新工科背景下一流本科課程改革探討
——以《食品工程原理》為例

李霽昕，蔣玉梅，畢 陽(yáng)，米 蘭

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

“新工科”概念是在復(fù)旦大學(xué)2017年舉行的綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)上提出的，即：以新理念、新模式培養(yǎng)具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的新型工程人才[1]。吳巖在“2019年國(guó)際機(jī)械工程教育大會(huì)”上進(jìn)一步明確關(guān)于高校課程改革發(fā)展戰(zhàn)略，明確了新工科建設(shè)指引，推進(jìn)一流本科課程建設(shè)[2]。2019年10月，教育部發(fā)布《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》指出人才培養(yǎng)的核心要素是課程，人才培養(yǎng)的質(zhì)量直接由課程質(zhì)量決定。如何提升課程質(zhì)量、如何“面對(duì)新興工科、完成科學(xué)、人文、工程各學(xué)科的相互交叉，培養(yǎng)綜合性、復(fù)合型人才，鑄就創(chuàng)新精神”已成為新工科背景下一流本科課程建設(shè)所必須解決的問(wèn)題。本文以《食品工程原理》課程為例，讓“以學(xué)生發(fā)展為中心”的教育理念走入課堂，對(duì)新形勢(shì)下《食品工程原理》課程教學(xué)方式進(jìn)行探討，以期可以提升教學(xué)質(zhì)量、滿足“新工科”背景下對(duì)人才培養(yǎng)的要求。

1 《食品工程原理》的課程特點(diǎn)

《食品工程原理》課程是葡萄與葡萄酒工程專業(yè)、食品科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，課程核心是“三傳理論”，即質(zhì)量傳遞、熱量傳遞和動(dòng)量傳遞，介紹食品工程中單元操作的基本原理及其相關(guān)操作設(shè)備,為后續(xù)課程如《食品工程原理課程設(shè)計(jì)》、《食品工廠設(shè)計(jì)》、《食品機(jī)械與設(shè)備》的學(xué)習(xí)提供必要的理論知識(shí)，為將來(lái)學(xué)生從事食品機(jī)械設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！妒称饭こ淘怼氛n程來(lái)源于《化工原理》，包含了化學(xué)、食品科學(xué)、物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)、工程制圖等課程的相關(guān)知識(shí)，涉及多學(xué)科交叉，是其前續(xù)課程與后續(xù)課程之間的橋梁與紐帶,具有知識(shí)點(diǎn)繁雜、理論性強(qiáng)等特點(diǎn)[3]。我國(guó)許多食品學(xué)院均設(shè)在農(nóng)業(yè)院校，以甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院為例，其食品科學(xué)與工程專業(yè)、葡萄與葡萄酒工程專業(yè)的學(xué)生均為農(nóng)業(yè)院校中的工科專業(yè)學(xué)生，理工科基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，在《食品工程原理》課程學(xué)習(xí)過(guò)程中容易出現(xiàn)問(wèn)題，尤其是畏難厭學(xué)、懶學(xué)，學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高的問(wèn)題一直難以解決。在工程教育認(rèn)證過(guò)程中，根據(jù)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)自身情況，針對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)問(wèn)題重新修訂該課程的教學(xué)目標(biāo)，要求學(xué)生完成該課程的學(xué)習(xí)后能夠?qū)?shù)學(xué)、化學(xué)、食品工程原理等基礎(chǔ)知識(shí)運(yùn)用于食品加工單元的模擬與優(yōu)化，了解工程研究方法，判斷復(fù)雜食品工程問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)，具有一定“過(guò)程與設(shè)備”的選擇能力；能夠根據(jù)生產(chǎn)中的不同要求，對(duì)各單元操作進(jìn)行操作和調(diào)節(jié)，并在操作發(fā)生故障時(shí)，尋找產(chǎn)生故障的原因，具有一定的排除故障的能力；能夠基于工程科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法表達(dá)復(fù)雜食品工程問(wèn)題，了解過(guò)程強(qiáng)化的方向及改進(jìn)設(shè)備的途徑，針對(duì)食品生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析運(yùn)算求解，針對(duì)食品生產(chǎn)實(shí)際集成單元操作過(guò)程進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，了解工程及食品的成本構(gòu)成，理解其中涉及的工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策和方法。這對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與主動(dòng)性提出了更高的要求，而如何解決學(xué)生賴學(xué)、怠學(xué)問(wèn)題，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性就成了老師面臨的新挑戰(zhàn)。

