新工科建設背景下食品科學與工程專業實踐教學環節的改革與建設

張劍 李夢琴 范會平

摘要：本研究根據國家新工科建設要求，對食品科學與工程專業的課程實驗、課程實習、畢業實習與畢業設計等實踐教學環節進行相應的改革，從而構建有益于培養學生創新能力與工程實踐能力的實踐教學課程體系。同時，引入“基于項目學習”與“探究式學習”的教學方法，變傳統的驗證性與演示性實驗為綜合性、設計性與創新性實驗，推行跨課程的綜合實驗項目，推動實踐教學信息化進程。

關鍵詞：新工科建設;實踐教學;食品科學與工程;教學改革;創新能力

食品工業是我國國民經濟重要支柱產業之一，2017年，全國食品工業年產值12.8萬億元，占我國GDP的10%以上。但我國食品企業由于缺乏高水平工程技術人員，在長期發展中逐漸暴露出核心競爭力不強、自主創新能力不足等問題，在面對外資企業時明顯缺乏競爭力，很多企業逐漸被擠出市場。因此，食品企業對具有較強實踐能力的工程技術人才需求迫切。習近平總書記也曾在全國教育大會上指出，如何培養出更優秀的工程技術人才，已成為新時代國家人才戰略的核心。

新科技革命與產業變革的時代奔騰而至，對工程技術人才提出了新的更高的要求，如何培養出更優秀的創新人才已經是擺在高校面前的重要課題。食品科學與工程專業屬于工科門類，肩負著為食品行業培養技術人員的重任。學生工程實踐能力的培養更多地依靠實踐教學環節。實踐教學在教育教學過程中既獨立于理論教學又與之相輔相成，兩者共同構成了完整的教學體系。在創新人才的培養方面，實踐教學在教學功能上亟需拓展，教學設計要充分體現對工程創新能力的培養，即在完成基本實踐教學內容的過程中激發人才的創新意識、培養其創新思維、鍛煉其創新能力。因此，筆者依托所在的專業，通過長期的調研與論證，按照工程專業認證的成果導向教育（OBE）理念與國家新工科建設要求，對食品科學與工程專業的實踐教學體系進行改革，以期能有效提高學生的實踐創新能力與工程素養。

一、體現新工科教育理念的實踐教學頂層設計

在傳統的工程教育意識下，實踐教學的目標是：通過課程實驗教學的親自操作來發現和驗證所學理論知識中的一些現象和規律，同時掌握實驗設備儀器的使用方法;通過現場實踐或參觀進一步加深理解專業知識的概念與定義及其在工程實際中的應用。傳統實踐教學環節設計與運行以驗證性實驗為主，不利于學生創新能力與工程實踐能力的培養。

國際工程專業認證強調高等教育教學要以OBE理念來設計教學環節，此理念已被寫入了國家新工科建設規劃與“卓越工程師培養計劃2.0”中。OBE理念強調專業教學設計和實施以學生接受教育后所取得的學習成果為導向，教學的重點聚焦“學生產出”，注重學生創新、實踐等能力的培養。它是圍繞學生的最終“成果”來組織和開展教學的，以明確的綜合能力培養為目標來設計教學過程，最終促成學習成果的達成。筆者所在學校食品科學與工程專業的實踐教學改革就以OBE理念為基礎，已經取得了初步的效果。OBE理念與傳統教學理念的異同點如表1所示。為實現頂層設計目標，本次實踐教學主要從課程建設、教學方法改革等方面進行實施。

二、貫穿全學程的創新性實踐教學課程體系建設

本次實踐教學改革以“創新培養”貫穿全學程。由于工程創新設計能力的培養需要一個循序漸進的過程，因此筆者根據學生在不同階段的知識儲備，將工程創新能力培養的全過程分階段設定教學目標，進行系列化的實踐教學設計。本專業的實踐教學環節如表2所示。

