“食品工廠設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)”課程教學(xué)改革探討

黃超，劉卓薇，蔣婕，胡勇，陳云

廣東藥科大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院（中山 528458）

“食品工廠設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)”作為食品科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，涉及知識(shí)體系包括食品的組成、結(jié)構(gòu)、加工、檢測(cè)、制造、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和食品加工機(jī)械設(shè)備等。同時(shí)，課程關(guān)注如何在生產(chǎn)過程中保護(hù)環(huán)境、減少污染和資源浪費(fèi)。課程涵蓋食品生產(chǎn)過程中的技術(shù)、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及可持續(xù)發(fā)展概念，幫助學(xué)生在設(shè)計(jì)食品工廠時(shí)兼顧生產(chǎn)效益和環(huán)境保護(hù)。

“食品工廠設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)”作為食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，著重學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)——理論+實(shí)踐，課程主要內(nèi)容為食品系統(tǒng)工程學(xué)與食品工廠設(shè)計(jì)之間的關(guān)系、食品工廠發(fā)展的實(shí)際情況、食品智能工廠設(shè)計(jì)、環(huán)境制約原理[1]。同時(shí)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略，國(guó)家引導(dǎo)工業(yè)（農(nóng)業(yè)）園區(qū)向著循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)資源節(jié)約和保護(hù)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展[2]。為此，教學(xué)過程中若以循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)的理念為指導(dǎo)，考慮食品工廠的設(shè)計(jì)和建設(shè)與環(huán)境的友好關(guān)系，能夠更好地使學(xué)生抓住環(huán)境保護(hù)和資源高值化利用的要點(diǎn)。因此，“食品工廠設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)”課程教學(xué)與研究領(lǐng)域的改革對(duì)于提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、增強(qiáng)職業(yè)素養(yǎng)，以及為國(guó)家食品行業(yè)提供具有創(chuàng)新應(yīng)用能力、可持續(xù)發(fā)展理念和能夠勝任一定程度復(fù)雜工程能力的人才十分必要。盡管相比“食品工廠設(shè)計(jì)”，食品專業(yè)的學(xué)生對(duì)“環(huán)境保護(hù)”的知識(shí)儲(chǔ)備與專業(yè)背景較弱，但近年來在環(huán)境化工及生物質(zhì)化工領(lǐng)域的科技進(jìn)展為本課程的實(shí)施提供大量理論與實(shí)踐素材?；谠O(shè)計(jì)/科研實(shí)踐對(duì)“食品工廠設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)”課程教學(xué)改革進(jìn)行探討。

1 改革教學(xué)手段，提高學(xué)生綜合素質(zhì)

以提高當(dāng)代大學(xué)生的綜合素質(zhì)為目標(biāo)的素質(zhì)教育是我國(guó)現(xiàn)階段教育的根本目標(biāo)[3]。為幫助學(xué)生學(xué)習(xí)掌握課程專業(yè)的知識(shí)，奠定扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)，讓學(xué)生在校園學(xué)到真學(xué)問、掌握真本領(lǐng)，不僅要求學(xué)生要掌握書本上的知識(shí)，還要培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，提升學(xué)生洞察全局、躬身實(shí)踐的能力。為此，可從兩方面著手。

一方面，隨著人們對(duì)環(huán)境資源重視程度的增加以及相關(guān)法律法規(guī)的不斷完善，應(yīng)審視現(xiàn)有教材，確保其與時(shí)代變化相適應(yīng)，與最新的環(huán)保法規(guī)、綠色技術(shù)和創(chuàng)新趨勢(shì)相符合?！笆称饭S設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)”涉及多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，如食品工程、環(huán)境工程、管理等。教材需跨學(xué)科融合，讓學(xué)生從不同的學(xué)科視角看待問題，拓寬視野。同時(shí)教師應(yīng)提高自身專業(yè)素養(yǎng)[4]，認(rèn)真?zhèn)湔n，廣泛查閱相關(guān)資料，可以采用集體備課的方式，召集多學(xué)科專業(yè)老師參與備課討論，從不同的學(xué)科視角看待問題，特別是要重點(diǎn)關(guān)注近年來環(huán)境化工與生物質(zhì)化工領(lǐng)域處理食品工廠廢棄物可行的科技進(jìn)展如生物質(zhì)生化轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)、有機(jī)廢水處理技術(shù)等[5-6]，多元視角能夠培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)綜合的思維。

