鼓勵學生以實際應用為導向進行“食品工程原理”課程學習

宋云云，劉偉民，陸道禮

（江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江212013）

0 引言

作為食品專業的必修課程，“食品工程原理”以食品加工生產過程中的單元操作為基礎，研究各單元操作的原理、設備設計及操作和開發過程[1]，是一門工程應用性和實踐性較強的課程。該課程是食品專業的本科生初次接觸理論性和工程性較強的課程[2-3]，涉及大量的公式推導和理論計算，學生不易理解，學習起來困難較大。此外，傳統的“填鴨式”講授模式和考核形式不利于完全展現該課程對現代應用型人才的培養，且難以反映學生的真實水平。因此，針對“食品工程原理”課程學習的難點，結合理論教學與實踐教學，通過案例教學、情景模擬和工廠實習引導學生通過實際應用進行“食品工程原理”課程學習，從生活出發，立足于工程應用，使學生由淺入深地了解單元操作的原理和設備設計，為培養現代社會所需要的食品專業型人才奠定基礎。

1 以實際應用為導向的教學方法

1.1 教學方法概述

“食品工程原理”是一門工程應用性及實踐性較強的課程，該課程內容包含大量的物理單元操作原理、食品加工設備設計及選型計算等，但在學校教學中難以還原具有大型生產設備的車間和流水線，教師可以通過工廠實習帶領學生現場教學。例如，果汁、乳品生產企業中流體機械運輸產品真空泵的選用，釀酒過程中蒸發、蒸餾原理的利用等，通過生產實踐加深學生對單元操作過程原理的理解，結合課堂教學使學生能夠更好地掌握理論知識，目的在于更合理地設計生產設備，提高學生的綜合能力。此外，教師可以借助多媒體手段播放教學視頻，或者帶領學生參觀食品類科研小試或中試流程及裝置，以生動形象的案例引導學生進行課程學習。例如，在學習流體輸送機械相關內容前，利用如何將質量為1 000 kg的水輸送到食品學院6樓的案例，引導學生學習流體輸送原理和離心泵的選用及為后續的實驗做準備；再如，課前要求學生調查超市食品，記錄芒果干、草莓干和干制蔬菜等各類不同的食品及思考其是如何生產的，課上討論再引出干燥的概念及不同的干燥方式；利用食品加工生產線的蒸煮、烘焙等不同食品加工方式視頻，引出三傳中的熱量傳遞；通過列舉空調和冰箱等實際應用中出現問題的引導，引出制冷循環理論的學習和計算。以實際生活案例為導向，引導學生將實際應用與單元操作原理聯系起來，拉近課程與現實的距離，理論教學和實踐教學的有機結合在學習過程中將起到事半功倍的效果[4]。

1.2 理論教學中實際應用的引導

在鼓勵學生以實際應用為導向進入“食品工程原理”課程學習之前，教師要做好準備工作確保教學活動的順利進行。首先，教師要對教學案例做篩選，案例必須是成功且有典型意義的，必須能給學生帶來一定的啟示和體會，能夠反映真實的教學情景，是對當前課堂講授的具體物理單元操作的再現。在此期間，教師必須明確教學目標，根據教學內容選擇教學案例，所挑選的案例能夠系統概括當前課堂的教學內容，教學案例、教學目標和教學內容相結合的方式有利于保證教與學的一致性，大大提高教學效率；其次，教學案例的設計，教師應該盡量設計與現實生活密切相關的案例，不僅可以引起學生的共鳴，激發學習熱情，提高學生自主學習能力，促使其迫切尋求解決問題的方法，還可以通過整合舊的知識開辟學習新知識的路徑，構建知識框架進一步提高綜合能力[5]。當引入案例教學時，教師應該啟發學生提出問題，帶著問題去思考、探索及相互討論，并尋求解決問題的方法。當學生提出自己的觀點和思考后，教師應該進行歸納總結，結合具體教學案例，對問題一一答疑，并再次讓學生分組討論。所謂“溫故而知新”，通過整合已有知識提出問題并解決問題，結合新原理新方法構建新的知識體系，有助于形成邏輯自洽的知識脈絡。例如，講授對流傳熱系數對傳熱過程的影響時，通過精心設計，結合學生未來生活的必然經歷，以喂哭鬧嬰兒奶粉為例，由學生回答在只有開水、不銹鋼杯和自來水的情況下如何才能快速喂好孩子，以利于孩子安靜長身體這個問題，引導學生理解自然對流（開水倒杯子里放著不動）、強制對流（手晃動不銹鋼杯）、換熱介質水和空氣對傳熱的不同影響（又分在水中和空氣分別不動、晃動的情況，水的對流傳熱系數比空氣的對流傳熱系數可以大一個數量級左右，在冷水中晃動最快），學會了原理，又解決了實際問題，使得學生記憶深刻。這樣實際引導的案例越多，學生越容易感興趣和掌握，但需要教師教學經驗的不斷積累。