（一）低年級突出專業認知與工程創新意識的培養

本專業在第1學期開設食品科學與工程專業導論課程，并開設1周的認知實習課程。同時邀請本專業知名專家與知名教授分專題介紹食品行業的基本情況，并帶領學生參觀鄭州三全食品、中糧面業、好想你棗業等知名企業的加工工廠與標準車間，讓學生對本專業有一個初步的認識，對本專業學習樹立堅定的信心。在專業導論課程的講授中，本專業也邀請2名以上企業技術骨干或高層管理人員給學生做報告，將企業發展、規范管理與技術創新的理念傳授給學生，讓學生初步樹立起創新意識。

本專業在第3學期學生學習工程圖學課程后開設課程設計環節，讓學生在學習測繪知識后繪制簡單的設備三視圖，培養學生的工程制圖能力，初步建立工程理念。第4學期學生學習完機械設計基礎課程后，也要經過課程設計環節，讓學生通過機械設計提升自身對工程設計的認識與工程設計能力。第4學期也有工程實訓（金工實習）課程，通過車工、磨工、鉗工、焊工等崗位的實訓，讓學生切身感悟機械加工的過程。同時，學生要學習部分“金屬工藝學”知識，為高年級工程類專業課程的學習打下良好的基礎。

（二）高年級突出工程問題能力的培養，使學生形成較強的創新思維習慣

本專業第5學期開設三周的食品工藝學綜合實訓課程，學生4人一組，在教師的指導下自行選題、設計實驗、準備材料、完成實驗、撰寫實驗報告，最后教師集中講解分析實驗的成功與不足。本環節對學生創新能力的培養起到了極大的促進作用。從第5學期開始，我們鼓勵學生參與教師的科研項目與工程設計項目，同時開放實驗室，讓學生自主選題進行科學研究。根據完成情況，學生可以申請創新學分。第6學期，在學生學習了食品工藝學課程后，本專業開設4周的生產實習環節，將學生分配到食品企業的生產崗位頂崗實習并按時輪崗，使學生對食品企業的整體布局、生產工藝、勞動定員、生產管理、設備操作等有詳細的了解。這有助于學生將理論知識與生產實際有機融合，實現從知識向技能轉化，增強學生解決工程問題的能力。第7學期本專業安排2周的食品工廠設計實習，讓學生做一個完整的食品工廠設計項目，寫一份設計說明書，并利用CAD繪制總平面圖與車間平面圖。通過綜合設計消化課程中枯燥難懂的工程知識，學生解決工程問題的能力再一次得到增強與提升。第8學期本專業開設食品科學與工程專業前沿課程，安排學院知名教授做本學科發展前沿報告，向學生進一步傳輸創新的理念，同時邀請知名企業的高管或技術骨干參與該課程授課，讓學生進一步了解企業的人才需求及創新創業方向的知識與信息。

（三）專業學習階段突出綜合應用和工程創新開發設計能力的培養

自第6學期開始，學生已經學完了全部基礎理論課程、專業基礎課程及部分專業課程，具備了綜合運用所學知識解決工程實際問題的知識儲備。在此階段開設的實驗課程內容均為綜合性、設計性與創新性的實驗。綜合性實驗的特點是綜合多門課程的知識內容，采用綜合的實驗方法，特別是實驗內容及形式的設計為學生留有充分的創意空間。學生通過實驗過程能培養綜合運用專業知識和現代實驗手段進行研究和分析的能力，同時，形成更科學的創新思維與更完整的工程創新設計能力。

（四）畢業實習階段突出創新訓練與工程素質相結合

由于工程認證要求50%以上為畢業設計，本專業創新性地改革了畢業實習與畢業論文（設計）環節（將學生分為以畢業論文為實習目標、以畢業設計為實習目標、以論文和設計相結合為實習目標）。以畢業論文為實習目標的學生將在學院的幾個省市級科研平臺參與教師科研項目，在科研項目中選題并完成實習，最后撰寫畢業論文。對這部分學生的培養目標是將其培養為創新型人才，此類學生大部分會選擇考研繼續深造。以畢業設計為實習目標的學生的實習地點為食品加工企業，經過至少2個月的生產一線實習，學生應完成理論與實踐的結合，最后做一個完整的畢業設計。對這類學生的培養目標是將其培養為工程實踐型人才，使他們畢業后能夠成為企業的高級生產與管理人才。以論文和設計相結合為實習目標的學生首先在實驗室進行一段時間的產品研發實驗，通過單因素實驗與正交實驗手段開發產品，然后到同類型生產企業實習1個月，最后進行綜合設計。即前一階段根據實驗內容撰寫研究論文，后一階段根據開發的產品設計一個生產車間。這個環節可以培養學生的科研創新與工程實踐的綜合能力。

