應(yīng)用型人才培養(yǎng)背景下的食品工程原理教學(xué)研究與實(shí)踐*

彭 丹,孫尚德，紀(jì)俊敏，魏安池，辛 穎

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院, 河南 鄭州 450001)

應(yīng)用型人才是促進(jìn)國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要奠石。然而，目前高校人才供給與社會發(fā)展需求存在較大的差距，高校畢業(yè)生就業(yè)難及質(zhì)量低的問題已突顯出來[1]。為提高大學(xué)生就業(yè)能力，更好地服務(wù)于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建立以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)機(jī)制，是目前高校教育改革的重要課題[2]，也是我國高校教育發(fā)展的必然階段。

《食品工程原理》是食品類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[3]，是大多數(shù)食品院校研究生入學(xué)考試的一門課程，也是支撐食品類專業(yè)課程體系的重要組成部分，對于提高學(xué)生實(shí)踐操作能力、培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題能力、激發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新具有重要的作用[4]。食品工業(yè)化生產(chǎn)過程中包括各種典型的單元操作的應(yīng)用，如流體輸送、換熱、蒸發(fā)、萃取等。這些單元操作涉及很多的基礎(chǔ)理論、典型設(shè)備和工程計(jì)算方法，但各單元操作之間關(guān)聯(lián)緊密性不強(qiáng)，學(xué)生不易梳理各章節(jié)之間的關(guān)系，而且內(nèi)容抽象，難以理解和掌握[5]。如何使學(xué)生掌握和運(yùn)用食品工程原理基本理論知識、計(jì)算和設(shè)備等，提高學(xué)生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)、實(shí)踐操作等能力，已成為食品工程原理課程教學(xué)改革亟待解決的問題[6]。因此，本文以成果為導(dǎo)向的教育理念，從實(shí)際問題出發(fā)，堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，圍繞食品工程原理的教學(xué)模式、內(nèi)容及評價(jià)體系等方面，探討提升教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)改革措施。

1 課程教學(xué)存在的問題

隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，食品領(lǐng)域?qū)θ瞬啪C合技術(shù)能力的要求也越來越高。在國外發(fā)達(dá)國家，食品工程技術(shù)的基礎(chǔ)來源于食品工程原理，而在我國食品工程原理參與食品工業(yè)的作用并未突顯出來[7]。目前，食品工程原理教學(xué)主要存在以下幾點(diǎn)問題。

1.1 教學(xué)模式單一

《食品工程原理》課程是一門與實(shí)際工程聯(lián)系十分緊密,具有較強(qiáng)應(yīng)用性的必修專業(yè)基礎(chǔ)課。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，主要通過老師傳授，采用填鴨式教學(xué)方法，嚴(yán)重阻礙學(xué)生獨(dú)立思考能力的發(fā)展，而且教學(xué)內(nèi)容更多注重的是理論課程學(xué)習(xí)，實(shí)踐課程內(nèi)容較少，這就使得學(xué)生對于所學(xué)的知識掌握不牢、理解不深。尤其是對于典型的設(shè)備，如離心泵、板框壓濾機(jī)、精餾塔等的工作過程難以理解。俗話說：“基礎(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖”，要想提高學(xué)生工程能力，需要打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，增加實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容。

1.2 自主學(xué)習(xí)能力和意識缺乏

培養(yǎng)食品科學(xué)與工程專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才，需要提高學(xué)生探求知識的積極性和探索知識的主動(dòng)性。在傳統(tǒng)教育的影響下，學(xué)生習(xí)慣于被動(dòng)接受的學(xué)習(xí)模式，缺少自主學(xué)習(xí)的意識，特別是基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生會產(chǎn)生厭學(xué)情緒，個(gè)別學(xué)生學(xué)習(xí)熱情時(shí)高時(shí)低，無法持之以恒。如果老師僅考慮教學(xué)任務(wù)，忽視學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，這樣就更促使學(xué)生被動(dòng)聽課，不愿意獨(dú)立學(xué)習(xí)和思考，更無法提出問題和表達(dá)自己獨(dú)特的見解。孔子說：“學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”。思考是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵，只有獨(dú)立思考，才能把知識融會貫通，有創(chuàng)新、有發(fā)展，才能不斷提升自己的學(xué)習(xí)能力。