另一方面，應(yīng)善用多媒體、可視化工具等提升教學(xué)效果，讓抽象概念更具體可見，幫助學(xué)生更好地理解。同時(shí)，充分利用在線資源，如視頻教程、虛擬實(shí)驗(yàn)室和在線討論等，讓學(xué)生了解到食品工廠設(shè)計(jì)的實(shí)際案例，從工廠選址與總平面設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、工廠衛(wèi)生安全及全廠性的生活設(shè)施、環(huán)境安全制約、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等方面有一個(gè)整體的了解，分析成功案例好在哪里以及失敗案例差在哪里，增強(qiáng)學(xué)生的參與感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，擴(kuò)展課程內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，打造一個(gè)生動(dòng)形象的教學(xué)課堂。

2 重視實(shí)踐考核，培養(yǎng)綜合技能

針對(duì)“食品工廠設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)”這門課程的特點(diǎn)，設(shè)置合適的課程考核方式，提高教學(xué)質(zhì)量。在理論課中，總成績(jī)由卷面成績(jī)、平時(shí)成績(jī)、作業(yè)成績(jī)等組成，主要通過課堂出勤率、小組活動(dòng)情況、課后作業(yè)情況、上課回答問題情況、實(shí)驗(yàn)室出勤率、期末考試等方面系統(tǒng)評(píng)價(jià)其最終成績(jī)[7]（表1）。通過多方面的考察決定學(xué)生的最終成績(jī)，而不單單是卷面成績(jī)，目的在于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高學(xué)生綜合技能。

表1 課程改革前后成績(jī)組成

2.1 以實(shí)踐為導(dǎo)向，構(gòu)建多元化評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方式不能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，故需要引導(dǎo)學(xué)生開動(dòng)腦筋自主思考，運(yùn)用課本各部分知識(shí)點(diǎn)動(dòng)手設(shè)計(jì)食品工廠的平面圖，才可以在鞏固學(xué)生的知識(shí)的同時(shí)讓學(xué)生站在設(shè)計(jì)者的角度思考工廠設(shè)計(jì)布局的合理性，并且培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力與全局觀念。另外，可適當(dāng)安排課后有關(guān)資源高值化利用和環(huán)境保護(hù)的科研實(shí)踐，讓學(xué)生通過親自動(dòng)手明晰如何進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新才能設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)資源高值化利用和環(huán)境保護(hù)的食品工廠。

在課程中設(shè)置小組活動(dòng)，讓學(xué)生在對(duì)食品工廠有一定了解的基礎(chǔ)上，改變傳統(tǒng)以期末考試為單一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的方法，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)多樣化的評(píng)估方式，如可以3～4人為1組，設(shè)計(jì)1個(gè)食品工廠，包括廠址選擇及總平面設(shè)計(jì)、工廠工藝設(shè)計(jì)、工廠輔助部門、工廠衛(wèi)生安全、公用系統(tǒng)、環(huán)境安全制約、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等方面內(nèi)容，形成文字報(bào)告，并畫出食品工廠設(shè)計(jì)圖，由小組自評(píng)、小組互評(píng)以及教師評(píng)價(jià)按一定標(biāo)準(zhǔn)（表2）打分。另外，可增加課堂的互動(dòng)性，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，以全面考察學(xué)生的知識(shí)掌握和實(shí)際應(yīng)用能力，同時(shí)提供及時(shí)的反饋與互動(dòng)機(jī)制[8]，如可在課堂教學(xué)中，給學(xué)生提供口頭表達(dá)平臺(tái)，引導(dǎo)并鼓勵(lì)學(xué)生在課堂中提出和分享觀點(diǎn)，讓學(xué)生即席發(fā)言、演講、討論等。

