面向工程教育專業認證的食品工程原理實驗教學改革探討

嚴志明 李思 吳春華

摘 要：在工程教育專業認證背景下，圍繞培養高素質食品工程技術人才的目標，針對食品工程原理實驗在日常教學中存在的問題，從改善實驗教學條件、引入虛擬仿真實驗教學資源、優化實驗教學方式、培養學生團隊精神、完善考核方式以及以賽促學、以賽促教等方面進行教學改革探索，著力培養學生的創新實踐能力、創新思維和解決復雜工程問題的能力。

關鍵詞：食品工程原理;實驗教學;改革與探討

中圖分類號 G642文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）22-0174-03

Abstract：This paper focused on the cultivating high-quality engineering and technical personals based on engineering education certification and existed problems about teaching in experimental course of food engineering principles. The teaching reform was carried out in several aspects，including improving the experimental teaching conditions，introducing virtual simulation experimental teaching resources，optimizing the experimental teaching methods，cultivating the team spirit of students，improving the assessment methods and promoting learning and teaching via subject competition.

Key words：Food engineering principles;Experimental teaching;Reform and discussion

推動工程教育專業認證是提升我國工程教育質量的重要措施[1]。工程教育專業認證的核心理念是以學生為中心，采用基于成果導向的認證標準，確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求[2]。福建農林大學食品科學與工程專業先后取得福建省省級重點學科、福建省特色重點學科以及首批國家級一流本科專業建設點等專業建設成果，并于2018年通過了中國工程教育專業認證。食品工程原理實驗是食品工程原理課程體系的重要構成，是學生掌握食品工程單元操作理論知識的關鍵環節之一，在培養學生的實踐能力、工程思維和創新能力等方面具有重要作用[3]。福建農林大學食品工程原理實驗是單獨開設的課程，共30學時，1.5學分。針對食品工程原理實驗教學所存在的問題，食品工程原理實驗教學團隊以學生為中心，結合工程教育專業認證的標準，從實驗教學條件、教學資源、教學方式、考核方式等方面進行了探索和改革，著力培養學生解決復雜工程問題的能力。

1 實驗教學存在的問題

1.1 設備陳舊，臺套數不足 工程教育專業認證之前，福建農林大學食品工程原理實驗室的實驗設備使用時間超過10年，存在故障率高和運行不穩定等問題，難以保證正常的實驗教學，無法有效調動學生參與實驗的積極性。此外，由于實驗設備的臺套數不足，常常出現5～6位學生共用1臺實驗設備的現象，無法保證每位學生均有充足的動手機會。

1.2 教學方式傳統單一 食品工程原理實驗的教學模式較為單一，教師在課堂上講解實驗目的、原理、裝置以及數據整理等內容，并給學生演示實驗的操作流程。學生只需按部就班完成實驗操作和實驗報告，學生處于被動學習狀態，不利于培養學生的工程思維和實踐能力。

1.3 考核方式不盡科學合理 食品工程原理實驗的考核方式不盡科學合理，教師較少甚至不考核學生的實驗預習情況和實驗操作的表現，主要通過學生的實驗報告和考勤情況評定實驗課成績。這種考核方式下，學生不認真預習實驗，實驗操作時也存在消極怠工的現象;學生更愿意認真完成實驗報告，但同時也存在實驗報告嚴重抄襲的現象。

2 實驗教學改革與探索

2.1 改善實驗教學條件 以工程教育專業認證為契機，學校投入大量資金改善實驗教學條件，進而提高實驗教學質量。食品工程原理實驗室不僅購置了新的實驗設備，淘汰使用年限久及故障率高的設備，而且相應增加了實驗設備的臺套數。目前，實驗室可開設10項食品工程原理實驗項目，每項實驗項目均配有4套實驗設備。在改善教學條件的前提下，食品工程原理實驗教學大綱規定每臺實驗設備的學生數不得超過3人，確保學生能全員全程參與每個實驗。

2.2 引入虛擬仿真實驗教學資源 隨著現代信息技術和虛擬仿真技術的迅速發展，虛擬仿真實驗教學已經成為高等教育教學改革的新方向和亮點。近年來，許多高校根據自身教學需求建設了虛擬仿真實驗教學項目，福建農林大學也在2016年建設了食品工程原理虛擬仿真實驗教學平臺。教研室在開展食品工程原理實驗的虛擬仿真教學時，嚴格遵照“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則。首先，一些在實驗室不能有效開展的食品工程原理實驗項目，比如存在設備結構復雜、實驗耗時長和風險高等問題的多效真空濃縮實驗，學生可以在虛擬仿真實驗教學平臺完全地、反復地實驗。其次，虛擬仿真實驗可以幫助學生預習真實實驗，通過虛擬仿真實驗學生能更好、更快地熟悉實驗裝置和實驗流程，并能有效制定真實實驗方案。最后，在重大突發事件期間無法進行正常教學時，通過虛擬仿真實驗可以有效保障實驗教學的有序開展。2020年新型冠狀病毒肺炎疫情期間，教研室積極響應并落實教育部“停課不停學”的號召，積極開展在線虛擬仿真實驗教學，幫助學生鞏固和加深所學的食品工程原理理論知識并培養學生的工程實踐能力。目前，教研室對于虛擬仿真實驗仍處在學習和摸索階段，下一步將繼續探索虛擬仿真實驗和傳統實驗的有機結合，進一步提高食品工程原理實驗課的教學質量。

