“新工科”背景下食品科學與工程專業學生工程能力培養機制探索

蘇小軍，李清明，廖盧艷，秦丹，吳衛國，劉成國

(湖南農業大學 食品科學與技術學院，湖南 長沙，410128)

目前，第四次工業革命風涌云起，我國全力推進創新驅動發展和“中國制造2025”等重大戰略。新工業革命勢必帶動我國工程教育改革，并創建與之適應的工程教育體系，以滿足新工業革命的人才需求[1]。在此背景下，“北京指南”“復旦共識”“交大篇章”“天大行動”等面向“新工科”建設的重要理念相繼發布，為工程教育指明了改革方向[2]。“新工科”的核心理念是培養學生解決復雜工程問題的能力。工程能力是一種能夠運用工程科學與技術去解決工程實際問題，并能夠產生經濟效益和社會價值的能力[3]。我國食品工業產值逾12萬億元，是國民經濟的支柱產業，發展食品工業是實施鄉村振興和可持續發展戰略的重要途徑之一。食品工業正在積極采用智能制造等創新技術來實現傳統食品制造的產業升級，綠色制造、人工智能、機器人、3D打印、虛擬現實、機器視覺和生物科學等先進技術不斷融入到食品產業中。許多企業也都在積極部署智能工廠，但由于衛生、食品安全、食品物性和品類多樣性等多方面原因，食品生產不能簡單復制其他行業的成功路線。這就對食品工程技術人才的創新和跨界整合能力提出了更高的要求，其必需具備解決新技術背景下的復雜工程問題的工程能力。

國內許多高校積極推進食品科學與工程專業新工科建設，在人才培養模式[4-6]、課程體系構建[7-8]、實踐教學改革[9-10]和專業課程建設[11-13]等方面均展開了深入研究。學生工程素養的養成在新工科專業建設中占有重要地位。歐美許多高校也對食品專業學生的工程能力培養目標和培養方式等進行了大量調研。據歐洲的一項針對3 000余名食品技術人員的調查結果顯示，雇主對食品技術人員在工程維護、環境和物流運輸等方面的能力給予了差評，認為食品技術人員有必要提高解決與食品相關復雜問題的能力[14]。美國食品工藝學家學會(Institute of Food Technologists，IFT)針對普渡大學食品科學專業學生的調研也表明，解決實際工程問題的能力是食品技術人員的核心能力之一[15]。食品工程人才不僅需要具備滿足現階段食品工業發展的工程能力，還應具有引領食品產業升級和創新發展的能力。但在目前的培養過程中并未形成對復雜工程問題的理解、具體教學目標的設置等有效體系。我國地方農業院校是我國食品科學與工程專業人才培養的主力軍之一，農業院校在傳承學校農科優勢的同時，如何創新人才培養理念，結合食品產業需求，培養具有地方特色、適應食品產業未來發展的高素質工程技術人才仍急需深入探索。

1 強調多學科融合，培養復合型工程人才

食品科學與工程專業是一個集理、工、農、醫等多學科知識融合的綜合性、應用性都很強的交叉學科[16]。食品工業中大數據、人工智能、機器人、生物技術等新技術的應用都需要多學科知識作為支撐。地方農業院校要建設好新工科，必須讓食品科學與工程等傳統工科專業適應食品產業的升級改造，按照新的社會需求培養人才；必須發揮農業高等院校的農業學科優勢，多學科融合，構建面向需求的“新工科”知識體系，促進多學科知識鏈、創新鏈與產業鏈深度融合，培養具有解決復雜工程問題能力的食品工程人才。克萊姆森大學的研究表明，參與跨學科產品開發課程的食品專業學生在產品開發知識和技能方面顯著高于未參與該課程學習的學生[17]。

湖南農業大學食品科學與工程專業成立于1986年，進入新世紀后發展迅速，先后成為國家特色專業建設點、湖南省“十三五”專業綜合改革試點專業和湖南農業大學品牌建設專業，2019年更是被評為國家級一流本科專業建設點。湖南農業大學作為地方農業院校，在農學、園藝學和動物科學等方面具有學科優勢[18]。食品科學與工程專業在發揮傳統學科優勢的同時，結合湖南及周邊省份對食品工程人才的需求進行頂層設計，構建了以食品學科為主、包括原料學、物性學、智能制造、人工智能、大數據、生命科學等專業在內的多學科專業交叉融合體系，適應食品工業未來發展的“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的人才培養模式；秉承“學科交叉、突出特色、求實創新、服務社會”的辦學理念，突出“學研產良性互動”辦學特色，注重人才培養、科學研究、社會服務和文化傳承有機結合，培養具有寬廣知識面和多領域適應能力的食品類專業復合型工程人才。

2 構建“重實踐、強能力”教學體系，突出培養工程實踐能力

科學完善的教學體系是培養新工科人才工程能力的關鍵。本專業采納國內外高水平大學的成功經驗，充分調研用人單位意見，深入了解食品產業對工程人才的需求，構建人才工程能力框架。以教師為主體，學生、教育專家和用人單位參與，圍繞工程能力框架，制定了新版人才培養計劃。新計劃注重寬厚基礎與就業導向相結合，構建了模塊化工程課程體系，合理制定了認知實習和專業實習內容，強化了工程能力的培養。本專業通過不斷優化教學內容，強化多學科交叉融合和建設食品工程課程群，解決了課程內容重復、相互脫節的問題，構建了學科交叉融合、專業基礎厚實、適應新工科人才培養需求的課程體系，培養了具有扎實專業知識和技能的跨專業、跨學科復合型工程人才。并在專業選修課程中柔性設置專業方向課程，滿足學生個性化發展需求，為學生提供較多出口通道。

