新工科背景下“食品工程原理”教學改革探討

劉伯業(yè)，陳復(fù)生，紀俊敏，黃澤華，楊趁仙

（河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南鄭州 450001）

0 引言

近年來，為提高我國高等院校的工科教育質(zhì)量，開展了面向全國工程類專業(yè)的工程教育認證，目標是加強對工科專業(yè)學生培養(yǎng)質(zhì)量的把控，培養(yǎng)理論知識扎實、實踐能力強，兼具實干和創(chuàng)新精神的工科人才，從而為工程專業(yè)領(lǐng)域輸送高素質(zhì)、高水平的從業(yè)人員，提升我國工程教育在國際上的競爭力，達到世界高等教育強國的水平。根據(jù)新工科背景下工程教育面臨的新形勢、新挑戰(zhàn)，開展工程教育認證提出了以學生為中心、采用基于成果導(dǎo)向的認證標準和持續(xù)改進的三大核心理念，所以結(jié)合工程教育專業(yè)認證的標準提出的“食品工程原理”教學改革方案要根本性地突破傳統(tǒng)教育模式的限制，將核心理念融入專業(yè)建設(shè)的全過程，以實現(xiàn)培養(yǎng)目標、課程體系、師資隊伍建設(shè)等過程的不斷改進。通過對課程體系的改革探索著力培養(yǎng)學院食品科學與工程專業(yè)學生的專業(yè)素養(yǎng)，使其熟練掌握專業(yè)知識的同時兼具實踐創(chuàng)新能力、跨界整合能力，能夠分析解決實際工程問題能力，使工科畢業(yè)生達到行業(yè)要求的綜合發(fā)展的質(zhì)量標準[1]。“食品工程原理”是一門食品科學與工程專業(yè)的必修課，在食品專業(yè)課程體系中占有重要地位。課程理論與實踐結(jié)合性較強，課程內(nèi)容與食品工業(yè)生產(chǎn)直接相關(guān)，重點學習內(nèi)容為食品生產(chǎn)加工過程中的三傳理論，流體流動、干燥、傳熱、萃取、膜分離等單元操作的原理、設(shè)計計算和設(shè)備構(gòu)造等內(nèi)容，為后續(xù)食品專業(yè)課程的學習提供理論知識基礎(chǔ)，對培養(yǎng)學生工程思維和解決工業(yè)中實際問題的能力起著重要的作用[2]。在基于新工科不斷發(fā)展的背景下對食品科學與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)需求進行深入研究，為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量以工程導(dǎo)向為目的進行了教學改革路徑和教學模式的探索。針對學院目前“食品工程原理”傳統(tǒng)教學存在的問題，從理論教學，實踐教學和課程設(shè)計不同方面提出改革措施，與時俱進地更新理論和實踐教學模式、考核方式，不斷豐富完善教學資源，提高教學條件和教學質(zhì)量，綜合培養(yǎng)學生理論知識和實踐應(yīng)用能力，突出工程概念，增強應(yīng)用能力，以期培養(yǎng)出基礎(chǔ)牢、能力強、綜合素質(zhì)高的專業(yè)技術(shù)人員，為食品相關(guān)企業(yè)可持續(xù)性地輸送高素質(zhì)應(yīng)用型人才，滿足新工科發(fā)展背景下對人才的培養(yǎng)需求[3]。

1 教學難點和存在問題

“食品工程原理”課程由于知識體系內(nèi)容繁雜，抽象難懂的特點，需要學生在學習過程中不僅具備扎實的基礎(chǔ)知識儲備和數(shù)學計算能力，還要有一定的工程生產(chǎn)經(jīng)驗做到對所學知識融會貫通、靈活應(yīng)用。由于課時安排有限，教師在課堂教學中無法將所有內(nèi)容都詳細講解，所以長期以來許多高校的食品專業(yè)在該課程上的教學效果都不太理想，結(jié)合工程教育認證標準的指導(dǎo)，通過對原有教學過程的深入分析，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題。