2 轉(zhuǎn)變理念，“以學(xué)生發(fā)展為中心”

要解決學(xué)生賴學(xué)、怠學(xué)的問(wèn)題，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，首先要做到“以學(xué)生發(fā)展為中心”。“以學(xué)生發(fā)展為中心”，就是以學(xué)生為本，具體到一門課程中，就先要在授課過(guò)程中“以學(xué)生為中心”。傳統(tǒng)的“以教師為中心”的教學(xué)傾向于集權(quán)型組織，效率較高，但無(wú)法發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造性思維，不能充分激勵(lì)學(xué)生發(fā)揮主動(dòng)性思維，知識(shí)再創(chuàng)造的可能性被大大降低[4]。教育部發(fā)布《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》中明確指出要杜絕單純知識(shí)傳遞、忽視能力素質(zhì)培養(yǎng)的現(xiàn)象；要強(qiáng)化課堂的互動(dòng)，改變“老師講、學(xué)生聽”僵硬的教學(xué)模式，發(fā)揮老師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的互動(dòng)性，通過(guò)交流溝通，進(jìn)一步加強(qiáng)隊(duì)學(xué)生批判性思維的培養(yǎng)，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性。而“以學(xué)生為中心”的教育理念具有人本性、自主性、引導(dǎo)性和差異性，從學(xué)生的發(fā)展著手，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)部動(dòng)機(jī)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，從多維度促進(jìn)學(xué)生和諧發(fā)展[5]。

“以學(xué)生發(fā)展為中心”需要高等院校的管理、服務(wù)、課堂管理模式、教師教學(xué)方法及教、學(xué)評(píng)價(jià)手段等多方面的協(xié)調(diào)與支持。食品科學(xué)與工程專業(yè)在工程教育認(rèn)證過(guò)程中完成了對(duì)教學(xué)大綱的修改，轉(zhuǎn)變了教學(xué)的目的與任務(wù)，將教學(xué)的重心放在“學(xué)”而不是“教”。教師也需要從絕對(duì)權(quán)威的“教”，轉(zhuǎn)而與學(xué)生拉近距離，變?yōu)椤皢l(fā)”、“討論”為主。將教師放在“指導(dǎo)”與“引導(dǎo)”的位置，提高了對(duì)教師的要求，教師需要針對(duì)課程的性質(zhì)與特色，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式做一定的改動(dòng)。

3 運(yùn)用“以學(xué)生為中心”教學(xué)理念，探討《食品工程原理》課程改革

3.1 利用案例教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性

“案例”教學(xué)法是一種運(yùn)用案例進(jìn)行教學(xué)的方法。在教學(xué)過(guò)程中，要求根據(jù)教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)目的和要求選擇特定的案例，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生提前進(jìn)行閱讀思考，然后教師和學(xué)生共同對(duì)案例進(jìn)行分析討論，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)案例去尋找實(shí)現(xiàn)途徑等[6]。案例教學(xué)的一個(gè)特點(diǎn)就是不在乎是否可以得到正確答案，重點(diǎn)在于推導(dǎo)答案的思考過(guò)程?！妒称饭こ淘怼肥且婚T應(yīng)用型的基礎(chǔ)課程，是將實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)結(jié)果的橋梁性課程。食品的種類五花八門，食品加工工藝千變?nèi)f化，實(shí)現(xiàn)的途徑多種多樣，這有利于實(shí)施案例教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。批判性思維的形成有利于創(chuàng)新型人才的成長(zhǎng)，學(xué)生可以進(jìn)行批判性思維，但其批判性思維的能力需要通過(guò)教師有技巧的教學(xué)去加強(qiáng)[7]。

