基于嵌入式的食品機械與設備實踐教學改革

謝凡，夏永軍，熊智強，張匯，艾連中

（上海理工大學 醫(yī)療器械與食品學院，上海食品微生物工程技術研究中心，上海）

一 引言

食品機械與設備是食品科學與工程專業(yè)中一門非常重要的應用型課程，涵蓋了食品加工、機械原理及物理化學等多學科的知識，也是一門理論與實踐結合最為緊密的課程之一[1,2]。近年來，隨著食品加工工業(yè)的飛速發(fā)展，各式各樣的新型食品加工機械與設備層出不窮。目前國內高等院校在食品機械與設備課程教學方面較為落后，主要側重于理論教學，而相關設備與機械的實物操作和演練方面的實際教學環(huán)節(jié)較為薄弱。培養(yǎng)的學生雖然具備了扎實的理論知識基礎，但相關設備的實際操作能力不強，進入相應的工作崗位后，需要進行二次培訓，從而導致學生就業(yè)競爭力下降，并給企業(yè)增加了一定的培養(yǎng)成本。隨著國家對應用型人才培養(yǎng)的大力提倡，培養(yǎng)理論基礎和技術兼?zhèn)涞膶W生顯得尤為重要[3]。因此，基于嵌入式的食品機械與設備實踐教學的目的是拓展學生的知識體系，將課堂教學與實物操作相結合提高學生的實際動手能力和創(chuàng)新能力，使其成為食品加工工業(yè)中的綜合型人才。

二 食品機械與設備教學過程中存在的問題

食品機械與設備是在工程制圖、機械設計、食品工程原理和食品工藝學等基礎上開設的，課程內容比較多。先修課程包括“食品工程原理”“食品工藝學”（含實驗）等，同期開設課程包括“生產認知實習”等課程，后修課程包括“食品工廠設計”等課程。在授課過程中，存在很多與各高校相似的問題，食品產業(yè)原料和成品種類繁多，加工工藝不盡相同，造成食品機械與設備的千差萬別，致使課程內容較多，課程枯燥乏味，學生聽課效果差，不能融會貫通，學習積極性不高。

（一） 課時數(shù)少與內容量大的矛盾

食品科學與工程專業(yè)的國家標準中將“食品機械與設備”納入專業(yè)核心知識領域，內容應包括食品分選機械，食品原理的清理與清洗機械，食品輸送機械與設備，食品粉碎、攪拌、混合和均質機械，蒸發(fā)濃縮設備、干燥及熱處理機械與設備，食品殺菌設備等[4]。經多次教學改革后，課時數(shù)略有縮減，同時在32學時內要完成課程中數(shù)十章重難點知識的講解，使得課程靈活性大打折扣。造成學生參與度不高，學習效果較差。

（二） 課程系統(tǒng)性強與傳統(tǒng)的灌輸式教學模式的矛盾

食品機械設備包括食品輸送機械與設備、分選清洗設備、粉碎機械設備、分離機械設備等等，屬于完整而又龐雜的體系，涉及的知識點覆蓋了多門先導課，學生需要將前期的課程綜合消化吸收后才能對后修課程進行學習，前修課程與后修課程之間雖能形成銜接，但課程群與不同課程間的知識點無法直接串聯(lián)，而如果再結合傳統(tǒng)的灌輸式教學模式，學生只會生搬硬套或者照本宣科地分析遇到的實際問題，卻不能靈活的應用，無法做到融會貫通，使得學生在學習這門專業(yè)課時比較吃力。

（三） 理論與實踐脫離的矛盾

食品機械與設備課程涉及食品加工領域上百種機械，這些設備型號多、應用場景多，在實際教學中，學生只能在實驗室中接觸到數(shù)量、類型有限的小型設備，直接接觸企業(yè)機會少，使得課堂理論學習與實際生產實踐脫節(jié)，學生的學習效果差。

（四） 課程評價的質量機制有待細化

課程的教學質量評價與改進是整個教學活動中最重要的工作之一，也是衡量一門課程教學效果的關鍵標準。食品機械與設備課程在注重教學方法改革、教學內容更新和教學手段設計的同時，課程教學效果和質量的評價容易被忽略，課程教學質量的持續(xù)改進也缺乏詳細的機制。

三 優(yōu)化課程教學體系

食品機械與設備課程內容豐富，實際應用性較強。傳統(tǒng)的教學模式大多是按照不同類型的設備設置不同的章節(jié)，再介紹每種類型設備的工作原理、組成部件及應用場景，教學課程較為抽象，授課內容枯燥、難以理解[5]。因此在理論教學過程中，應當采用不同的教學方式和技巧，將授課內容具體化，以打破傳統(tǒng)的理論教學模式，提高學習效果。

