應用技術型本科高校“食品機械與設備”課程改革與實踐

王帥 ，賀羽，王衛東，王錫昌*

1. 徐州工程學院食品（生物）工程學院（徐州 221018）；2. 上海海洋大學食品學院（上海 201306）

地方高校轉型為應用技術型大學是新時代國家高等教育的重要戰略之一，也是實現高等教育內涵式發展的必經之路。應用技術型大學著力培養實踐能力突出、綜合素質高和應用能力強，面向企業行業生產、管理一線的應用型人才，為區域經濟的持續發展、優勢產業的不斷壯大和傳統產業的轉型升級提供人才保障[1]。

教育部首輪“新工科”專業改革建設中，食品和農林類被列為19個項目群之一，表明食品類專業要以高質量的工程教育服務國家新一輪科技革命與產業變革。食品類專業是應用技術型本科高校中的常見專業，在“新工科”的建設中具有明顯的地方性、應用型和特色化，聚力培養食品新產品開發、食品工程設計、食品安全控制與管理等領域的高質量應用型工程技術人才。課程教學作為人才培養的根本環節，在教學改革與實踐中需要融合學校、專業的定位與特色，以“金課”保障高質量工程人才的培養。

食品產業是全球的第一大產業，也是我國三大支柱產業之一，在國民經濟中占有重要地位，且仍有巨大的發展潛力，而食品產業的發展離不開機械設備的支撐。隨著科學技術的飛速進步，我國的食品機械與設備朝著復雜、成套、自控和機電一體化方向發展。兼具食品機械與設備扎實的理論知識和實踐技能外，現代化食品加工對生產和管理一線應用型人才的要求越來越高。

1 課程概況

“食品機械與設備”是食品科學與工程專業的必修課，也是專業中工程類課程的重中之重，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”“生產實習”和“專業綜合訓練”等課程。食品產業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，因此需要學生具備良好的工程素養和實踐能力。課程要求學生掌握通用食品加工機械和設備的工作原理、結構特點，具備典型設備操作及安全使用的能力，能夠根據食品工廠的工藝要求對常用的機械設備進行選型和配套[2]。

食品科學與工程專業的教學質量國家標準中將“食品機械與設備”納入專業核心知識領域，建議課程開設32學時，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，蒸發濃縮設備，干燥及熱處理機械與設備，食品殺菌設備等[3]。截至目前，已通過食品科學與工程專業中國工程教育認證的21所高校中，均開設有“食品機械與設備”課程，學時在24～64學時之間，其中2所高校設置了10學時以內的實驗或實踐模塊（數據來源于各專業申請認證時公開的人才培養方案）。

近幾年隨著在線開放課程的快速發展，“食品機械與設備”在愛課程（中國大學MOOC）、智慧樹、華文慕課和學堂在線等平臺共開放在線課程10余門，其中國家級精品課程1門，即江蘇大學馬海樂教授的“食品加工機械與設備”。食品機械與設備的相關教材共出版30余部，其中近4年新出版和再版15余部，更新速度與其他專業課程相比較快。海量的教材和線上課程資源為“食品機械與設備”課程的講授和學習提供了非常便利的條件。

2 課程教學中存在的問題

2.1 教學改革與專業特色結合不夠

教學改革是促進課程教學質量提升的重要手段之一，采用案例形象化教學、互動式教學和實物教學等方法，能夠有效地激發學生對“食品機械與設備”課程學習的積極性[4]。然而不同類型的高校、不同定位的專業和不同特色的培養目標，進行的改革與探索也應符合專業特色，具有自己獨特的標簽，從而充分發揮專業教學改革的效果。

2.2 理論知識與實際生產仍有脫節

現代化程度高的食品加工廠多采用電腦中央化控制的自動化連續生產，不再是單元設備的簡單連接，這造成了學生基礎理論知識與工廠實際生產的部分脫節，缺乏對工業化生產中機械設備的布局、連接和中央控制等的詳細了解與認知。此外，食品機械與設備的內部結構抽象且復雜，通過動畫播放、模型教學和實驗操作等手段能夠使學生掌握設備的運作，但機器內部深層次的工作原理無法清晰展現，對學生的空間想象能力要求較高[5]。