體驗式學習教學[19]、本科生參與食品科學研究項目[20]、利用模擬仿真軟件開展實踐教學[21-22]等教學方式在食品工程人才培養中都取得了良好的效果。針對食品生產中復雜工程問題，我們采用啟發式、互動式教學模式，倡導工程實例教學，采取分組教學方式，系統分析問題并制定方案和撰寫研究報告，培養學生科學思考和解決問題的能力。

3 創新培養模式，完善協同全程育人機制

落實“創新型、綜合化、全周期”的工程教育理念，結合學院學科優勢，創新協同全程育人機制。針對復雜工程問題，從課堂授課、實踐教學、成果展示、大學生創新創業、技能競賽等方面加強對學生的輔導，實現理論與實踐的互換、交叉及融合，提高學生實踐能力和創新意識，滿足學生職業化需求，提高人才培養質量。本專業構建了注重工程能力培養的“三位一體四結合”實踐教學模式，將教學、科學研究與學科發展結合并融為一體，將師資隊伍建設與學科發展、實踐教學與科研、實踐教學與理論教學、校內與校外實踐相結合，該成果于2019年獲得學校教學成果一等獎。實踐教學模板如圖1所示。

校內建設有“湖南省食品科學技術實驗教學示范中心”“中央與地方共建高校特色優勢學科實驗室”和“農產品加工與貯藏訓練中心”等教學實踐基地，并搭建了實驗教學信息平臺，實施智能化和信息化管理。專業點積極將科研成果用于實踐教學，如依托 “油茶籽油水酶法提取工藝及產品開發研究”“谷物擠壓加工新食品開發及高性能裝備研制”等科研成果，在校內實踐教學基地建設了油脂精煉生產線和擠壓膨化生產線。校內實踐基地還建設了焙烤生產線和飲料生產線，其中飲料生產線由30余套設備組裝而成，設備按照果汁飲料和酸奶兩個模塊設置，包括從果蔬原料清洗破碎到高溫瞬時殺菌、無菌灌裝和原位清洗(clean in place ，CIP)等與實際生產相近的全流程設備，滿足培養學生實踐能力的需要，提高了學生的工程素養。同時，教師在科研和教學過程中通過不斷改進和升級這些生產設備與技術，自我工程能力也得到大幅提高。校外實踐教學基地建設則以科研合作為紐帶，與省內外植物油脂精煉、肉制品、乳制品、休閑食品、傳統發酵食品和果蔬加工等領域知名大型企業和上市公司建立了緊密的合作關系，建設校外實踐教學基地18個，其中省級優秀實習基地5個，湖南省高校創新實習基地3個。此外，指導學生組織創辦了“食品文化藝術節”、烘焙協會和“創客吧”，為創新創業能力培養提供了良好的條件。

圖1 實踐教學模塊Fig.1 Practical teaching module

4 強化師資隊伍，提升工程能力培養水平

提高學生工程能力的重要前提條件之一就是構建好工程能力與實踐能力強的師資隊伍。新工科交叉融合與緊貼食品產業前沿的特點對教師的教學能力提出了新的要求，需要教師保持對知識結構和工程實踐能力的持續更新與提高。近年來各高校不斷提高師資隊伍門檻，主要是憑學歷背景尤其是以SCI論文為顯性成果招聘新教師。許多新進教師的科研能力很強，但缺乏工程實踐經驗和對食品產業的深刻理解，而一些工程能力強、實踐經驗豐富的人才卻因達不到條件而失去進入高校任教的資格。為此，本專業組織老師，尤其是年輕老師，通過團隊服務、三區人才、科技特派員等形式積極與企業開展社會服務和科研合作，在為企業開發新產品、解決技術難題過程中提高解決復雜工程問題的能力。目前，本專業80%以上的老師都擔任了省市科技特派員或三區人才專家，或與食品企業建立了緊密合作關系。學院與本專業還通過安排新進教師參與工藝實習和生產實習等教學環節，在實習期間與學生一起深入生產一線來提高工程能力。同時，學院與企業對學生進行聯合培養，聘請企業工程技術人員擔任客座教授和校外實踐導師，以完善和強化師資隊伍。總的來說，通過多途徑對外合作交流和構建各種形式的工程實踐平臺，使學院教師接受工程培訓，提高教師隊伍的工程素質，以達到提升工程能力培養水平的目的。

5 結語

根據產業需求設置人才培養目標，構建“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”人才培養模式和多學科交叉融合的課程體系，落實“創新型、綜合化、全周期”工程教育理念，結合學院學科優勢，創新協同全程育人機制，使學生工程能力顯著提升，培養效果良好。2016年以來，本專業學生獲得國家獎學金、全國高校畜禽產品加工創意大賽、全國大學生食品工程虛擬仿真大賽等獎項14項，國家勵志獎學金240多人次，40人被評為省級優秀畢業生，獲得長沙市創業孵化實踐挑戰賽冠軍團隊和校級優秀創業團隊多項；獲得各級創新創業項目資助40多項，公開發表論文60多篇，畢業學生獲得就業單位的高度評價。專業于2019年被評為國家級一流本科專業建設點。