（一） 優(yōu)化教學內容

針對這門課程內容多，課時少，不可能對所有加工設備一一進行講解和示范。首先，對教學內容進行重新整理和整合，依據所講內容的本質及實踐教學現(xiàn)有設備進行分塊，內容進行板塊化，相近板塊的內容，僅僅詳細講一個代表性設備的工作原理,在設備參觀學習的基礎上，使學生掌握機械的工作原理和效用。其余同類設備以教師理論授課與學生課后自主學習相結合, 每一個代表性設備安排相應的實踐環(huán)節(jié)，做到在實際情況中能靈活應用所學知識。其次，在每一個板塊學習之前，教師通過提問或者溫習的形式, 引出在學習這一板塊需要的一些學科基礎知識，在學生重新掌握了這些知識之后，學生更容易接受相應板塊的內容。

（二） 視頻資源整合

隨著計算機編程模擬技術及全球工業(yè)化的發(fā)展，計算機軟件開發(fā)與應用已運用于各行各業(yè)中，食品工業(yè)的發(fā)展也與其息息相關。食品加工工業(yè)中的相關設備可通過計算機編程模擬機械設備的工作原理和過程，包括各種Flash流程示意動畫、機械設備運行演示小視頻等。例如工業(yè)化加工生產過程中面制品以及膨化食品的加工生產線運行流程視頻、不同類型螺桿擠壓的操作過程、食品輥印成型的過程、食品加工完成后包裝的過程等。這些視頻、小動畫可充分展示食品機械與設備的運行原理、各部件的功能等，便于學生更清晰的理解食品機械與設備的原理，使學生的學習印象更加深刻[6]。

（三） 現(xiàn)場實操教學

近些年來，隨著國家對科學研究投入力度的不斷加大，國內很多高校和科研院所都相繼開設了食品相關的專業(yè)，配備了食品相關專業(yè)科研所需的機械設備，例如常見的熱風干燥箱、紅外干燥箱、噴霧干燥、冷凍干燥等不同類型的干燥設備，高壓滅菌鍋、紫外滅菌、超高壓滅菌等根據不同原理設計的滅菌設備等大多數(shù)較為常見的食品機械設備。各高校根據自身的條件，可在課堂理論教學之余，開展一小部分的現(xiàn)場實操教學?？稍O置先理論教學后現(xiàn)場實操教學的模式，任課教師可將相關設備拆卸，分部件介紹并演示該設備的實際運行過程，做到將理論和實踐教學相結合，讓學生更好地掌握食品機械與設備的基礎知識，并深入學習食品機械與設備的實際操作技術。

（四） 食品加工工廠實地學習

雖然目前國內大部分高等院校都配備了多種食品機械設備，但大多數(shù)僅為科研所用的小型儀器設備，價格高昂、操作繁瑣、偏工業(yè)化生產的大型食品機械設備仍然缺乏，例如UHT高溫瞬時滅菌設備，雙螺桿擠壓膨化設備，食品包裝機，面條、面包等面制品的加工生產線等工業(yè)化加工生產中使用的機械設備。所以，根據食品機械與設備課程的教學需求，設置工廠實習教學環(huán)節(jié)，聯(lián)系與學校有合作的大型食品加工廠，選擇部分食品加工生產線，例如市場上最為常見的膨化食品的加工生產線，巧克力加工生產流水線，面條加工生產流水線等與人們生活較為貼近的食品加工機械設備。工廠實地教學過程中，可安排負責相關加工生產線的工人向學生講解生產線中每一環(huán)節(jié)，將課堂所學習的理論知識有機地與實際生產加工結合，學以致用。

（五） 豐富課程考核方式

在課程的實際教學中面臨的另一個問題是考核形式單一?？己耸且詫W生對課程內容的掌握程度為目的，考核學生對課程內容是否融會貫通，合適的考核方式能夠有效地提高學生學習的積極性；因此考核方法的豐富性、針對性尤為重要。所以依據課程模塊內容和教學方法，制定相應的考核方式，以過程化考核為主線。教學內容模塊化，課程內容系統(tǒng)化，學生課程學習的效果提高，而通過過程性評價數(shù)據可以有效反饋優(yōu)化課程教學體系，并能督促學生的平常學習，提高學生的學習熱情[7]。