1.1 教學方式傳統(tǒng)單一

“食品工程原理”課程涉及知識面廣泛，生產(chǎn)單元操作的工程概念和定理晦澀難懂，需要記憶大量的公式且能在不同的工藝場景中合理選擇、靈活運用，同時每個單元的操作過程中相關(guān)設(shè)備類型多種多樣，在不同生產(chǎn)應(yīng)用上也大有不同。因此，該課程的學習對學生的基礎(chǔ)知識體系和生產(chǎn)經(jīng)驗的要求較高[4]。傳統(tǒng)教學常采用按部就班講解教材的模式，內(nèi)容相對枯燥難懂，教學方法和教案內(nèi)容都較老套，不能做到與時俱進的更新。教學過程中每節(jié)課的課時安排間隔時間長且無法做到課下督促學生及時復(fù)習鞏固，會使教學缺乏連貫性，學生在學習新章節(jié)前不能及時回想起前面章節(jié)的內(nèi)容。講課內(nèi)容常常會因追求全面廣泛而不能突出重點，以至于教師投入很大精力，學生也花費大量時間，但學生仍無法透徹、有效地消化學習內(nèi)容。部分理論公式推導(dǎo)過程抽象且復(fù)雜，對重要設(shè)備構(gòu)造和工作原理進行講解時，由于缺乏直觀形象的動畫演示，一些專業(yè)基礎(chǔ)較差的學生面對龐大的知識任務(wù)容易產(chǎn)生畏學心理，對課程提不起興趣，大大降低了學習效率。學生在課堂的參與度不高，使得課堂氣氛不活躍，不僅難以提高學生的學習積極性，降低了聽課效率，更無法進一步聯(lián)系到實際生產(chǎn)應(yīng)用。想要改變傳統(tǒng)的教學模式就需要教師合理改變授課方式，激發(fā)學生的學習積極性，吸引學生更好地融入課堂，爭取事半功倍的教學效果。

1.2 實踐重視度不夠高，與工程應(yīng)用結(jié)合性不強

“食品工程原理”課程由于傳統(tǒng)的重理論、輕實踐的教學思想，設(shè)置的實驗和課程設(shè)計學時相比理論課學時不夠高，實驗課程應(yīng)及時安排在每章理論課結(jié)束后，加深對理論的理解和應(yīng)用，但由于課時安排受限，只能在理論教學結(jié)束很長時間后再進行相應(yīng)的實驗教學，所以學生不能很好地將所學理論與實踐操作結(jié)合起來[5]。而且實驗內(nèi)容的設(shè)置通常只是針對單元操作中幾個典型的設(shè)備，學生不能充分發(fā)揮主觀能動性，忽視對工藝、設(shè)備原理的理解，僅僅按照實驗步驟機械性地完成操作，故不利于激發(fā)學生的探索精神和創(chuàng)新精神。實驗內(nèi)容的設(shè)置不能做到隨著工業(yè)的快速發(fā)展與時俱進地更新，同時教學中不夠注重結(jié)合工程實踐指導(dǎo)學生解決實際問題，使教與學產(chǎn)生脫節(jié)。盡管近年來實驗教學的方案和內(nèi)容正持續(xù)調(diào)整改進，但仍未做到將實際生產(chǎn)引入實踐教學，著重培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新思維、分析和解決實際問題的能力，無法滿足實際工業(yè)開發(fā)與新生產(chǎn)工藝和技術(shù)的要求[6]。

“食品工程原理”課程設(shè)計是針對所學理論知識和實踐操作的綜合應(yīng)用，要跟隨新時代的食品工程的工藝進步將學科前沿信息傳達給學生，由于目前課程設(shè)計模式相對固定，不能引導(dǎo)學生用發(fā)散性思維嘗試不同工藝方法、不同類型的設(shè)備達到生產(chǎn)要求，設(shè)計內(nèi)容缺乏與新工業(yè)生產(chǎn)的實際關(guān)聯(lián)性，加上學生缺乏實踐認知經(jīng)驗，設(shè)計的思路無法做到從實際生產(chǎn)角度出發(fā)，兼顧方案可行性、先進性、經(jīng)濟性和環(huán)保等因素，課程設(shè)計教學達不到理想效果。學生對食品加工實際生產(chǎn)過程中各種設(shè)備的工藝參數(shù)不夠了解，在設(shè)計過程中往往依照固定模板模仿借鑒，從而不能很好地幫助學生培養(yǎng)工程思維、工程實踐能力、創(chuàng)新工藝設(shè)計能力。

1.3 考核方式單一，評價系統(tǒng)不夠完善

科學合理的考核模式不僅能對學生的綜合能力進行考核，還能根據(jù)考核評價反饋的信息對教學中容易疏忽的問題及時調(diào)整改進?，F(xiàn)有的“食品工程原理”課程期末考核主要以期末試卷的成績來評價學生對知識的掌握程度，不夠重視對學生工程素質(zhì)、創(chuàng)新能力、分析解決實際工程問題等能力的考核。期末考試內(nèi)容偏向?qū)碚撝R的理解記憶和公式計算，涉及到實際生產(chǎn)的工程應(yīng)用知識考核相對不多，實驗課及課程設(shè)計的考核標準不夠詳細，導(dǎo)致學生只注重實驗和設(shè)計的結(jié)果，而忽視平時的積累和掌握，小組分工合作的任務(wù)中不夠注重考核學生各自的完成度和貢獻度，沒有做到公平分配每項分數(shù)。同時傳統(tǒng)的考核模式中平時成績和實驗成績所占比例較低，導(dǎo)致學生不重視平時的課堂表現(xiàn)、學習態(tài)度、作業(yè)完成情況和實驗操作規(guī)范等問題，部分學生還容易抱有僥幸心理，想在考前集中復(fù)習突擊，甚至出現(xiàn)課堂替課、作業(yè)抄襲等現(xiàn)象。所以要針對考核的要點合理規(guī)劃考核內(nèi)容的分配和方式，把考核評價融入平時的教學過程中，促使學生養(yǎng)成端正的學習態(tài)度和認真的學習習慣，使得考核能夠綜合全面地評價學生對知識體系的理解掌握和靈活運用情況，結(jié)合教學模式進而發(fā)揮考試的導(dǎo)向作用。

