結合USRP創新活動的“食品工程原理”教學方法研究

盛建國 劉 暢 孔德昭 李雅琪 史巧巧

（江蘇科技大學糧食學院，江蘇鎮江212100）

國家大學生創新性實驗計劃是高等學校本科教學“質量工程”的重要組成部分，旨在探索并建立以問題和課題為核心的教學模式，倡導以本科學生為主體的創新性實驗改革，全面提升學生的創新實驗能力?！笆称饭こ淘怼闭n程的理論和實驗教學，在大學基礎教學中處于重要的地位，是培養食品質量與安全專業學生理論知識、實驗技能和綜合素質的重要組成部分。對此課程進行理論和實驗教學的改革與創新是培養創新型人才的重要途徑[1]。根據食品質量與安全專業綜合發展要求，我校在“食品工程原理”課程理論和實驗教學中引入USRP（Undergraduated Student Research Program）創新教學法[2]，在提高“食品工程原理”課程的理論和實驗教學效果的方法和途徑上取得了較好效果。

1 “食品工程原理”課程教學指導思想及USRP創新活動內涵

“食品工程原理”課程理論和實驗教學的指導思想是：與社會發展需求相適應，以現代教育理念為依據，全面貫徹“新工科”和工程教育專業認證理念，采用USRP創新教學法，以線上和線下相結合的方式，提高學生自主學習、思考和解決問題的能力[3]。

為鼓勵大學生自主學習和創新創業，一些高校開展了課余實驗研究創新活動（USRP創新活動）。USRP創新活動是指大學生在課余時間進入實驗室，在教師的指導下，用2～3個月的時間進行一個課題的實驗研究[4]。USRP創新活動的項目將課程教學內容與創新活動結合起來，不僅能使學生加深對專業知識的理解，而且還能使食品工程實驗室更有效地服務于教學活動。

2 結合USRP創新活動的“食品工程原理”教學方法探索

2.1 教師教學由主導變引導 學生學習由被動變主動

USRP創新活動的引入，使教師變成組織者，在教學中由主導變引導，學生學習由被動變主動，這也是因“新工科”和工程教育專業認證的要求所決定的。

2019年開始，我校食品工程原理實驗室對二、三年級學生開放，以便學生進行USRP創新活動。創新活動項目來源于教師的科研和企業的需求，給學生留有充分的、發揮主觀能動性的余地[5]。USRP創新活動側重于對知識的綜合應用，是課內教學活動的重要補充，是對學生培養模式的創新。USRP創新活動的良好經驗已經在兄弟院校傳播，形成了一定的影響[6]。學生在“食品工程原理”實驗中提出的一些創新思路，教師都會積極鼓勵并創造條件開展實驗。我院實驗中心有多種設備，從學生一年級起，教師就鼓勵學生自主結合參與USRP創新項目。目前，我院各年級都有二、三十個創新小組、近百名學生參加，創新小組的指導教師部分來自學生家長，部分則來自往屆畢業生。

在學生USRP創新活動過程中，教師積極引導，及時糾正錯誤操作，引導學生分析錯誤操作產生的原因，讓學生學會利用食品工程原理解釋遇到的問題，然后采用正確的方法，從而獲得實驗技能。對創新實驗操作中發現的疑難問題，多采用討論、研究的方法，充分調動學生的積極性，培養學生創新實驗工作能力。教師通過引入各種實例，結合食品工程原理基本知識進行分析，可以促進學生創新意識的培育，拓寬學生的知識面和學術視野，全面提升其綜合素質。USRP創新活動中的部分任務由學生家長或企業工程技術人員擔任，某些任務可由學生在家或者工廠車間完成，教師也可以變為學習和討論者中的一員。

興趣是最好的老師，學生學習最主要的動力往往來自他們的興趣。教師在課堂上講解“食品工程原理”理論知識時，可以與自己的科研項目結合，以真實案例闡明這門課程在實際中的應用，甚至可讓學生參與到科研中。由此，不僅可以激發學生的好奇心和求知欲，而且能更有效調動學生學習食品工程原理知識的積極性。學生在相應的學習情境中，利用科學的方法來理解和解決實際問題，實現知識和能力辯證統一的目標[7]。同時，在未知科學的探索研究中，教師鑄就的優秀學術品德和創新精神會給學生留下深刻的影響，教師將成為學生永遠學習的榜樣。