2.3 先修后修課程間缺乏緊密銜接

食品機械與設備是食品得以工業化和產業化制造的第一步，該課程也是學生接觸和感受食品工程魅力的重要一步。現下課程間缺乏十分清晰的紐帶作為連接，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，但課程群不同課程間的知識點無法直接串聯，在一定程度上制約了學生將綜合多門課程知識解決復雜的工程問題。

2.4 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，也是衡量一門課程是“金課”還是“水課”的關鍵標準。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改進也缺乏詳細的機制。

3 課程改革與實踐

3.1 持續凝練專業地方特色，開展混合式教學改革引導學生全面學習

依據學校和專業的定位與特色，進行“食品機械與設備”的課程教學時，研究型大學可以注重機械設備原理、結構和性能等的講解和設計，在培養學生工程素養的同時，增強學生對食品機械設備改進和創新意識的培養；應用型大學側重食品機械和設備的工作原理、結構特點，并加強機械設備的應用、選型和基本的安裝維護等工程實踐能力的培養；農、林、理、工類院校開設的食品機械與設備也應有各自院校的特色，地方高校也可以根據區域性食品產業結構的特點，凝練帶有地方特色的食品機械與設備課程。

筆者所在專業以培養服務地方區域經濟的應用型工程人才為定位，以淮海經區果蔬和谷物的綜合加工利用為特色，在“食品機械與設備”課程的教學工作中，緊扣地方性應用技術型本科高校的特點，重視食品機械設備理論知識和工程應用實踐的全面學習。基于超星學習通和藍墨云班課等移動平臺的混合式教學，能夠將理論知識學習、虛擬仿真操作和工程應用實踐等各個環節在課前、課中和課后的任意時間進行對接，完成線上和線下的資源推送、互動討論、測試作業、任務布置和課堂講授等教學活動，從而增加學生和教師的互動，提升學生學習的積極性和主動性，引導學生完成食品機械與設備相關基礎知識和工程實踐的全面學習。

3.2 增設理實一體教學內容，利用虛擬仿真和課內實驗強化學生實踐

虛擬仿真教學并結合真機實驗操作，能夠有效地解決食品機械與設備理論知識的學習和與實際生產脫節的問題。虛擬仿真基于大量設備實際生產中的3D動畫，還原了機械設備復雜的內部機構、組合安裝和運行過程，再結合實際單機設備的操作，形成了工程知識到工程能力的“理論學習-虛擬仿真-實物操作-生產實習”逐步培養模式，有效地串聯了學生工程知識和實踐應用能力。

圖1 基于虛擬仿真項目的高壓均質機模型

在教學過程中依托虛擬仿真和實驗教學項目，完成對典型食品機械和設備原理和注意事項的深入講解，操作和拆卸的虛實結合，及常見問題的排查解決。充分利用專業自身的虛擬仿真項目《植物蛋白粉及飲料生產三維虛擬工廠實訓》和實驗室小試及中試設備，對勻漿機、高壓均質機、超高溫瞬時殺菌設備和噴霧干燥等設備進行重點講解，使學生以此為橋梁，舉一反三地了解食品機械設備的理論知識和單機操作與工廠實際生產之間的不同，從而強化學生的工程實踐能力。

3.3 構建課程群知識鏈條，串聯先修和后修課程貫通學生知識體系

結合專業學科的發展方向和特色，構建基于工程類課程群的知識鏈條，依靠核心講授內容將先修課程、同期課程和后修課程緊密銜接，融會貫通學生工程類課程的知識體系。“食品機械與設備”在食品科學與工程專業工程類的課程中起著承上啟下的重要作用，是串聯先、后修課程的重要教學環節，需要“食品工程原理”、“食品工藝學”及實驗作為理論基礎，同時為“食品工廠設計”、“專業綜合訓練”和“生產實習”提供理論知識和工程實踐經驗。