四 課程教學平臺建設

（一） 多媒體互動教學平臺

目前國內各大高校均配備了多媒體教學設備，但很多任課老師并沒有充分利用好多媒體教學設備，只起到了教學輔助作用。多媒體互動教學平臺的建設可充分利用計算機技術和網絡資源，其主要教學思路如下：充分整合、利用網絡及視頻教學資源，構建多媒體教學共享數(shù)據庫，方便學生課下學習；利用計算機軟件開發(fā)資源，開發(fā)一款簡單的、針對食品機械設備原理設計軟件，讓學生自己動手根據所學的理論基礎知識，設計簡單的設備結構圖；設計計算機仿真模擬，模擬食品機械設備的運行原理。

（二） 現(xiàn)場實操教學平臺

食品機械與設備的現(xiàn)場實際操作教學不僅能讓學生充分掌握食品機械設備的操作過程，亦能極大地鞏固學生的理論知識基礎?，F(xiàn)場實操教學平臺應由兩名任課教師組成，一名任課教師負責理論知識的教學工作，另一名任課教師負責食品機械的拆卸、實際運行操作等內容的講解?？勺寣W生親手操作相關機械設備，進一步復習和鞏固所學的理論知識。

（三） 實習基地建設

食品科學與工程專業(yè)作為一門典型的工科類專業(yè)學科，工廠實地學習一直是教學工作中不可或缺的一部分，也是完成教學過程中非常重要的環(huán)節(jié)。各高校食品學科相關負責人應積極與當?shù)叵嚓P食品企業(yè)的相關領導聯(lián)系、溝通，洽談合作事宜，建設校企合作學生實習，一方面為高校的學生培養(yǎng)提供極大的便利，另一方面也可為企業(yè)培養(yǎng)潛在的后備人才。上海理工大學食品科學與工程專業(yè)目前已與光明乳業(yè)股份有限公司、上海金楓酒業(yè)有限公司、上海交大昂立股份有限公司等企業(yè)建立了學生實習基地，極大地提高了食品機械與設備課程的教學質量。

五 嵌入式的食品機械與設備實踐教學改革存在的問題

目前，各高校實行嵌入式的食品機械與設備實踐教學改革存在一定的難度。需要高校購買更多的食品機械設備，增加用于放置設備的場地，聘請更多的食品加工專業(yè)、食品機械方向的任課教師，調整傳統(tǒng)的食品機械與設備的授課課時分配。隨著國家對高素質人才培養(yǎng)的重視，各高校所在的政府機構近些年都在不斷地增加高校建設和科研經費投入力度，這些問題將會逐步得到解決[8]。除了國家的科研經費投入，各高校相關學科負責人應積極與相關企業(yè)溝通、洽談，與企業(yè)建立長期的校企合作關系，深入了解市場對人才素質的需求，打破傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式。新型教學模式下培養(yǎng)的食品專業(yè)相關人才在全球食品工業(yè)中將具有一定的競爭力，也將極大地促進我國食品工業(yè)的發(fā)展[9]。

六 基于嵌入式的食品機械與設備實踐教學改革的效果

近兩年，我們在食品機械與設備課程授課過程中初步實踐了上述幾個方面的教學內容和方式上的改革，以重視工廠實習教學環(huán)節(jié)及建立實習基地為驅動力，加強學生與食品企業(yè)的對接交流，讓學生能夠更完整地接觸到食品加工機械的實際運作以及更全面的掌握課程所設定的技術知識，取得了以下的效果：學生對食品機械與設備課程產生了濃厚的興趣，學習食品機械與課程的積極性很高，課堂上積極地與老師互動、交流、提問，課堂氛圍活躍；經過一學期的課程學習，學生的平均成績顯著提高；學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力也得到了很大的提升，屢屢在大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲得佳績；此外，學生的動手能力也得到了很好的鍛煉，提高了他們在日常生活中動手解決問題的能力，提高他們在今后工作過程中的競爭力。

七 結語

專業(yè)課教學要將專業(yè)知識作為基礎，讓學生盡可能掌握所學的基礎知識點，并且以此進行相關的實踐內容。大多數(shù)專業(yè)課程的實踐教學課時較少，且實踐內容與實際企業(yè)生產過程相差比較大，難以起到“所學指導實踐，實踐反饋所學”的教學目的。因此，如何提高實踐類課程的學習效率，已成為各大高校教學改革中的重中之重。經過嵌入式的食品機械與設備實踐教學改革，食品機械與設備課程的教學效果獲得多數(shù)學生的認可與好評，學生在科研方面的興趣以及實踐能力有了極大的提升。本課程將傳統(tǒng)的課堂理論知識學習與實際操作有機結合，有利于夯實食品相關專業(yè)學生的專業(yè)知識基礎，幫助其掌握相關機械設備的操作過程，以實際生產加工為導向，突出了教學內容的實用性，有利于培養(yǎng)高素質的食品專業(yè)人才，提高他們在今后工作中的競爭力。