（一）以學(xué)生為中心，改革傳統(tǒng)理論教學(xué)模式

采取哪種教學(xué)模式是關(guān)系到一門課程教學(xué)效果的關(guān)鍵因素。對于既有大量理論教學(xué)內(nèi)容，實踐性又較強的工程案例課程，需要老師擯棄傳統(tǒng)的教學(xué)模式與方法。筆者在該教學(xué)環(huán)節(jié)主要采用提前自習(xí)式、課堂參與式、討論交流式等教學(xué)模式。在開課初期，將每節(jié)課程的任務(wù)加以明確，要求全體學(xué)生提前做好預(yù)習(xí)，同時利用共享文檔堅持對學(xué)生的預(yù)習(xí)結(jié)果信息進(jìn)行反饋收集，將預(yù)習(xí)知識點的難易和自我學(xué)習(xí)掌握度進(jìn)行分類統(tǒng)計。在第一步的基礎(chǔ)上，對課堂重點講授的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和安排。在課堂講授中，堅持讓學(xué)生參與過程的介紹、討論與交流，實現(xiàn)授課過程角色的互換。

（二）例題與習(xí)題精選，透過“題”看本質(zhì)

例題與習(xí)題在鞏固所學(xué)知識、加強理論與實踐結(jié)合等方面扮演著重要角色。完成例題與習(xí)題作業(yè)，是學(xué)生課后的第一任務(wù)，也是傳統(tǒng)教學(xué)的重要組成環(huán)節(jié)。首先，要按照理論復(fù)習(xí)、實踐驗證及工程相關(guān)等不同類型，對章節(jié)后的例題和習(xí)題進(jìn)行分類。其次，針對教材中的有關(guān)例題和習(xí)題，任課教師要做好篩選、補充和完善。保留那些具有典型代表性的習(xí)題，補充一些與時代和行業(yè)發(fā)展相契合的題目。在以上兩個環(huán)節(jié)中，要突出與工程相關(guān)概念和內(nèi)容的把握，最終形成相關(guān)章節(jié)的必做習(xí)題集。通過習(xí)題與例題的精選與部署，教師可引導(dǎo)學(xué)生透過例題和習(xí)題看本質(zhì)，深入解析例題與習(xí)題所涉及的工程問題，分析評價工程問題的解決結(jié)果和結(jié)論。

（三）案例導(dǎo)向，利用科研成果，豐富課程體系

做好工程案例教學(xué)是上好工程應(yīng)用類課程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)教學(xué)不是孤立的，需要與理論教學(xué)密切結(jié)合。為此，在工程案例的確定和設(shè)計上要堅持與典型生產(chǎn)實際背景結(jié)合、堅持與理論知識點和數(shù)理推導(dǎo)相結(jié)合、堅持案例與解決實際問題相結(jié)合。恰當(dāng)?shù)墓こ贪咐軌驅(qū)崿F(xiàn)對理論學(xué)習(xí)的補充和加強，實現(xiàn)理論教學(xué)與工程實踐訓(xùn)練的同步推進(jìn)。能夠讓學(xué)生明白和理解學(xué)習(xí)該課程或章節(jié)的作用與意義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和興趣，提升解決工程問題的能力。由于食品加工業(yè)的發(fā)展，各種各樣的生產(chǎn)任務(wù)及新問題得以提出，這就要求學(xué)生具有較寬的知識面和靈活解決問題的思路。所以，很有必要適當(dāng)擴(kuò)展內(nèi)容，補充新的成熟性與先進(jìn)性的工程技術(shù)研究成果。例如在講解氣流干燥器這一設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作過程時，我們補充了對大塊濕物料干燥過程中進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造的新方法;在講蒸餾操作時我們補充了食用油脫臭這一油脂精煉過程中為了降低油脂中的反式脂肪酸采用的雙溫雙塔脫臭工藝原理。

四、強化工程實踐，提升動手操作能力

（一）實驗教學(xué)內(nèi)容工程項目化

本課程按照基礎(chǔ)認(rèn)知實驗和綜合應(yīng)用設(shè)計實驗兩大類對實驗進(jìn)行分類。特別是在綜合應(yīng)用設(shè)計類型實驗中，堅持實驗工程項目化的原則，即根據(jù)實際工程問題普遍具有復(fù)雜性和多變性的特點，引導(dǎo)學(xué)生從工程項目管理思維的角度出發(fā)，認(rèn)真完成每一個實驗環(huán)節(jié)。通過項目化實驗，強化學(xué)生將感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，提升學(xué)生的工程思維和工程意識。在整個實驗組織過程中，指導(dǎo)老師只提宏觀要求，具體過程完全由學(xué)生自己完成，這就有利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的綜合能力，避免了學(xué)生“為做而做”的消極思想和只知其然而不知其所以然的被動學(xué)習(xí)方式。比如調(diào)節(jié)管路出口閥時，離心泵入口處的真空表和出口處的壓力表讀數(shù)如何變化？讓學(xué)生自己動手操作一下，就能很自然地找到答案。很多抽象的難以理解的理論，通過實驗操作便能輕松解決，并且記憶深刻，可以起到事半功倍的效果。