2.3 優化實驗教學方式 基于工程教育專業認證的理念和標準，教研室優化了食品工程原理實驗教學方式。在課前預習階段，學生通過實驗指導書熟悉實驗目的和實驗原理;借助虛擬仿真實驗熟悉實驗裝置的構造，模擬實驗操作流程，并且完成實驗的預習報告。實驗課堂上，教師通過“問題式”教學方式考察學生的預習情況，比如在做流體流動阻力實驗時，提問學生離心泵開車前的注意事項、如何排出管路中的氣泡、流體的流速如何計算、如何讀取直管阻力損失以及局部阻力損失等;在學生進行實驗操作時，教師監控學生的實驗過程、評估學生的實驗操作流程是否規范、記錄學生的實驗表現等，保證實驗教學安全有序進行。若發現學生的實驗出現問題時，教師則通過“啟發式”教學方式引導學生發現問題的根源，進而找到解決實驗問題的方法。這種“以學生為中心，老師為主導”的教學模式，有利于培養學生的學習自主性、思考能力和工程實踐能力。經過多輪實驗教學，發現學生在實驗課初期存在自信心不足的現象，學生反饋學習任務較重、壓力較大，實驗過程中出現的問題也比傳統教學方式多。但隨著實驗課程的逐步進行，大部分學生會逐漸適應這種教學方式并掌握有效的學習方法。

2.4 培養學生的團隊精神 團隊精神是工程技術人員應具備的核心素養之一，實踐教學不僅要培養學生的工程實踐能力和創新能力，還要培養學生的團隊精神[4]。食品工程原理實驗是團隊實驗，而且存在裝置復雜、操作步驟多、數據處理復雜等特點。因此，在確定學生分組名單后，授課教師要鼓勵同組實驗的同學通過團隊合作完成實驗課各階段任務;同組實驗成員共同討論和制定實驗方案并明確各自的實驗分工;實驗過程中出現問題時，同組成員需共同討論并解決問題;撰寫實驗報告階段，同組成員需共同完成數據整理、圖表繪制及結果與討論。在實驗設備臺套數充足的情況下，應合理控制實驗小組人數，3人1組的團隊氛圍最好，實驗教學效果也較好。

2.5 完善考核方式 為充分調動學生的學習主動性并進一步提高實驗教學質量，教研室對食品工程原理實驗課的考核方式進行了優化和完善。目前，食品工程原理實驗課的成績由考勤（10%）、實驗預習報告（10%）、實驗操作（50%）和實驗報告（30%）4部分構成。預習報告主要評估學生對實驗內容的熟悉程度以及實驗設計和方案的合理性。實驗操作的考核內容涉及學生實驗操作的規范性、團隊合作情況、實驗數據的完整性以及實驗室衛生整理等。實驗報告主要考察學生對實驗數據的計算和整理能力以及對實驗結果的分析能力。目前的考核內容涉及到課前預習、實驗操作以及撰寫實驗報告，因此大部分學生都能認真完成實驗的每個環節;尤其是提高了實驗操作表現的考核比例，實驗課的氛圍也比以往明顯活躍。

2.6 以賽促學，以賽促教 學科競賽是教育教學的重要環節，以學科競賽推動本科教學質量的提升是教育教學改革的重要舉措之一[5]。食品工程虛擬仿真大賽是由教育部高等院校食品科學與工程類專業教學指導委員會主辦的基于食品工程原理為主要內容的學科競賽，競賽內容包含食品工程原理的理論知識、虛擬仿真實驗操作以及現場實驗操作等。福建農林大學針對學生參加學科競賽出臺了配套的獎勵政策，學生參加食品工程虛擬仿真大賽的意愿強，教研室也會舉辦校內公開賽選拔優秀學生參賽。2018年和2019年福建農林大學師生參加全國食品工程虛擬仿真大賽均獲得理想成績。實踐發現，學科競賽能有效激發大部分學生的學習積極性和主動性，有效培養學生的拼搏精神、團隊精神和集體榮譽感;學科競賽的引入也督促教師認真備課并改進教學方式和方法;學科競賽增進了師生之間在課堂內外的交流與互動，進一步促進教師的教和學生的學，使教與學達到和諧統一。

3 結語

在工程教育專業認證背景下，食品工程原理實驗課的教學改革是一個持續過程，授課老師需在日常實驗教學中發現問題并嘗試采用更優的教學方案。筆者針對食品工程原理實驗課傳統教學中存在的問題，從改善實驗教學條件、引入虛擬仿真實驗教學資源、優化實驗教學方式、培養學生團隊精神、完善考核方式以及以賽促學、以賽促教等方面進行教學改革，以提高食品工程原理實驗課的教學質量，并更好地培養高素質的食品工程技術人才。

參考文獻

[1]王春霞.新工科背景下Visual Basic程序設計教學改革與探索[J].大學教育，2019（1）：93-95.

[2]儲江偉，吳曉紅，李宏剛，等.基于OBE的汽車服務工程專業課程體系構建研究[J].高教學刊，2018（15）：1-4.

[3]沈瑞敏.基于“卓越工程師”計劃的“食品工程原理”實踐教學改革[J].農產品加工，2019（8）：110-114.

[4]鄢磊.基于物聯網技術的嵌入式教學模式改進[J].科學時代，2014（12）：361-363.

[5]孫愛良，王紫婷.構建大學生學科競賽平臺，培養高素質創新人才[J].實驗室研究與探索，2012（6）：96-98.

（責編：徐世紅）