以工程能力培養為導向的“食品工程原理”教學改革探討*

王永輝，張曉華，魏泉增，馮紫艷

(許昌學院食品與生物工程學院，河南 許昌 461000)

2016年6月，中國加入《華盛頓協議》，成為該協議簽約成員，這標志著具有國際實質等效的專業認證的帷幕在中國拉開[1]。為提高工程教育人才培養質量，開展與國際接軌的工程教育專業認證工作己勢在必行。根據中國工程教育認證協會公布結論，申請認證的專業數量逐年增加，證明工程教育認證被越來越多的高校認可并積極參與其中[2]。許昌學院是開設食品科學與工程專業相對比較早的高校之一，經過十余年的發展，當前對食品工程專業人才的培養積累了很多經驗。但是我校食品工程專業人才的培養也同樣面臨著學生的工程實踐能力不能滿足社會需求的現狀。因此，我校食品科學與工程學院以提升專業工程教育質量為主旨，從實踐層面上深化專業建設，正在積極推進食品科學與工程專業的認證工作。

“食品工程原理”作為食品科學與工程專業課程培養體系中一門理論性和實踐性很強的專業基礎課程，在整個食品類專業的教學中起承上啟下的重要作用[3]。課程內容與多門學科聯系緊密、內容繁雜、基本理論多、理論性強、課程難度大，且與工程實踐結合緊密，但大部分學生不善于從工程實踐出發綜合考慮問題，在學習該課程時不得要領[4]。每年的課程考核結果表明，本課程的不及格率普遍較高，學生反映課程的理論學習過于枯燥，缺乏學習興趣。因此，過于注重理論學習的傳統教學模式，在學生工程能力的培養方面面臨巨大挑戰。在當前工程教育認證背景下，以工程素質和工程能力為導向的“食品工程原理”課程教學改革勢在必行。筆者根據“食品工程原理”的課程特點，結合自己的教學體會，對基于工程能力培養的課程教學改革進行了分析。

1 當前教學中存在的主要問題

“食品工程原理”該課程內容與多門學科聯系緊密、內容繁雜、基本理論多、理論性強、課程難度大，且與工程實踐結合緊密[4]。因此在教與學的過程中往往存在很大困難，學生普遍感到枯燥乏味，信心不足。實踐教學表明，傳統教學模式對課程教學帶來了一些問題， 主要表現在以下幾方面:

1.1 課程實踐內容較少，學習的時效性不強

本課程的實驗及課程設計環節作為理論教學的重要補充，對于學生實踐能力和工程能力的培養具有重要作用。盡管近年來各高校相繼調整培養方案、教學計劃及大綱，增加實踐教學比例，加大實驗室建設投入與管理力度，實驗教學質量有所提高，但仍未改變“重理論、輕實踐，重知識、輕能力”的傳統教育觀念[5]。實驗課內容及學時的設置上不合理，通常只是對課程中的幾個典型設備設置實驗課程。以許昌學院為例，對本門課程的實驗課僅開設了流體流動、傳熱、干燥以及精餾的實驗內容。此外，很多高校的“食工原理”實驗課程是依托化工學院開設的，在課程的安排上往往是在完成所有理論課學習后再集中開展實驗。這種方式會造成理論學習和實踐教學的脫節。在某一單元操作的理論學習結束很長一段時間后再進行相關的實驗教學，不能夠及時地將實踐學習同理論知識的學習相結合，造成學生對實驗現象以及結果理解不夠深入。

1.2 教學內容同行業需求脫節

教學內容相對滯后，不能與時俱進，阻礙了教學效果。“食品工程原理”是源于“化工原理”的一門專業基礎課程，與“化工原理”有多相似之處，但因其授課對象主要是食品類專業的本科生，所以各單元操作的設計、授課內容的側重、課后練習題的選擇等方面應與“化工原理”有所區別[2]。但據筆者了解，現在很多開設食品工程類專業的高校，在講授本門課程時仍然具有很濃的化工味。一方面原因在于很多承擔本門課程教學任務的教師之前學習的內容本身就是“化工原理”。另一方面的原因在于現在的“食品工程原理”的相關教材在編寫的過程中大多沿用了化工方面的案例。此外，在授課章節的選擇上也不盡合理。當前，有部分高校仍然將精餾、萃取等單元操作作為重要章節，安排了比較多的學時。實際上，同食品生產過程密切聯系的基本理論知識主要包括：流體流動、物料輸送、過濾、傳熱、制冷、蒸發、吸收、干燥等，而對于精餾、萃取等單元操作在食品加工中則很少涉及。