案例教學(xué)有助于樹立學(xué)生的工程觀念，以食品加工生產(chǎn)中的真實(shí)單元操作或系統(tǒng)為案例，引導(dǎo)學(xué)生分析討論，根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)和工藝要求，通過(guò)分析計(jì)算，判斷設(shè)備、系統(tǒng)、工藝設(shè)計(jì)選擇的是否合適，分析設(shè)備選型的依據(jù)，推導(dǎo)優(yōu)化集成系統(tǒng)。通過(guò)案例分析，將理論課與實(shí)踐相結(jié)合，一方面可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力及批判性思維的習(xí)慣，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造性潛能和創(chuàng)新意識(shí)。另一方面可以培養(yǎng)學(xué)生將數(shù)學(xué)、物理學(xué)、工程基礎(chǔ)、化學(xué)及食品科學(xué)的相關(guān)知識(shí)運(yùn)用于解決復(fù)雜的食品工程問(wèn)題的能力；應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、工程基礎(chǔ)、化學(xué)及食品科學(xué)的基本原理，判斷并發(fā)現(xiàn)復(fù)雜食品工程問(wèn)題中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)、調(diào)節(jié)各單元操作，發(fā)現(xiàn)并排除故障、改進(jìn)設(shè)備；幫助學(xué)生更好的了解食品生產(chǎn)中涉及的各種單元操作，并掌握單元操作過(guò)程的基本規(guī)律；了解工程研究方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.2 結(jié)合研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)造性人才

研究性學(xué)習(xí)可使學(xué)生自覺完成理論向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)化，驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析解決問(wèn)題的能力，發(fā)掘其創(chuàng)造潛力。研究性學(xué)習(xí)倡導(dǎo)的是一種新的學(xué)習(xí)方式，它強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)探索性學(xué)習(xí)，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，聯(lián)系學(xué)生的個(gè)人生活和其所觀察接觸的社會(huì)生活，選擇和確定研究項(xiàng)目，并通過(guò)個(gè)人或小組合作的方式進(jìn)行[8]。傳統(tǒng)《食品工程原理》課程教學(xué)中以理論課為主，結(jié)合一定學(xué)時(shí)的課程實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，動(dòng)手能力較差，無(wú)法獨(dú)立承擔(dān)相關(guān)任務(wù)，畢業(yè)入職后需要經(jīng)歷再培訓(xùn)?，F(xiàn)代大學(xué)同時(shí)承擔(dān)著人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和社會(huì)服務(wù)的任務(wù)，利用這一先天優(yōu)勢(shì)，將人才培養(yǎng)與科學(xué)研究結(jié)合起來(lái)，鼓勵(lì)本科生以自由小組的模式參與科學(xué)研究，進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，即根據(jù)要解決的問(wèn)題尋求任務(wù)，由學(xué)生自己解決問(wèn)題。任務(wù)可由教師布置，也可由學(xué)生自己尋找其感興趣又有意義的問(wèn)題。學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師身份主要是指導(dǎo)者與評(píng)價(jià)者，而由學(xué)生擔(dān)任組織、管理、研究的角色。在任務(wù)完成的過(guò)程中，學(xué)生為解決問(wèn)題主動(dòng)探索研究、不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，在此過(guò)程中獲取知識(shí)，并應(yīng)用這些知識(shí)解決問(wèn)題，將被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，完成知識(shí)的積累并獲取實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將所學(xué)理論與實(shí)踐相結(jié)合，在鞏固加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，從社會(huì)經(jīng)驗(yàn)積累、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面全方位培養(yǎng)學(xué)生能力，開拓學(xué)生的視野與思維，為培養(yǎng)創(chuàng)造性人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 混合式教學(xué)