1.3 考核與評價(jià)方式單一

傳統(tǒng)“食品工程原理”課程成績主要考察學(xué)生課堂表現(xiàn)、基礎(chǔ)知識的掌握情況以及課下作業(yè)的完成情況，而對于知識應(yīng)用能力和操作能力缺少綜合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)、動(dòng)腦的積極性，容易出現(xiàn)課堂留號、作業(yè)抄襲等現(xiàn)象，更難以培養(yǎng)學(xué)生分析問題以及綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決工程問題的能力。

2 應(yīng)對問題的措施

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出，引導(dǎo)高校從治理結(jié)構(gòu)、專業(yè)體系、課程內(nèi)容、教學(xué)方式、師資結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行全方位、系統(tǒng)性的改革，把辦學(xué)定位轉(zhuǎn)到培養(yǎng)應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才上來，轉(zhuǎn)到增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力上來[8]。為了改變以往培養(yǎng)人才模式，把傳統(tǒng)的課堂講授式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾魇綄W(xué)習(xí)，以學(xué)生為中心，使學(xué)生從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作研討，課題組針對食品工程原理課程現(xiàn)有問題，分別從課程內(nèi)容、授課方式、評價(jià)模式等方面進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

2.1 課程內(nèi)容調(diào)整

為了滿足培養(yǎng)應(yīng)用型工程類人才的需要，結(jié)合OBE理念和教學(xué)目標(biāo)定位，改革和優(yōu)化食品工程原理課程內(nèi)容，對理論講授課時(shí)適量減少，增加實(shí)踐教學(xué)課時(shí)。本專業(yè)2017年培養(yǎng)方案修訂中將《食品工程原理》理論教學(xué)課時(shí)由原來的64學(xué)時(shí)減少到54學(xué)時(shí)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課時(shí)由原來的12學(xué)時(shí)增加到18學(xué)時(shí)。課程內(nèi)容根據(jù)目前食品科學(xué)與工程專業(yè)對生產(chǎn)技術(shù)的需要，在動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過程中選取應(yīng)用較多的流體輸送、換熱、干燥等內(nèi)容重點(diǎn)講解，公式推導(dǎo)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合，通過實(shí)際工程問題的應(yīng)用，提高學(xué)生對知識的熟練程度，引導(dǎo)學(xué)生舉一反三。

2.2 授課模式改進(jìn)

改變老師為主的授課模式，通過學(xué)生自學(xué)、課堂講授、習(xí)題測試、課堂討論、實(shí)踐等靈活多樣化教學(xué)環(huán)節(jié)和授課形式，讓學(xué)生深刻掌握和理解各單元操作的基本理論及相關(guān)知識。結(jié)合精品網(wǎng)絡(luò)課程資源，讓學(xué)生廣泛搜集食品加工相關(guān)的資料，并提供基礎(chǔ)知識素材開展課前預(yù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)資料的檢索和利用能力；選擇典型的糧油食品加工視頻與課程內(nèi)容相結(jié)合，外延課本知識，加深對理論知識學(xué)習(xí)的同時(shí)，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識對食品相關(guān)工藝流程做出正確工藝技術(shù)的選擇與判斷，提升學(xué)生工藝設(shè)計(jì)能力。采用課堂討論的模式進(jìn)行授課，提前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，以3～5人為一組，通過小組成員合作共同完成，在課堂上以學(xué)生為主角進(jìn)行講授，學(xué)生們開展討論，教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并解決問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神以及勤于思考、敢于創(chuàng)新的能力。此外，借助國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺，使學(xué)生更深入了解每個(gè)單元操作在食品加工過程中的作用，開拓學(xué)生的視野，同時(shí)也提升學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。