表2 食品工廠設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

特別地，可以針對(duì)學(xué)生對(duì)食品工廠設(shè)計(jì)中資源高值化利用及環(huán)境保護(hù)技術(shù)知識(shí)儲(chǔ)備不足的問題，基于實(shí)驗(yàn)室自身的科研資源，設(shè)置小組活動(dòng)，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)室的關(guān)于生物質(zhì)資源高值化利用及環(huán)境保護(hù)的科學(xué)研究（圖1），讓學(xué)生通過科學(xué)研究明晰在食品工廠設(shè)計(jì)中如何兼顧資源高值化利用及環(huán)境保護(hù)。通過這些課外科學(xué)研究還鍛煉學(xué)生的科研能力特別是培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行食品化工及環(huán)境化工科研所需的能力，對(duì)學(xué)生在往后就業(yè)的過程中勝任用人單位的要求也大有裨益。

圖1 課程擬進(jìn)行的課外研究課題

2.2 開展研學(xué)活動(dòng)，拓寬學(xué)生視野

通過組織學(xué)生參與實(shí)地考察、實(shí)踐活動(dòng)及社會(huì)實(shí)踐等形式，使學(xué)生在親身經(jīng)歷中獲取更多知識(shí)、發(fā)展思辨能力、樹立價(jià)值觀念。與當(dāng)?shù)厥称菲髽I(yè)洽談參觀廠區(qū)的相關(guān)活動(dòng)，周末組織學(xué)生有序參觀食品工廠，包括廠房布局、人員配置、機(jī)械化生產(chǎn)步驟、污水處理、廢物處理等，并從中了解企業(yè)的體制創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、科技創(chuàng)新等發(fā)展歷程。讓學(xué)生不但能看到優(yōu)秀企業(yè)、管理者、員工的成長(zhǎng)，還能體會(huì)中國(guó)企業(yè)及其團(tuán)隊(duì)在新時(shí)代背景下旺盛的生命力與經(jīng)典傳承及革新[9]。

在參觀結(jié)束后布置學(xué)生記錄自己的所思所感，通過清晰有序、系統(tǒng)條理的記錄，梳理、分析研學(xué)過程中所接觸到的新知識(shí)、思想上的改變、有感觸的小事等。同時(shí)還可以鍛煉學(xué)生的分析、思考能力和寫作素養(yǎng)。然后利用一定的教學(xué)時(shí)間，適當(dāng)?shù)亟M織學(xué)生討論，引導(dǎo)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，通過學(xué)生主動(dòng)探討問題，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生的口頭表達(dá)能力。在加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解的同時(shí)，又可培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神、文化自信、科技報(bào)國(guó)志向，認(rèn)識(shí)與感觸先輩創(chuàng)造無數(shù)奇跡的工匠精神。

通過參觀食品工廠、實(shí)地考察、工廠設(shè)計(jì)案例分析，使學(xué)生直觀地感受到工廠環(huán)境和設(shè)備，并了解現(xiàn)實(shí)中的環(huán)境問題和解決方案，同時(shí)可以安排學(xué)生參與小組項(xiàng)目，要求學(xué)生針對(duì)食品工廠實(shí)際問題，提出環(huán)境改進(jìn)建議，培養(yǎng)學(xué)生批判思維、溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和領(lǐng)導(dǎo)技能。

3 基于資源高值化利用和環(huán)保理念教改的必要性

隨著全球資源緊缺和環(huán)境問題日益嚴(yán)重，食品工廠需要在生產(chǎn)過程中強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。教學(xué)改革可引入可持續(xù)發(fā)展、綠色設(shè)計(jì)與創(chuàng)新理念，課程可介紹食品工廠設(shè)計(jì)中如何利用先進(jìn)技術(shù)以降低能源消耗、減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，以及如何提高資源利用效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品增值化，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析食品工廠對(duì)環(huán)境的影響，并鼓勵(lì)學(xué)生思考創(chuàng)新的方法，從整體上優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮生態(tài)平衡、資源利用效率及社會(huì)責(zé)任，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)期效益而非短期效益[10]。

食品工業(yè)中資源高值化利用主要指開發(fā)高效、綠色的加工方法將這些低成本生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品，不但帶來重要的經(jīng)濟(jì)效益，還具有較大的社會(huì)與環(huán)境效益。同時(shí)，食品工業(yè)加工過程中可能消耗資源、使用大量試劑和排放廢棄物，都會(huì)給環(huán)境造成不利影響。所以，改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、使用更為綠色的原料、提高原料的利用率或利用低成本生物質(zhì)原料生產(chǎn)高價(jià)值產(chǎn)品，倡導(dǎo)綠色環(huán)保理念是食品科學(xué)與工程學(xué)科教學(xué)改革和食品工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

