面向新工科的食品專業(yè)物理類課程群建設(shè)支撐工程人才培養(yǎng)

郭志明 鄒小波 姜 松 陳全勝 趙杰文

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

食品科學(xué)與工程專業(yè)具有多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，涉及農(nóng)學(xué)、化學(xué)、物理、生物、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科知識(shí)，是生命科學(xué)與工程科學(xué)聯(lián)通的重要橋梁。食品專業(yè)課程培養(yǎng)計(jì)劃具有明確的知識(shí)體系，三條知識(shí)體系主線分別為化學(xué)類知識(shí)體系主線、物理類知識(shí)體系主線和生物類知識(shí)體系主線[1]。每條知識(shí)主線對應(yīng)一個(gè)課程群，如化學(xué)主線對食品工藝學(xué)習(xí)起支撐作用，而物理類主線對工程能力的培養(yǎng)起決定作用。食品科學(xué)與工程在工科大學(xué)科中區(qū)別于機(jī)械、車輛等傳統(tǒng)工科，一般稱為軟工科[2]，在食品的組分、結(jié)構(gòu)、加工、檢測、制造、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)均需要物理類課程群的知識(shí)架構(gòu)。因此食品專業(yè)物理類課程群建設(shè)的創(chuàng)新發(fā)展是面向新經(jīng)濟(jì)時(shí)期食品工程人才培養(yǎng)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。

江蘇大學(xué)食品專業(yè)經(jīng)過近30年的發(fā)展形成了食品工程裝備的鮮明特色[3]。在新工科與新經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，探索食品專業(yè)工程人才培養(yǎng)模式之路，直面產(chǎn)業(yè)需求，以能力為導(dǎo)向，緊密跟蹤技術(shù)前沿，注重多學(xué)科交叉融合，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)+思維重構(gòu)核心知識(shí)，多措并舉、與時(shí)俱進(jìn)，培養(yǎng)復(fù)合型、綜合性人才，主動(dòng)面向未來，適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)。國家推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，以人才培養(yǎng)為基本任務(wù)的高等院校必須面向未來布局新工科建設(shè)[4-6]，高度重視工科人才培養(yǎng)的課程體系建設(shè)，探索多樣化、個(gè)性化和多層次的人才培養(yǎng)模式。從食品專業(yè)物理類課程群建設(shè)出發(fā)，合理設(shè)置和融通知識(shí)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力，創(chuàng)新培養(yǎng)食品高素質(zhì)工程科技人才。

1 食品新經(jīng)濟(jì)背景下食品工程人才可持續(xù)性發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

截止2017年12月，教育部專業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國295所高校開設(shè)食品科學(xué)與工程專業(yè)。為主動(dòng)應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，支撐健康中國2030、“中國制造2025”、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“一帶一路”和“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列國家戰(zhàn)略及倡議，食品新經(jīng)濟(jì)(新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點(diǎn))的蓬勃發(fā)展，必然要求食品工程人才具備更高的工程創(chuàng)新能力和科技創(chuàng)業(yè)能力，加快食品新工科專業(yè)建設(shè)，助力中國食品經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)。近年來，食品工業(yè)取得了巨大的成就，向規(guī)模化、集約化和智能化方向發(fā)展，食品工程高端人才需求量巨大，食品工程人才的可持續(xù)輸送面臨巨大挑戰(zhàn)[7-8]。深入開展食品工程人才培養(yǎng)改革探索，培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才，支撐食品產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。