2 改進措施

在新工科背景下對“食品工程原理”課程進行改革，把教育研究的重心從“教”轉(zhuǎn)移到“學”。從教學環(huán)節(jié)設(shè)置、教學內(nèi)容優(yōu)化、實踐資源配置、考核標準完善等方面進行了深入探索，旨在改善該課程的教學方法和提高整體教學水平，對于豐富教學內(nèi)容、提高工程實踐應(yīng)用性、完善考核體系具有重要意義，為食品工業(yè)發(fā)展培育出符合工程教育專業(yè)認證標準的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。

2.1 課堂改革

以學生為主體的教學理念要求教學方式要由傳統(tǒng)“灌輸式”教育向“啟發(fā)式”教育轉(zhuǎn)變，關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見中明確指出教師講課要避免單純的知識點灌輸、僵硬化教學、忽視能力的培養(yǎng)，要引導(dǎo)學生自主思考，主動分析找出問題，著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和解決生產(chǎn)問題的能力[7]。針對“食品工程原理”課程內(nèi)容復(fù)雜難懂的特點，理論課程教學改革首先根據(jù)教學目標和食品工業(yè)動態(tài)確定教學重點內(nèi)容，考慮不同專業(yè)方向和不同層次學生的培養(yǎng)需求調(diào)整教學方案，整理每章知識間的主線分支關(guān)系，再根據(jù)教學大綱每章的教學重難點分配相應(yīng)的課時，合理安排教學內(nèi)容和教學進度。由于線下課時安排有限，充分利用網(wǎng)絡(luò)教學手段。例如，利用學習通、釘釘?shù)绕脚_上傳教學視頻和課件資料，讓學生提前預(yù)習所學的主要內(nèi)容，再收集預(yù)習過程中反饋的問題在課堂上重點講述答疑，確保學生對內(nèi)容的接受度和掌握度[8]。

課堂上教學過程中以關(guān)鍵問題為主線實施啟發(fā)式教學，引導(dǎo)學生帶著批判性眼光思考問題，同時充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)（如視頻、動畫等） 多媒體手段，通過圖像動畫與文字的結(jié)合突出重點，輔助難點教學，避免單純的知識灌輸，更生動形象地幫助學生理解所學內(nèi)容，對每一單元教學要結(jié)合典型的生產(chǎn)工藝，引導(dǎo)學生樹立工程觀念，簡化繁瑣的推導(dǎo)過程，重點介紹方程公式中各參數(shù)的含義及應(yīng)用，避免枯燥乏味的講解，起到開拓思路、激發(fā)興趣的作用[9]。同時，課堂上要堅持讓學生參與討論增加交流互動，分成小組形式實施開放式探討，教師點評，實現(xiàn)授課過程中角色互換，起到開拓思路、增加課堂活躍度的效果。課下的作業(yè)布置要以質(zhì)量為主，挑選具有典型代表性的習題作為鞏固訓練，適當擴展內(nèi)容，補充先進的研究成果[10]。引導(dǎo)學生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，深入理解所學的工程概念，提高學生學以致用的實踐能力，通過作業(yè)反饋集中解答學生在學習過程中的疑問，完成答疑。