3.1 在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)資源高值化利用和環(huán)保理念

工廠對(duì)環(huán)境的污染包括工業(yè)“三廢”（廢水、廢氣、固體廢棄物），每一個(gè)食品工廠都需要重視“三廢”處理?；诃h(huán)境保護(hù)的理念[11]，在教學(xué)過程中有意識(shí)地向?qū)W生反復(fù)強(qiáng)調(diào)生物質(zhì)資源高值化利用和環(huán)境保護(hù)意識(shí)，結(jié)合PPT內(nèi)容和一些食品工廠相關(guān)視頻及圖片加深學(xué)生的印象。教學(xué)可通過課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合的方式，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)也能提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

在課程的起始，通過理論教學(xué)來強(qiáng)調(diào)發(fā)掘加工過程產(chǎn)生的低成本生物質(zhì)廢棄物/副產(chǎn)物利用的可能性，引導(dǎo)學(xué)生思考哪些方面可以加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，或者哪些方面可以進(jìn)行廢棄物循環(huán)利用，指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料及文獻(xiàn)，與學(xué)生進(jìn)行討論、交流，充分提高學(xué)生思考積極性和加強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，養(yǎng)成食品工業(yè)“三廢”分類回收/處理從我做起的良好職業(yè)素養(yǎng)習(xí)慣，使學(xué)生們真正意識(shí)到綠色工業(yè)生產(chǎn)的重要性。

3.2 引導(dǎo)拓寬和創(chuàng)新生物質(zhì)資源高值化利用技術(shù)

根據(jù)《中華人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的定義是指在生產(chǎn)、流通和消費(fèi)等過程中進(jìn)行的減量化、再利用、資源化活動(dòng)的總稱。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)有意識(shí)地向?qū)W生科普、傳遞關(guān)于農(nóng)業(yè)或工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低成本但有價(jià)值的生物質(zhì)資源的創(chuàng)新性高值化再利用技術(shù)。如科普“藍(lán)色農(nóng)業(yè)”中海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、海洋生物資源高值化利用[12]：其中不少海洋生物資源可成為醫(yī)用生物材料、醫(yī)藥中間體、功能性食品，既做到資源高值化利用，又做到發(fā)展綠色生態(tài)生產(chǎn)。

食品工廠產(chǎn)生的一些食物殘?jiān)哂懈咧祷玫膬r(jià)值，可以加以利用并運(yùn)用于食品保鮮、廢水凈化及水質(zhì)檢測(cè)等實(shí)際應(yīng)用。將抽象化的問題變得具體，啟發(fā)學(xué)生思維，既可引發(fā)學(xué)生興趣，又能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)如何拓寬和創(chuàng)新食品工業(yè)乃至食品相近周邊的生物質(zhì)資源高值化利用的思考。課程充分發(fā)揮綜合創(chuàng)新自主性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和探索性，養(yǎng)成獨(dú)立思考、勇于鉆研的良好習(xí)慣，無疑對(duì)培養(yǎng)當(dāng)今社會(huì)急需的各種創(chuàng)新型工程及科研高層次人才大有裨益。

4 結(jié)語

教學(xué)改革是一個(gè)不斷探索與實(shí)踐的過程，結(jié)合社會(huì)需求和行業(yè)實(shí)際對(duì)“食品工廠設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)”課程進(jìn)行教學(xué)的改革，順應(yīng)社會(huì)與行業(yè)的發(fā)展要求，及時(shí)迭代課程內(nèi)容，持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)；開拓新的教學(xué)理念和模式，構(gòu)建多元化的培養(yǎng)和教學(xué)模式；完善課程體系的管理，完善考評(píng)的制度和方式，并能在實(shí)施的過程中充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和勇于探索的實(shí)踐性，才能培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)素養(yǎng)和工程科研專業(yè)水平、才能有效地提高教學(xué)效果和質(zhì)量，不僅為學(xué)生今后步入食品及相關(guān)行業(yè)處理復(fù)雜工程科研問題提供保障，也為學(xué)科發(fā)展和行業(yè)進(jìn)步提供新思路。