通過分析食品專業(yè)課程體系對工程人才培養(yǎng)的支撐作用，可以發(fā)現(xiàn)食品物理類課程群對食品專業(yè)人才的工程能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)，特別是解決復(fù)雜工程能力方面起決定作用，因此，食品專業(yè)物理類課程群建設(shè)與實(shí)踐是食品工程人才培養(yǎng)改革創(chuàng)新邁出的一大步。因師資隊(duì)伍建設(shè)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等多方面原因，對食品專業(yè)的物理類課程有不同程度弱化，如課程設(shè)置、實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置、教學(xué)內(nèi)涵、教學(xué)內(nèi)容和形式，以及具體載體、師資隊(duì)伍等不到位，嚴(yán)重影響了學(xué)生工程能力的培養(yǎng)[9-10]。因此，食品專業(yè)的物理類知識(shí)體系的構(gòu)建、教學(xué)活動(dòng)的內(nèi)容和形式及具體載體的建設(shè)、教學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建、師資隊(duì)伍建設(shè)等，是面向新工科與成果導(dǎo)向教育(Outcome-based education, OBE)理念的食品專業(yè)物理類課程群建設(shè)與工程人才培養(yǎng)探索的主要問題[11]。結(jié)合中國食品科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展趨勢和江蘇大學(xué)食品專業(yè)工程教育經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建新工科導(dǎo)向的食品專業(yè)物理類課程群“新結(jié)構(gòu)”，樹立多元協(xié)同、全周期工程教育、融通培養(yǎng)生態(tài)“新理念”，以應(yīng)對食品新經(jīng)濟(jì)與新產(chǎn)業(yè)背景下食品工程人才可持續(xù)性發(fā)展的挑戰(zhàn)。

2 以食品物理類課程群融通培養(yǎng)專業(yè)工程人才新體系

2.1 食品物理類課程群建設(shè)體系

在食品專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中，凸出工程人才的培養(yǎng)食品物理類課程群建設(shè)，江蘇大學(xué)食品專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃以物理類知識(shí)體系為主線，包括基礎(chǔ)物理、工程物理、應(yīng)用物理三個(gè)層面，如圖1所示，具體包括大學(xué)物理、電工與電子學(xué)、機(jī)械工程基礎(chǔ)、食品物理類、食品工程原理、食品加工機(jī)械與設(shè)備、發(fā)酵設(shè)備等。

食品專業(yè)具有多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，江蘇大學(xué)在制定和修訂食品專業(yè)人才培養(yǎng)方案時(shí)，對食品物理類課程體系、知識(shí)體系及教學(xué)實(shí)踐等各方面進(jìn)行合理性、有效性、適用性進(jìn)行了探索，以制定并完善切實(shí)可行的教學(xué)方案、培養(yǎng)計(jì)劃等。另外，從技術(shù)層面來看，食品物理類課程群與時(shí)俱進(jìn)，在食品專業(yè)的工程教育教學(xué)過程中，有計(jì)劃地對課程體系、知識(shí)體系做出調(diào)整，把食品新技術(shù)、新裝備不斷加入到物理類課程教學(xué)中，豐富和拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，改革實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到前沿的、有助于學(xué)生發(fā)展的技術(shù)與技能。

圖1 食品物理類課程群支撐食品專業(yè)工程人才培養(yǎng)

圖1 Food physics curriculum group supports the cultivation of professional engineering talents

2.2 食品物理類課程群支撐食品專業(yè)高等工程教育

在新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的背景下，新工科人才的培養(yǎng)離不開高等工程教育。高等院校一方面需要主動(dòng)布局專業(yè)課程與培養(yǎng)體系建設(shè)，探索培養(yǎng)引領(lǐng)未來科技發(fā)展的專業(yè)工程人才[12]；另一方面，要加快傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，革新現(xiàn)有工科專業(yè)的培養(yǎng)方案和培養(yǎng)模式。而人才培養(yǎng)的方式、培養(yǎng)目標(biāo)以及畢業(yè)生所需具備的知識(shí)結(jié)構(gòu)和綜合素質(zhì)需要新的人才培養(yǎng)方案作為指導(dǎo)，在“新工科”背景下，江蘇大學(xué)突出工程基礎(chǔ)教育，食品專業(yè)以食品物理類課程群教學(xué)改革為基本出發(fā)點(diǎn)，建設(shè)新課程群支撐食品專業(yè)工程人才培養(yǎng)新定位。