2017年，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)搭建了混合式教學(xué)平臺(tái)，基于互聯(lián)網(wǎng)的使用可以讓在線課程輕松融合文字、動(dòng)畫、視頻、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等資源。對(duì)于《食品工程原理》這類原理類的課程來(lái)說(shuō)，動(dòng)畫、視頻在課程中的應(yīng)用對(duì)于教、學(xué)雙方都裨益良多。單純的用文字、圖片去形容講解設(shè)備安裝工作的原理往往晦澀難懂，而動(dòng)畫、視頻卻能夠輕松的解決這一問(wèn)題，通過(guò)形、色、音全方位的刺激學(xué)生的反射系統(tǒng)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)辯證的思考問(wèn)題。線上線下結(jié)合，有利于師生的互動(dòng)交流，保障信息的及時(shí)反饋。混合式教學(xué)平臺(tái)的搭建基于互聯(lián)網(wǎng)，適應(yīng)于“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代學(xué)生學(xué)習(xí)的需求。利用互聯(lián)網(wǎng)，優(yōu)化整合網(wǎng)上的相關(guān)信息、資料、資源，有效解決網(wǎng)上信息資源魚龍混雜，學(xué)生無(wú)法精準(zhǔn)有效的篩選資源信息的問(wèn)題，為學(xué)生提供大量的、優(yōu)質(zhì)的相關(guān)課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源。同時(shí)，利用混合式教學(xué)平臺(tái)，將學(xué)生的自主學(xué)習(xí)納入教師的監(jiān)控，教師可以及時(shí)的從平臺(tái)反饋的數(shù)據(jù)中了解學(xué)生學(xué)習(xí)中的興趣點(diǎn)及問(wèn)題，對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供有針對(duì)性、有目標(biāo)性的指導(dǎo)幫助，在激發(fā)學(xué)生起學(xué)習(xí)的積極性、帶動(dòng)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲的同時(shí)起到引領(lǐng)示范作用，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與效果。

3.4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展的產(chǎn)物，運(yùn)用多媒體、人 工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)的信息技術(shù)，營(yíng)造出與真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、操作環(huán)節(jié)一致的軟硬件環(huán)境[9]。一些食品工程原理課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目耗時(shí)長(zhǎng)，受教學(xué)課時(shí)及學(xué)生時(shí)間的限制，不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重復(fù)操作，不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、原理及操作的熟悉；一些項(xiàng)目危險(xiǎn)性比較大，學(xué)生還未熟悉儀器設(shè)備就直接上手操作，安全隱患較大，對(duì)于實(shí)驗(yàn)安全維護(hù)的壓力也比較大；還有一些設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜或卸不便，學(xué)生也難以通過(guò)外觀了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；而由于設(shè)備本身重量、設(shè)備占地面積及教學(xué)經(jīng)費(fèi)等多方面問(wèn)題的影響，一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不能在實(shí)驗(yàn)課程中開出。引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，可以有效的解決上述食品工程原理課程實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，先在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上反復(fù)操作，熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)流程，制定切實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)方案，讓實(shí)操實(shí)驗(yàn)變成學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)與論證，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，降低了實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性；食品工程原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)三維動(dòng)畫模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備的組成部分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并有簡(jiǎn)單有趣的設(shè)備安裝鏈接練習(xí)動(dòng)畫，將抽象的理論知識(shí)形象化、具體化，增加了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性與趣味性，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及操作原理；對(duì)于一些因?qū)嶒?yàn)條件限制難以開出的食品工程原理課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以先利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，真正做到虛實(shí)結(jié)合，互相補(bǔ)充。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用，也是應(yīng)對(duì)突發(fā)重大事件的有效武器。2020年新型冠狀病毒肺炎的突然爆發(fā)，我國(guó)高校普遍推遲2020年春季開學(xué)時(shí)間，教育部發(fā)起“聽課不停學(xué)”的號(hào)召，各高校紛紛開展線上教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)遇到了前所未有的困難。面對(duì)這一情況，不少虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在疫情期間免費(fèi)向高校提供教學(xué)資源，尤其是云資源，保障了食品工程原理課程實(shí)驗(yàn)在疫情期間有效有序的進(jìn)行，有效的幫助學(xué)生完成食品工程原理理論知識(shí)的鞏固和深化，讓學(xué)生工程實(shí)踐能力進(jìn)一步得到了鍛煉，完成了實(shí)驗(yàn)課程對(duì)理論課程的補(bǔ)充與深化。

4 結(jié)語(yǔ)

習(xí)近平總書記2018年在北京大學(xué)師生座談會(huì)上的講話中指出：人才培養(yǎng)體系必須立足于培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人這個(gè)根本問(wèn)題來(lái)建設(shè)[10]。人才培養(yǎng)涉及方方面面，而“教學(xué)”這個(gè)方面就是老師的戰(zhàn)場(chǎng)。社會(huì)在進(jìn)步，行業(yè)在發(fā)展，食品市場(chǎng)日新月異，食品生產(chǎn)技術(shù)不斷革新，為食品相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)人才而設(shè)置的《食品工程原理》課程的教學(xué)也需要與時(shí)俱進(jìn),不斷更新改革。