1.3 實踐教學中實際問題的引導

課程的實踐教學首先要理清教什么？其次是探討如何才能用實際應用引導課程學習的問題。作為一門實踐性和工程性較強的課程，“食品工程原理”要解決的問題是如何以較低的成本設置參數或者搭建設備進行工業生產。因此，為了加深學生對單元操作原理的理解，作為該課程教學的半壁江山，實踐教學不能被弱化。由于食品加工種類繁多，該課程由大量的單元操作組成，每一個單元操作涉及不同的加工生產設備，同一設備在生產過程中又包含不同的單元操作。在實踐教學中，對每個單元操作進行現場生產實習教學不太現實，所有的“食品工程原理”實踐環節，最終要能幫助學生理解和解決體現在傳統過程通量計算的一條主線的各單元操作的工程問題[1]，即具有過程和設備的選擇，設備的操作和設備的設計能力。所以，需要根據這一要求選擇具有一定代表性且符合該課程培養計劃的實踐課程題目，既使學生在生產實踐中得到了鍛煉的機會，鞏固了理論知識的掌握，提升學生的綜合能力，也契合應用型教育的初衷，為培養現代教育所要求的應用型人才奠定基礎。“食品工程原理”實踐教學的實施應該實行逐級的分層管理，首先要推動“食品工程原理”實踐內容的課程建設，在課程建設的基礎上，把食品加工生產的單元操作理論知識和具體實踐課程和工廠實習相聯系。充分利用大學生綜合實驗室、微型食品加工設備、實踐教學視頻及現代的虛擬仿真實踐教學，對課堂講授的單元操作實現情景再現，將實踐課堂努力搬至實驗室，加深學生對單元操作原理的理解。并且，在課外號召學生積極開展食品安全生產的調研工作，參觀工廠流水線和生產車間，組織學生參加相關食品加工設備設計的競賽單元。同時，拓展課外活動到工廠車間和實習基地，以提高學生的綜合實踐能力。該課程的實踐教學管理任務應該以培養學生創新和實踐能力為目標，以學生為主體、教師為指導，以實際應用為導向，激發學生的學習興趣，加深其對復雜的單元操作原理的理解。

“食品工程原理”實踐教學任務設計見表1。

表1 “食品工程原理”實踐教學任務設計

例如，江蘇大學“食品工程原理”課程實踐教學從實際引導學生，經過精心設計，多年實踐證明取得了良好的實踐教學效果。首先，該課程配合理論教學的實驗設置了流體流動管路摩擦阻力系數測定、離心泵性能實驗、過濾、傳熱、吸收、干燥等必做實驗項目。為了從實際引導學生，從華東理工大學購買了2套實驗裝置及配套的虛擬仿真軟件，實驗前學生在電腦上接受仿真軟件的引導和考核，直至過關才進行具體的裝置實際操作測定數據，完成實驗。其次，在后續的“食品工程原理”課程設計的實踐教學中，以乙醇水物系精餾系統設計為例，學生一人一題，對三傳的實際問題都進行了考核要求，學生必須設計出能夠通過自校驗的精餾塔、換熱器、物料和能量衡算及管路和泵的配置。由于設計非常綜合，在指導設計的教學過程中，教師動用了所能動用的實際引導的資源進行教學，保質保量地完成了實踐教學任務，有力支撐了專業第二次通過工程認證和獲得國家一流本科專業建設點。