圍繞食品學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、新工科教育新理念、工程人才培養(yǎng)新模式、多元發(fā)展的新體系、教育教學(xué)的新要求等內(nèi)容開展探索、研究和實(shí)踐[13]。江蘇大學(xué)充分考慮學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、工程素質(zhì)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等不同要求，從基礎(chǔ)做起，努力構(gòu)建支撐工程能力的食品物理類課程群建設(shè)，建立模塊化、組合式、開放型工程人才培養(yǎng)體系；體現(xiàn)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)改進(jìn)的要求，不斷推陳出新，結(jié)合國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展水平，結(jié)合高等工程教育的辦學(xué)定位、辦學(xué)優(yōu)勢與特色等，結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)、服務(wù)面向和未來發(fā)展，制定人才培養(yǎng)方案。落實(shí)以學(xué)生為中心的理念，增強(qiáng)師生互動(dòng)，改革教學(xué)方法和考核方式。江蘇大學(xué)在食品物理類課程群建設(shè)的基礎(chǔ)上，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課堂和網(wǎng)上精品課程，以線上線下相結(jié)合，推進(jìn)信息技術(shù)和教育教學(xué)深度融合，形成以學(xué)習(xí)者為中心的工程教育模式。

3 以塑造未來的新工科理念構(gòu)建食品工程人才培養(yǎng)新模式

3.1 新工科理念下食品工程人才培養(yǎng)實(shí)踐

江蘇大學(xué)食品專業(yè)始終堅(jiān)持“以工程為特色，以科研反哺教學(xué)，工藝與工程并舉”的辦學(xué)思想，以物理類課程為抓手，不斷完善人才培養(yǎng)方案，通過堅(jiān)持不懈的努力，食品專業(yè)在培養(yǎng)模式上形成了自身的特色和優(yōu)勢。2016年6月中國成為第18個(gè)《華盛頓協(xié)議》正式成員，2017年江蘇大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)順利通過了由中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)和教育部高等教育教學(xué)評(píng)估中心聯(lián)合組織的工程教育專業(yè)認(rèn)證，也成為《華盛頓協(xié)議》正式成員之后首批通過工程教育專業(yè)認(rèn)證的食品專業(yè)。

食品物理類課程群建設(shè)的實(shí)踐在工程教育評(píng)價(jià)中凸顯了學(xué)科特色與優(yōu)勢，同時(shí)，工程教育專業(yè)認(rèn)證持續(xù)改進(jìn)的教育理念對江蘇大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)和發(fā)展具有積極的引導(dǎo)作用。在工程教育國際化背景下，為助力中國高等教育強(qiáng)國建設(shè)，推進(jìn)新工科建設(shè)，教育部和高等工程教育界先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”[14]。江蘇大學(xué)食品專業(yè)不斷豐富和完善食品裝備特色，提升食品工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，探索面向未來的食品工程人才塑造新模式。

3.2 食品物理類課程群教學(xué)改革深化食品工程人才培養(yǎng)模式

食品科學(xué)工程專業(yè)與社會(huì)發(fā)展及民生需求緊密聯(lián)系，是一門面向食品工業(yè)的工科專業(yè)，需要學(xué)生具備較高的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為食品智能制造的發(fā)展提供人力與智力支撐。當(dāng)前食品工程人才的培養(yǎng)無法滿足食品工業(yè)高速發(fā)展的需要，以食品物理類課程群教學(xué)改革推進(jìn)食品工程人才培養(yǎng)，以信息化和智能化的新工科模式重塑食品工程人才培養(yǎng)模式(圖2)，提升中國食品科技水平，推進(jìn)食品工業(yè)健康可持續(xù)快速發(fā)展，讓中國食品產(chǎn)業(yè)躋身于世界食品工業(yè)之林。高等工程教育中食品專業(yè)人才的培養(yǎng)也必須要適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，迎接新理念和新模式的挑戰(zhàn)，以食品物理類課程群為工程人才培養(yǎng)主線，抓住食品工業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)方式、調(diào)動(dòng)能的健康轉(zhuǎn)型發(fā)展的機(jī)遇，探索一條食品專業(yè)工程人才培養(yǎng)新思路。