圖1 流體流動(dòng)單元操作思維導(dǎo)圖Fig.1 Fluid flow unit operation mind map

食品工程原理需要講授的內(nèi)容較多，包括了大量的概念、定律、公式和圖表，使得學(xué)生難以完全掌握。為此，在教學(xué)過程中教師采用類比法引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，尋找其內(nèi)部的相似性和關(guān)聯(lián)性以及歸納影響因素。例如，動(dòng)量傳遞理論中Newton黏性定律、熱量傳遞理論中Fourier導(dǎo)熱定律、質(zhì)量傳遞理論中Fick擴(kuò)散定律是很相似的，方程式左邊均為傳遞通量，分別為單位時(shí)間單位面積傳遞動(dòng)量、熱量和質(zhì)量；方程式右邊均有梯度，分別為動(dòng)量、熱量和質(zhì)量梯度；系數(shù)均為物性參數(shù)，分別為黏性系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)。不僅如此，還通過案例法讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握新的知識，提高其對知識的應(yīng)用能力。例如，借助熟悉的空調(diào)制冷過程引出制冷的原理和特點(diǎn)；講授流體輸送時(shí)引用一句諺語“人往高處走，水往低處流”，引入輸送機(jī)械的作用；講熱傳導(dǎo)過程時(shí)，以建筑材料空心磚為例，分析其對房屋作用，從而引出物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)概念并討論其物理含義。此外，應(yīng)用“思維導(dǎo)圖”方法如圖1所示，幫助學(xué)生理解和掌握每個(gè)單元操作相關(guān)內(nèi)容。

2.3 理論與實(shí)踐結(jié)合

食品工程原理課程屬于實(shí)踐性和工程性較強(qiáng)的課程。理論教學(xué)時(shí)不能僅僅是紙上談兵，還要結(jié)合實(shí)踐。教學(xué)改革后教師通過實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)，打破理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的界限，讓學(xué)生理解和掌握理論知識的同時(shí)，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，激發(fā)學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的熱情和動(dòng)力，增加學(xué)生的求知欲望。此外，對于實(shí)驗(yàn)條件有限的單元操作內(nèi)容，課題組收集大量的動(dòng)畫及教學(xué)視頻，通過多媒體的方式展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程、設(shè)備結(jié)構(gòu)等，使學(xué)生更形象地理解和掌握相關(guān)單元操作的基本原理和設(shè)備工作過程。在食品工程原理課程設(shè)計(jì)時(shí)，每人一題，通過計(jì)算、查表、畫圖等環(huán)節(jié)，鞏固《食品工程原理》、《高等數(shù)學(xué)》和《工程制圖》等課程的基礎(chǔ)理論知識，也為后續(xù)課程以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 綜合評價(jià)模式的建立

綜合評價(jià)是對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的課堂表現(xiàn)、作業(yè)情況、實(shí)驗(yàn)操作和考試等方面進(jìn)行全面綜合性評定，通過加權(quán)方式量化評分。考試成績從原有100%降低至60%，增加了平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)成績，分別占20%。平時(shí)成績是從課堂提問、測試和討論等方面考查學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握和理解程度。實(shí)驗(yàn)成績依據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生操作的熟練程度及運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題情況來評價(jià)。通過綜合評價(jià)不僅提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，而且激發(fā)學(xué)生的動(dòng)手能力和工程技術(shù)能力的提高。

2.5 其 他

為了有效提高食品工程原理課程的教學(xué)質(zhì)量，還在教學(xué)過程中利用調(diào)查問卷以及微信、QQ、郵箱等互動(dòng)形式，調(diào)查學(xué)生對教師及教學(xué)形式的認(rèn)可程度、作業(yè)和教學(xué)內(nèi)容等的建議，以便及時(shí)采納和應(yīng)用有益于課程教學(xué)效果的方法。此外，課程采用小班授課，一方面便于教師把握每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及程度，調(diào)整授課進(jìn)度和補(bǔ)充課外資料；另一方面便于教師有針對性的輔導(dǎo)不同學(xué)習(xí)程度的學(xué)生，提高班級整體的教學(xué)效果。

3 結(jié) 語

食品工程原理在食品專業(yè)課程中有著橋梁和承上啟下的重要作用。通過食品工程原理課程教學(xué)問題分析，提升學(xué)生主體地位，探索國際化工程教育大背景下教學(xué)改革的方法和措施，借助多媒體、實(shí)踐和課堂討論方式來有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，充分發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)立思考、處理和解決實(shí)際問題的能力，以及計(jì)算和動(dòng)手操作的能力，讓學(xué)生感受到自主學(xué)習(xí)的快樂和成就，加快我國工程教育進(jìn)程，提升學(xué)生整體素質(zhì)，對推進(jìn)“一流專業(yè)”建設(shè)具有重要的意義。