（二）課程設(shè)計內(nèi)容結(jié)合的專業(yè)制定

本著“加強基礎(chǔ)、增強專業(yè)適用性、培養(yǎng)創(chuàng)新能力”的主導(dǎo)思想，課程設(shè)計的內(nèi)容根據(jù)學(xué)生的專業(yè)分別制定，結(jié)合企業(yè)在生產(chǎn)、銷售、服務(wù)等環(huán)節(jié)的需求，切實做到實驗與工程實踐緊密結(jié)合。在工業(yè)生產(chǎn)中，一個過程往往可有多種方法來實現(xiàn)，例如固液混合物的分離可以采用離心、沉降、加壓過濾和真空過濾等方法;物料的加熱或冷卻可以采用板式、蓄熱式、螺旋板式及列管式等多種換熱器;含濕固體物料的干燥則可以采用箱式、氣流、滾筒、流化床等干燥設(shè)備;同樣的蒸發(fā)設(shè)備可以采用單效、雙效、三效等不同效數(shù)組合的方式。這些工藝最終都需要進(jìn)行方案比較，因地制宜地選擇一種最佳工程方案。因此，本課程設(shè)計基本上是采用一個班一個單元設(shè)備的設(shè)計任務(wù)，但每位學(xué)生的設(shè)計工藝參數(shù)（如進(jìn)料量、操作溫度、壓力、流速等）均不相同，盡量做到一人一題，獨自設(shè)計，避免互相抄襲。同時注重問題的相互研討與交流，從而體現(xiàn)團(tuán)隊協(xié)作的重要性。此外，加強不同設(shè)計結(jié)果的比較分析，改變以往設(shè)計中學(xué)生主要側(cè)重于設(shè)計方案的先進(jìn)可行及工藝的可靠性，而忽略了設(shè)備的選型和工藝條件的經(jīng)濟(jì)性，使學(xué)生通過課程設(shè)計，樹立工程觀點，培養(yǎng)工程意識。

五、課程考核融入全過程

“食品工程原理”課程最終按食品工程原理含實驗（權(quán)重75%）和食品工程原理課程設(shè)計（權(quán)重25%）綜合評價。前者的考核方式為“平時成績+實驗成績+期末考試成績”，為突出對工程應(yīng)用能力的考核，將平時成績、實驗成績、期末考試成績?nèi)叩谋戎胤謩e調(diào)整為占總成績的20%、20%和60%。考慮到期末閉卷考試不能翻閱資料，試卷內(nèi)容偏重于理論分析和計算，對實踐能力考核不足，在平時布置的作業(yè)和小測試盡量涉及較多的工程應(yīng)用知識，如工程圖表的使用等。平時成績還涉及理論課與實驗課的過程性考核（主要包括學(xué)習(xí)小組的討論情況，學(xué)生課堂上的表現(xiàn)、實驗操作能力、自主回答問題的情況等），考核學(xué)生在整個課程學(xué)習(xí)過程中的參與程度和學(xué)習(xí)效果，公平、公正地給出平時成績和實驗成績。期末考核采用閉卷考試，側(cè)重于考核學(xué)生對基本概念、基本理論的記憶和理解，對工程問題的綜合分析和計算能力。課程設(shè)計則主要根據(jù)學(xué)習(xí)態(tài)度、設(shè)計任務(wù)完成情況、設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙的質(zhì)量等綜合評定。把考核融入教學(xué)的整個學(xué)習(xí)過程，有利于全面評價學(xué)生對“食品工程原理”課程的學(xué)習(xí)和運用情況。

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Teaching Exploration of the Course on Principle of Food Engineering Based on Engineering Ability Training

JI Jun-min，WEI An-chi，PENG Dan，LIU Bo-ye

（College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou，Henan 450001，China）

Abstract：Courses，especially the professional basic courses，are basic units of professional training system.Course teaching is the most basic form of talent training.In course teaching，teachers should do a good job in the selection and integration of teaching contents，the adoption of new teaching methods and the reform of other key links in teaching model so as to achieve the overall teaching effect and quality improvement.It is a problem that must be faced and solved to build first-class professional and first-class courses.In view of the fact that the course on the Principle of Food Engineering is strong in engineering and difficult to learn and to teach，the method of continuous improvement in course teaching is put forward.

Key words：engineering ability;Principle of Food Engineering;teaching model