1.3 教師個人工程實踐能力的限制

雖然從事本課程教學的一線教師基本都是科班出身，自身曾學習過“食品工程原理”的相關課程，但絕大部分教師都缺乏食品企業一線的工程實踐經歷。經常會出現教師自己理解，但因缺乏一線的工程實踐，無法用準確的語言向學生講授課程的問題，使“教與學”產生脫節。

2 基于工程能力培養的教學改革建議

2.1 采用更為靈活多樣的教學方法

本課程作為一門內容較深的理論課，在學習的過程中較為抽象。通過傳統的講授教學方法，會使學生感覺到課程的枯燥，直接影響到學生學習的積極性。針對課程的特點應采用靈活多樣的教學方法和教學手段，激發學生學習的積極性。

2.1.1 案例形象化教學法

通過借助于多媒體，設計動畫，能夠將比較抽象的理論知識圖文并茂地展示出來，使其更加生動、直觀。因此，要充分利用現代化的教學模式。其中，案例教學法在“食品工程原理”教學中得到普遍肯定[6]。講授一些典型的食品加工單元操作時，通過形象化的實際應用舉例，提高課程的實用性和學生的感性認識。例如在進行講授“吸收與解吸”這一單元操作時，可以引入碳酸飲料的加工的例子來學習相關原理。再如在講授傳熱的過程中，可以舉出保溫瓶保溫的例子進行相關理論的講解。典型案例的列舉，能夠讓學生真切的感受到理論的學習不僅有助于理解現象，還能夠指導實踐應用。對于一些食品加工相關的案例，不僅能夠有利于理論的學習，還能夠增強學生對食品專業的認同感。

2.1.2 互動式教學法

互動式教學法是基于現實問題以學生為中心的教學模式，通過設計問題引導學生自主學習。互動式教學法按照“教師提出問題-引導學生分析問題-指導學生研討-學生得出結論”的教學思路，精心設計教案[7]。比如在伯努利方程的教學過程中，教師先提出問題 “足球運動員踢出的香蕉球是如何產生的”，然后引導學生去分析思考“球的旋轉為什么會改變足球的運動軌跡”，最后老師組織學生討論這一現象同能量守恒之間的聯系，讓學生提出自己的見解并舉出生活中類似的現象。這種互動式的教學方法能夠引導學生發揮主觀能動性，增強學生思考問題和解決問題的能力。

2.1.3 實物教學法

實物教學法是以現場實物為教學對象，進行直觀的講解和分析的教學方法。它能將設備的結構及工作的過程更直觀地展現在學生面前，有助于理解和掌握理論知識。通過實際操作培養學生將理論知識應用于工程實踐的能力。在“食工原理的”教學過程中，當條件許可時，可將理論課搬進校內的食品加工實訓中心或校外的實訓基地進行現場教學。如在講授流體輸送或傳熱時，我們采用實物教學法，讓學生在現場觀察各種泵或傳熱殺菌設備的結構，并動手拆卸設備，讓學生了解該設備的結構及其設計的原理。通過現場教學，提高了學生的感性認識，對理論基礎知識掌握得更加牢固，能夠起到事半功倍的效果。

2.2 引入虛擬仿真實驗教學

食品工程原理涉及到較多的單元操作，需要的實驗設備較多。另外，還存在學生人數較多以及設備陳舊、老化等問題。因此，可以說任何高校都難以滿足本門課程實驗所需的全部設備。當前，很多高校都是根據自己的實際情況選擇了少數幾個實驗進行教學。由于受到實驗內容、設備數量以及學時數的限制，在實踐教學過程中往往將學生分組進行實驗，有時可能會有七八名共同使用一臺設備，有些學生根本就沒有動手的機會。此外，一些設備的老化及靈敏度下降的問題導致學生難以準確測定實驗數據，導致測定結果和理論差別較大，學生認為是自己操作的問題，打擊了學生學習的自信心。