三、基于OBE理念的實踐教學方法改革

（一）積極開展“基于項目學習”的實踐教學模式

近年，本專業積極采取“基于項目學習”的教學模式，發揮學生的中心地位，讓學生實現“在做中學”，教學效果明顯提高。比如，在食品工廠設計課程的授課中，學生每3個人組成1個項目組，每組確定1個食品工廠設計項目，每學習一章，就按章節內容完成一份作業（如完成項目建議書、工廠總平面設計圖、工廠產品方案、主要產品工藝流程設計、車間設備選型、管路設計與布置等）。項目組要通過查詢圖書、期刊、企業網站等收集資料，通過篩選分析、組內討論來完成設計。每一部分作業均要有2個小組制作PPT講解展示，其他學生參與點評與討論。整個教學過程中，學生充分參與，實現了“在做中學”，提高了知識掌握程度與實際操作能力，同時也鍛煉了學生的團隊合作意識、合作能力及組織協調能力，更好地達到工程認證的畢業要求與新工科建設要求。

（二）開展跨課程的綜合性實驗

本專業近年開展了跨課程的綜合性實驗改革，比如，食品機械與設備課程和食品工藝學課程相結合，開展綜合性創新性實驗。食品工藝學課程中的速凍餃子生產工藝、掛面工藝、饅頭生產技術、月餅制作工藝等實驗，原來傾向于手工制作與感官評定，現在和食品機械與設備課程結合，優選實驗室設備，組成了速凍餃子生產線、掛面生產線、饅頭生產線與月餅生產線。其中，速凍餃子生產線由絞肉機、盤刀切菜機、餃子成型機、雙螺旋速凍機、包裝機、噴碼機與冷庫組成。學生分組后首先選定實驗材料，然后利用相應設備完成和面、切菜直至包裝與噴碼等程序，做出成品。實驗要求每人參與，實驗過程中學生要拍照、錄視頻。實驗結束后，學生要繪制部分設備結構與原理圖，制作Word文檔實驗報告，教師要選出優秀者進行PPT展示。這種綜合實驗使學生的學習興趣明顯提高，學生不但深入了解了設備的結構原理與使用方法，也深入掌握了生產工藝，明顯提升了工程實踐能力、創新能力與綜合素質。

（三）積極開展信息化教學方法

近年，高等教育重大變革之一就是課程教學與信息技術的深度融合。本專業進行了多年的嘗試，建設了食品工藝學、食品機械與設備、食品化學等課程教學網站，開通了“食品工廠裝備與設計”微信公共號，將網絡信息資料、視頻圖片、實驗內容及時發布，供學生學習使用，極大地豐富了教學內容。由于教學信息化建設的突出成績，本專業的食品工藝學課程被評為國家級資源共享課程，課程內容在“愛課程網”上全部上線公開。

綜上所述，本專業按照國家新工科建設要求與工程專業認證的需求，以OBE理念構建了有益于培養學生創新能力與工程實踐能力的實踐教學課程體系，并將創新培養貫穿全學程;改革了實踐環節的教學方法，深入開展了“基于項目的教學”與“探究式教學”方式，變傳統的驗證性與演示性實驗為綜合性、設計性與創新性實驗;突破了單門課程為實施對象的局限性，推行了跨課程的綜合實驗項目，實現了課程之間的交互，有利于學生綜合能力的培養;積極開展信息化教學，實現了課程教學與信息技術的深度融合。這一系列的教學改革極大地促進了教學目標與畢業要求的達成，對提高學生工程能力、創新能力起到明顯的作用，可以更好地為我國培養出能解決復雜工程問題的高級工程技術人才。

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