江蘇大學(xué)堅(jiān)持科教融合的工程人才培養(yǎng)模式，發(fā)揮食品智能制造研究的優(yōu)勢，食品學(xué)科建設(shè)有國家農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)裝備研發(fā)分中心、農(nóng)業(yè)部蔬菜脫水加工技術(shù)集成基地、江蘇省食品物理加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省食品智能制造工程技術(shù)研究中心、江蘇省食品智能制造裝備工程實(shí)驗(yàn)室5個(gè)國家和省部級(jí)科研平臺(tái)，建設(shè)有食品智能化檢測與加工國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、中美谷物科學(xué)與營養(yǎng)聯(lián)合研究中心、中美鮮切產(chǎn)業(yè)研究院、世界食品保藏中心等國際合作平臺(tái)。以物理類課程群的教師為學(xué)業(yè)導(dǎo)師，指導(dǎo)學(xué)生在科研平臺(tái)上學(xué)習(xí)新技術(shù)、新技能。同時(shí)開展大學(xué)生科研立項(xiàng)工作，以科研小組的形式在研究平臺(tái)開展研究探索。以物理類課程教學(xué)為基礎(chǔ)，以科研平臺(tái)為支撐，以科教融合為途徑，創(chuàng)新培養(yǎng)食品工程人才。

圖2 Food professional engineering talent training mode oriented to new engineering disciplines and new economy

4 以多元深度協(xié)同培養(yǎng)構(gòu)建新經(jīng)濟(jì)時(shí)代食品工程人才培養(yǎng)新思路

把握食品產(chǎn)業(yè)人才動(dòng)態(tài)發(fā)展的人才需求方向，主動(dòng)對接新經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求，充分利用各方優(yōu)勢資源，凝練辦學(xué)特色，以校企合作、協(xié)同育人深化產(chǎn)教融合，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)面向未來食品產(chǎn)業(yè)新經(jīng)濟(jì)時(shí)代下重交叉、寬基礎(chǔ)、強(qiáng)工程的復(fù)合型高技能食品工程人才。

4.1 食品工程教育責(zé)任共同體

面對新經(jīng)濟(jì)和新業(yè)態(tài)的層出不窮，要打破高校人才培養(yǎng)閉門造車模式，推進(jìn)產(chǎn)教融合、協(xié)同育人，打造共商、共建、共享的食品工程教育責(zé)任共同體(圖3)。搭建高校和食品上中下游產(chǎn)業(yè)多層次、多方位合作平臺(tái)[15]，在培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案制定，食品專業(yè)課程建設(shè)與教程開發(fā)等環(huán)節(jié)，把食品企業(yè)界代表請進(jìn)來；在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地方面，與企業(yè)共建，合作培養(yǎng)培訓(xùn)師資、合作開展研究；讓企業(yè)精英成為學(xué)業(yè)導(dǎo)師、兼職教授、產(chǎn)業(yè)教授，讓高校專業(yè)人才成為企業(yè)技術(shù)顧問、客座研究員。構(gòu)建產(chǎn)教融合良好生態(tài)，通過校企多元深度協(xié)同，促進(jìn)食品工程人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求緊密結(jié)合。

以江蘇大學(xué)與恒順醋業(yè)科教融合為例，合作開展香醋氣味嗅覺可視化評(píng)價(jià)、醋醅微生物光譜識(shí)別、醋醅功能成分光譜圖像二維分布、食醋超聲波催陳和香醋固態(tài)發(fā)酵智能翻醅機(jī)等科技創(chuàng)新工作，助力傳統(tǒng)醋業(yè)智能化改造升級(jí)；同時(shí)，一批技術(shù)高管成為江蘇大學(xué)產(chǎn)業(yè)教授，共建第二課堂。在科教平臺(tái)方面，共建江蘇省農(nóng)產(chǎn)品生物加工與分離工程技術(shù)研究中心，共同培育國家食醋工程技術(shù)研究中心，形成了長期穩(wěn)定的工程教育合作關(guān)系。