針對這一問題，可以通過加強對實體實驗室的建設來解決，還可以通過虛擬實驗室的建設來補充完善。虛擬實驗室在時間、空間、經費投入等方面表現出很大的優勢，能夠彌補真實實驗室的不足。其特點是自由度大、節省投入、安全系數高，虛擬實驗室的建設還對學院乃至學校起到促進作用，能夠提高學院的教學質量，改善教學環境；有利于提高學生的學習興趣和學習效率；有利于提高教學效果，減輕實驗管理人員的工作負荷[5]。因此，虛擬實驗室的建設越來越受到各個高校的重視。

2.3 強化課程設計環節

當前，教學內容的考核方式不盡完善，主要是以學生期末考試和實驗考查為主，學生的綜合實踐能力得不到體現。真正能夠很好鍛煉學生工程實踐能力的課程設計環節沒有得到足夠重視。在以往的課程設計中，存在設計題目過大并且單一的問題，例如在以往的換熱器的設計中，為了避免學生之間設計題目的重復，通常只是改變幾個參數(如處理量、進出口溫度等)，要求學生完成不同換熱器的設計。由于換熱器的設計過程中涉及的問題非常多，要求每個學生要在2周內完成所有設計內容，難度很大。導致學生在設計過程中相互抄襲，提交的設計報告基本上是大同小異。因此，在課程設計的題目上要克服過去“大而全”的設計題目，體現“小而精”的特點[8]。在題目的設置上應盡量立足于實際的食品加工過程中的單元操作，例如果汁雙效蒸發裝置的設計、液體乳生產線殺菌設備的設計、淀粉生產沉降器的設計等。另外，在設計的過程中，指導老師不能完全放手。教師可以在中期進行檢查，發現學生在設計中存在的問題并給與一定幫助，最后除了要求學生提交設計紙質報告外，還要要求學生進行答辯。但是這種模式需要較多的時間，存在課時受限的問題。鑒于某些高校存在學生多，學時少的問題，可以嘗試讓學生分組進行設計，每個學生承擔一部分的設計內容，最終成績小組成員共享。

2.4 加強一線教師的工程素養

教師自身的工程素養對于學生工程能力的培養是潛移默化的。加強“食品工程原理”任課教師的工程素養對于食品工程類專業學生的實踐教學具有重要意義。為了提高一線教師的工程實踐能力，本課程的任課教師應當積極爭取機會到食品生產企業掛職鍛煉。以許昌學院為例，我校鼓勵一線教師到基層單位進行為期一年的掛職鍛煉，并出臺了相應的激勵政策。本課程組老師積極響應了學校的這一政策，實施了輪流到相關的食品加工企業進行掛職鍛煉的計劃。通過在食品生產車間的鍛煉，教師對食品加工的各個單元以及相關的加工設備等有了深入的了解，個人的工程實踐能力有了長足進步。在上課過程中能夠熟練地將本課程的理論知識同食品加工過程緊密聯系起來，本課程的教學效果明顯提高。

3 結 語

“食品工程原理”作為食品工程類專業的重要專業基礎課，對于本專業學生后續專業課程學習以及今后所從事的專業技術崗位工作具有重要指導意義。本課程教學內容多，理論復雜抽象，教學難度大。傳統的理論教學模式過于單一，使得學生學習起來缺乏積極性。實踐教學中因受到諸多條件的限制，學生在學習過程中理論聯系實際不足，難以完成對學生工程能力培養的要求。如何提高本課程的教學質量，提高學生的工程能力是每一位任課教師應該深入思考的問題。除了以上幾點建議外，實踐中還要結合其他一些措施綜合進行改革，如在實驗教學方法、教學內容以及考核方式上的改革創新等。