受疫情影響，2020年上半年，學校不能進行課堂集中教學，而采用學生在家就地學習，老師網上進行指導的方式。在“食品工程原理”學習方面，老師布置了很多小任務，要求學生在日常生活中，結合課程理論知識點，自己在家或附近的工廠、車間進行實驗和理論驗證。例如：通過燒煮開水可以驗證傳熱單元操作中熱傳導、熱對流的理論和實驗知識；晾曬衣服可以驗證干燥單元操作中濕度、焓的理論和實驗知識；擠壓水果取汁可以驗證過濾單元操作中濾餅、濾液產生的理論和實驗知識等。通過實際操作，學生理解了“食品工程原理”課程中的很多理論知識點，提高了自己的實際動手能力。

2.2 完善理論和實驗教學學生成績的評定方法

（1）提高獨立創新實驗成績比重。受重理論輕實驗的影響，過去實驗課時較少，考核方法也較簡單，實驗考試所占分值比例偏低。為改變這種狀況，對“食品工程原理”理論和實驗教學成績評定方式進行了改革，著重考查學生對理論知識的理解能力和獨立創新實驗的工作能力，把獨立創新實驗成績占總成績的比重由原來的20 %提高到60 %，從而激勵學生重視創新實驗。

（2）采用多元化的考核評價方式。利用課堂提問、開放性小測試、設計型作業、實驗和期末考試等考核方式對學生進行綜合評價，探尋和構建既能體現學生對所學知識的掌握程度，又能促進學生創新能力和個性化發展的考試方式。另外，利用實驗技能大賽、食品科學和工程類學術創新成果大賽、食品工程虛擬仿真實驗競賽、互聯網+創新創業大賽等多種競賽資源，以賽促學、以賽促教，適當地將競賽成果納入食品工程原理課程考核成績的評定，多方面有效地推動創新創業人才培養的改革。

2.3 利用虛擬仿真技術實現線上教學

利用網上慕課平臺進行“食品工程原理”理論遠程教學，并開展虛擬仿真實驗，由此學生在家就可以利用電腦學習理論知識、模擬實驗操作，并能在網上進行研討。我校研制的“食品工程原理”仿真技術，是食品工程系統的數字虛擬仿真，在計算機上建立的虛擬操作場景與現代化食品生產實時控制過程極其相似。學生通過“食品工程原理”虛擬仿真實驗操作，提高了對連續生產食品生產過程的工藝、控制系統的動態特性的了解，拓展了思維。

在仿真實驗中，通過立體的模型和流體動態的流動，可以讓學生更直觀地看到一個產品的生產過程，以及生產過程中所需設備。讓學生運用模擬軟件操作與控制設備，可以更好地理解這些設備的工作原理。學生在這種模擬實驗操作過程中還會發現一些問題并會設法解決，從而激發其思考和認知。此外，在“食品工程原理”操作實驗中教會學生用Excel軟件工具繪制各種曲線，不僅能使學生更清晰地理解所學內容，而且還能增強學生的創新性與創造性。

近幾年，我院引進了很多博士、專家，有的來自企業，有的來自國外，具有年紀輕、外語水平高等優勢。在“食品工程原理”教學中，這些年輕教師會使用外語講解一些專業術語，同時要求學生采用外語完成作業、撰寫實驗報告，不僅提高了學生的專業外語水平，也提高了學生的學習興趣[8]。

3 結語

“食品工程原理”的理論和實驗教學是培養創新型人才的重要途徑。目前，“新工科”和工程教學認證都要求加強對學生動手能力和創新能力的培養，在“食品工程原理”教學中，USRP創新活動的引入，不僅可以彌補“食品工程原理”理論授課的不足，更有利于學生由被動學習轉為主動學習，提高學習興趣，對滿足建設創新型國家的需要，培養21世紀高素質創新型人才具有著重要意義。