圖3 食品工程人才多元深度協(xié)同培養(yǎng)體系Figure 3 Food engineering talent co-cultivation systems with multiple depth models

4.2 食品工程人才的融通培養(yǎng)生態(tài)鏈

江蘇大學(xué)依托食品學(xué)科特色與優(yōu)勢，不斷完善學(xué)科師資工程結(jié)構(gòu)，壯大物理、機(jī)械、控制和計(jì)算機(jī)等師資力量，引領(lǐng)學(xué)生工程素質(zhì)拓展與能力提升，構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心的工程教育生態(tài)(圖4)。一方面，探索以工程素質(zhì)培養(yǎng)為導(dǎo)向的食品物理類課程群建設(shè)體系，加強(qiáng)食品物理類課程教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革，整合教育教學(xué)資源，以校內(nèi)校外兩個(gè)課堂創(chuàng)新基礎(chǔ)知識(shí)與工程應(yīng)用相銜接的課程呈現(xiàn)形式。另一方面，引導(dǎo)學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)模式向探究式主動(dòng)學(xué)習(xí)模式的自主轉(zhuǎn)變[16]，通過課堂學(xué)習(xí)與企業(yè)應(yīng)用的協(xié)同培養(yǎng)模式，培養(yǎng)學(xué)以致用、學(xué)有所用的觀念，學(xué)習(xí)并不是簡單混幾個(gè)學(xué)分，實(shí)現(xiàn)從“以教學(xué)為中心”向“以學(xué)習(xí)為中心”的轉(zhuǎn)變，培育食品工程教育生態(tài)。

通過校企協(xié)同，明確創(chuàng)新型食品工程人才的培養(yǎng)目標(biāo)，注重以知識(shí)武裝頭腦解決復(fù)雜工程問題的培養(yǎng)，融合品格和公民意識(shí)建設(shè)，開展以食品物理類課程內(nèi)涵、學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)為核心的卓越教育體系，實(shí)施人才培養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)，改革傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)理念，建立食品新工科人才的全新模式。推進(jìn)多元協(xié)同培養(yǎng)，樹立全周期工程教育理念，優(yōu)化食品人才培養(yǎng)各環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的能力以適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)時(shí)代發(fā)展變化的需求。培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)發(fā)展、適應(yīng)時(shí)代要求的關(guān)鍵能力。積極探索創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，培育交叉融合的育人生態(tài)，建立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和實(shí)踐平臺(tái)，將高水平科研優(yōu)勢和產(chǎn)學(xué)研資源轉(zhuǎn)化為育人優(yōu)勢[17-18]。江蘇大學(xué)在食品科學(xué)與工程人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐方面進(jìn)行了探索，通過產(chǎn)教融合、校企協(xié)同，提出了“重交叉、寬基礎(chǔ)、強(qiáng)工程、促創(chuàng)新”的多元協(xié)同新思路。

圖4 全鏈條食品工程人才的融通培養(yǎng)生態(tài)

Figure 4 Comprehensive cultivate ecology based on whole chains for food engineering talents

5 結(jié)論

以“新工科”理念為指引，面向食品新經(jīng)濟(jì)與新產(chǎn)業(yè)的新挑戰(zhàn)，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，改革食品專業(yè)人才課程教學(xué)體系，強(qiáng)化食品專業(yè)物理類課程群在食品工程人才培養(yǎng)支撐作用，以物理類課程群的知識(shí)架構(gòu)提升學(xué)生的實(shí)踐能力，構(gòu)建多元深度協(xié)同的食品工程人才培養(yǎng)生態(tài)，為食品產(chǎn)業(yè)可持續(xù)性培養(yǎng)復(fù)合型工程人才。以提升學(xué)生工程能力、創(chuàng)新意識(shí)和綜合素質(zhì)為目標(biāo)探索食品科學(xué)與工程專業(yè)工程人才培養(yǎng)模式，為學(xué)科發(fā)展和工程人才培養(yǎng)提供新的思路。