專業以果蔬汁、谷物飲料和乳飲料等食品飲料加工為特色，依托校內的果蔬汁生產線、果酒生產線、UHT殺菌罐裝線，以及校外的維維食品飲料有限公司、碭山海升果業集團和徐州娃哈哈飲料公司等工程實踐基地，構建了基于食品飲料生產的工程類課程群知識體系。所有的工程類課程均將與飲料加工和生產過程中的相關知識點作為重點之一進行講解并實踐，包括加工過程中飲料流動、輸送和加熱的基本工程原理，飲料加工的工藝知識，飲料制作的工藝實踐，飲料生產工廠的初步認知，飲料生產加工所需的機械設備和典型飲料的生產線，飲料生產工廠的設計，飲料及相關食品產品研制和工藝改進的綜合訓練，飲料生產車間的頂崗實習，這些知識體系最終實現了飲料加工生產的理論知識和工程實踐的全覆蓋。

以食品飲料的加工生產為銜接點，通過“工程原理—工藝知識—單機設備—生產線—加工工廠”的理論知識學習，和“工藝實踐—工廠參觀認知—單機生產—生產線實踐—工廠設計—工廠實際生產”的工程實踐實習，培養學生融會貫通知識體系和舉一反三的能力，結合其它工程知識學習和訓練提升學生解決復雜工程問題的能力。

3.4 堅持課程教學質量評價，形成基于成果導向的持續改進機制

學生的試卷成績或者期末考核成績只是用于評價教學質量的基本素材，教學質量的評價涵蓋多個指標或者多種方式，例如貫穿整個教學過程的教學團隊內部討論、學生調查問卷、督導等監督組織的聽課反饋、教學目標的達成情況、學生評教和后修課程教師的反饋等（如圖2所示）。不同教學活動的階段中均有可實施的課程評價方式，進而獲得課程教學質量評價結果，并在下一輪或后期的教學活動和人才培養中持續改進。最終的課程評價結果可以用于下一次課程教學活動的改進、后修課程教學活動的建議、學生畢業要求的達成或修訂和專業培養目標的修定[6]。

表1 基于食品飲料加工特色的《食品機械與設備》課程群知識構架

圖2 基于成果導向的課程質量持續改進機制

例如在對2015級學生食品機械與設備進行課程教學評價時，發現課程教學目標“對食品工廠常用的機械、設備具有合理選型和配套能力”的達成較差（基于期末考核和形成性評價的結果），通過學生的課程調查問卷發現“學生對實際生產中功能類型相近的加工設備配套選型時容易發生差錯”。基于以上的課程評價可以做如下持續改進：①與后修課程“食品工廠設計”、“生產實習”的任課進行溝通，涉及工廠設備選型時可適當展開講解；②教學團隊內部討論，在下一輪的課程教學中涉及“相近或能夠實現同一功能加工機械設備”知識點時，設計更多的教學環節或增加實例講解；③關注學生的畢業要求達成情況，是否可以通過支撐同一畢業要求的其它教學活動或環節增強學生相關能力，實現學生工程能力獲得的動態調整（如在專業綜合訓練或畢業實習中增設相關環節）；④為下一輪人才培養方案制定提供依據。

3.5 參加知名食品機械展覽，促進學生自主學習和教師知識更新

隨著全球工業化、現代化和智能化技術的飛速發展，用于食品行業的機械與設備也不斷地推陳出新和更新換代，每年都會涌現大量的新設備、新知識、新技術和新成果，而教材內容的更新往往具有滯后性，很多先進的、一體化、智能化的食品加工機械設備和生產線未能得以展現，定期參加知名食品機械展能夠獲取食品加工機械設備領域的前沿技術和知識。

依據學生的課程學習考核結果，分批選拔并組織優秀學生定期參加國內組織的知名食品機械展覽，如中國食品包裝及加工設備展覽會、中國國際食品加工和包裝機械展覽會、中國國際飲料工業科技展和上海國際食品加工和包裝機械展覽會等。一方面能夠幫助教學團隊成員跟蹤全球食品加工設備的發展動向，了解食品機械與設備的前沿科技，搜集教學素材，將最先進的技術和設備引入課程教學；另一方面也能激勵學生學習的主觀意愿，提升學生在課程教學各環節中的參與度。

4 結語

在國家倡導“以本為本”、回歸本科教育的新時代下，一流課程的建設和改革迎來了前所未有的機遇。不同類型、定位的高校和專業，在核心課程建設時需立足自身優勢與特色，將信息技術與教育教學深度融合，形成以學生學習為中心的，基于成果導向的課程持續建設和改進機制，以特色優質的“金課”為培養創新型、復合型和應用型等各種人才提供堅實的保證。