2.2 實踐改革

“食品工程原理”課程的工程性和實踐性很強，課程內(nèi)容來源于生產(chǎn)實際，因此，加強理論與實踐的結(jié)合是該課程教改的重點內(nèi)容。實驗驗證及課程設(shè)計教學作為理論教學的重要補充，能夠幫助學生初步掌握食品工業(yè)生產(chǎn)的單元操作技術(shù)，在鞏固理論知識的同時提高實踐操作能力，提高對所學知識理解程度和靈活應(yīng)用水平。首先，確定實驗教學的總課時和目錄，實驗內(nèi)容設(shè)置要爭取針對目前食品工程常見的問題設(shè)計實驗方案，可根據(jù)已有教學條件將實驗分為基礎(chǔ)認知型實驗和綜合應(yīng)用設(shè)計實驗，基礎(chǔ)實驗可采用動手操作完成實踐，通過增加實驗設(shè)備、修改實驗指導(dǎo)書等方式以更好地指導(dǎo)學生完成實驗操作和數(shù)據(jù)的分析處理。重視引導(dǎo)學生從工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計實踐的角度出發(fā)認真完成實驗環(huán)節(jié)，提高操作技能和分析解決實際生產(chǎn)問題能力[11]。復(fù)雜的綜合性實驗可采用虛擬仿真實驗演示的方式進行教學，提供不同的場景和必做、選做實驗給學生選擇，在復(fù)雜的實驗設(shè)計上要堅持與工業(yè)生產(chǎn)工藝的背景相結(jié)合，加強實際工程應(yīng)用性[12]。工程案例的課程設(shè)計題目要堅持與實際生產(chǎn)背景相結(jié)合，實現(xiàn)理論教學與工程實踐訓練的同步推進。注重將工程意識和觀念的培養(yǎng)滲透于教學環(huán)節(jié)中，學生在設(shè)計的過程中了解工程研究的方法，具備分析判斷重要工藝環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)、工藝計算和設(shè)備選型是否合適，并能夠在設(shè)備發(fā)生故障時基于對設(shè)備原理的分析排除發(fā)生故障的原因，針對工藝設(shè)計要求對方案進行優(yōu)化，著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新工藝設(shè)計能力和實際分析解決問題的能力，以滿足食品企業(yè)生產(chǎn)加工涉及的工程實際需求。指導(dǎo)學生在工藝設(shè)計和設(shè)備選型上要注重設(shè)計方案的先進性和可行性，提供可以查閱的相關(guān)資料和手冊，爭取達到設(shè)計說明的明確表達，避免單純的模仿模板完成設(shè)計任務(wù)。設(shè)計任務(wù)難度大的部分可采用小組合作互助的方式，增加學生間相互研討與交流，通過對比找出問題，讓學生在相互合作中懂得團隊協(xié)作的重要性。增加實驗的創(chuàng)新性和應(yīng)用性以幫助能夠?qū)嶋H解決生產(chǎn)遇到的問題，為食品生產(chǎn)新工藝開發(fā)設(shè)計打下基礎(chǔ)，綜合培養(yǎng)學生工程觀念和創(chuàng)新意識、團隊合作等素養(yǎng)。

2.3 考核體系完善

為全面考核學生對教學目標的達成度及教學任務(wù)的掌握程度，成績評價改革是完善課程改革的重要組成部分，完善考核評價采用多元化過程性評價制度，重視學生對知識掌握和運用水平的檢查評價，注重對學生工程素養(yǎng)及運用理論知識解決工程實際問題的綜合能力的考核。提高平時成績和實驗成績在最終成績的比例，促使學生注重平時學習過程，將能力和態(tài)度、學習過程和學習成果同等對待，激發(fā)學生平時的學習興趣和課堂表現(xiàn)的重視，注重檢查學生實驗預(yù)習情況，實踐操作能力和實驗報告的完成情況。平時成績考核要綜合考勤、課堂表現(xiàn)和平時作業(yè)和測試等情況評分，使學生積極主動探索課程學習，提高課堂參與感。課下作業(yè)和測試不以最后結(jié)果的對錯來評價，可以適當加以延伸和討論，比如鼓勵學生進行相關(guān)題目的講解，在幫助學生更加牢固掌握知識的同時增加了學生的自信。因此，為了把考核融入平時的教學過程從而完善課程考核評價方式，“食品工程原理”課程的考核評價成績，由此才能全面、客觀、科學地考核學生對“食品工程原理”課程的掌握和運用情況，通過考核結(jié)果及時調(diào)整教學方案，發(fā)揮考試對教學教學模式的導(dǎo)向作用，促進教學質(zhì)量的持續(xù)提升。

各項評價分數(shù)分配方案見表1。

表1 各項評價分數(shù)分配方案

3 結(jié)語

實施工程教育專業(yè)認證，是目前我國高校教育在基于新工科建設(shè)背景下推進的重要舉措。結(jié)合學校糧油食品學院具備的基本教學條件和食品工業(yè)發(fā)展對人才培養(yǎng)的需求對“食品工程原理”課程進行教學模式改革的探索，以工程教育認證的提出的核心理念為指導(dǎo)，突出以學生為中心的教育理念，借鑒其他院校的改革經(jīng)驗全面修訂新的培養(yǎng)目標和教學方案。充分考慮社會、企業(yè)、學生的多方面需求，將教學任務(wù)與畢業(yè)要求環(huán)環(huán)相扣，與時俱進地更新教學方式和考核制度，重點加強“食品工程原理”課程理論與實踐的結(jié)合程度，將工業(yè)生產(chǎn)案例引入教學環(huán)節(jié)。以達到預(yù)期的教學目標，促進教學改革實施效果的持續(xù)提升，綜合全面地提升畢業(yè)生的知識水平和實踐創(chuàng)新能力，從工程專業(yè)角度培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代食品行業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才。