2 實際問題引導的考核與評價

舊有的考核機制無法反映學生的真實水平，基于教學方式的改革，制定了“食品工程原理”實際問題引導的理論和實踐教學新的考核與評價方式，各占50%。理論教學總分值定為100分，考核采用理論知識考核方式與實際問題引導的學習技能的考核等2個方面，各占50%。實踐問題引導的學習技能考核主要包括課堂有關的實際問題的討論、在線課程引導的學習、英文材料閱讀及視頻學習，其中課程討論成績及英文材料閱讀各占25%，視頻學習占50%。理論教學考核主要包括隨堂測驗、線上和線下考試成績、作業評價，其中72個隨堂測試占20%，15次手寫作業和互批成績即作業評價占20%，線上考試成績占30%，線下考試成績占30%。學習技能考核主要是為了提醒學生注意自己的學習狀況，遇到問題及時反饋，有利于統一教與學的一致性，也提醒教師關注學生的學習情況。課堂討論的具體形式是學生以小組形式展開，對于教師提出的實際引導的問題，要求每組學生通過理論知識學習完成相關題目的解答，并最終由教師給出分數。實踐教學總分值也定為100分，主要包括課程設計、實驗訓練和工廠實習，其中課程設計占30%，實驗訓練占30%，工廠實習主要是指對食品加工流程或單元操作流程的實物了解和視頻了解，也需要學生分組進行，需要完成教師給出的學習任務，并以論文或者報告等形式展示自己的調研成果，占40%。

所選用的教材是教研室劉偉民教授主編的《食品工程原理》，該教材是國家級“十二五”規劃教材，并且獲得江蘇省優秀教材和輕工業聯合會優秀教材一等獎。同時，開展了線上線下混合教學，線上課程是江蘇省精品在線課程，正在參評國家一流在線課程和江蘇省首批一流在線課程。將實踐教學與理論教學相結合，在新的考核方式下，60～80分合格，80～87分良好，87～100分優秀，優秀率30%，良好率93.3%，教學成果顯著。

江蘇大學某班“食品工程原理”成績見表2。

表2 江蘇大學某班“食品工程原理”成績

其中，實驗訓練成績是統計的學生利用虛擬仿真訓練的預習成績，總共6個實驗，包括阻力系數測定、離心泵性能測定、過濾實驗、傳熱系數測定、吸收實驗和干燥實驗，每個實驗分為軟件預測和實驗報告，分別占60%和40%。總成績為6個實驗的平均成績。由此可見，通過虛擬仿真訓練，學生的實驗成績基本都能達到80分。

江蘇大學某班“食品工程原理”實驗訓練成績見表3。

表3 江蘇大學某班“食品工程原理”實驗訓練成績

3 結語

以實際應用為導向，結合“食品工程原理”課程特點，優化教學內容，尋找符合培養現代應用型人才的教學方式，將由實際問題引導的理論教學與實踐教學有機結合起來，再將理論知識應用到實踐教學中，將“食品工程原理”理論課、實驗課和課程設計課三者有機融合在一起，鼓勵學生以實際應用為導向進行“食品工程原理”課程學習。與此同時，基于教學方式的改革，制定了由實際問題引導課程考核與評價的新機制，通過新的考核方式，學生成績明顯提高。最后，在實踐教學中，通過分組協作，學生能夠相互學習、取長補短，不僅調動了學習氛圍，也提高了學生綜合實踐能力，為食品產業可持續性地培養高素質應用型人才。