“虛實結合”實踐教學體系模式提升食品類專業學生解決“復雜工程問題”能力

陳秀梅，車金鑫，陳東方，黃師榮，陶能國

（湘潭大學 化工學院生物與食品工程系，湖南 湘潭 411105）

工程教育認證是用來衡量所培養的畢業生是否達到該專業所制訂的培養目標和畢業要求的一種合格性評價體系[1-2]。為了提升學生解決復雜工程問題的能力，有必要針對食品專業工程教育認證標準的畢業要求，設置和改進相應的專業工程實踐教學體系、專業工程實踐環節和相應的評價機制，建立持續改進的專業工程實踐過程、實踐質量監控和評價機制。“新工科”背景下，虛擬仿真實驗是培養創新型人才的必要手段，在本科教學中起著重要作用[3]。構建虛實結合、虛實互補的實驗教學體系是當前實驗教學改革的方向之一[4]。虛擬仿真實驗教學模式在許多高校的食品專業中進行了探索，結果表明，將虛擬仿真技術融入實驗教學中，可激發學生學習的積極性和主動性，從而提高教學質量[3，5-7]。但是“虛實結合”和“虛實互補”的思想還未真正融入專業整體教育教學體系中，也沒有形成融合教學改革和人才工程能力培養于一體的教育模式，更沒有深入融合虛擬仿真教學實習、學生創新實踐、專業課程設計和畢業設計、專業實習和畢業實習等多個環節。基于此，湘潭大學在工程教育認證理念的基礎上構建多元化“虛實結合”實踐教學體系、形成有效評價機制和完善“虛實結合”實踐教學體系這三部曲，旨在增強學生的工程實踐能力、創新能力和解決復雜工程問題的能力，同時采取有效考核和評價機制，根據學生工程能力提高的情況及體系運行過程中出現的問題，及時調整完善該實踐教學體系以達到持續改進的目的。

1 “虛實結合”的多元化實踐教學體系

湘潭大學食品科學與工程專業通過完善實踐教學體系，逐步規劃形成一個“虛實結合教學體系構建-教學實施-考核與評價-持續改進-完善教學體系”的良好循環，切實保證食品專業學生工程能力的提高。

“虛實結合”的多元化實踐教學體系見圖1。

圖1 “虛實結合”的多元化實踐教學體系

1.1 構建多元化“虛實結合”實踐教學體系

湘潭大學食品科學與工程專業“虛實結合”實踐教學體系基于“能實不虛，虛實結合”的設計理念，緊密圍繞專業培養目標，對當前的實踐教學體系的實踐手段優化調整，整合成虛擬仿真教學實習、專業課程設計、實習模塊和創新實踐四大部分。

1.1.1 虛擬仿真教學實習

“新工科”背景下，培養出能夠運用所學專業知識處理實際工程中相關問題，同時能夠適應食品科學技術發展需求的開拓創新精神的專業人才，是高校人才培養亟待解決的問題。為了彌補課堂理論知識與實際就業需要脫節等問題，學院獨立開設了“食品工程虛擬仿真”課程，并投入大量資金，構建了啤酒生產廠2D/3D虛擬仿真實驗平臺，且配備相關軟件，將虛擬仿真融入到實踐教學過程中，這在全國范圍內尚不多見。例如，“食品工藝學”作為食品專業的一門專業核心主干課程，在其實驗教學內容，包括果蔬、糧油、畜產、飲料加工和發酵實驗等。通過“虛實結合”實踐教學使學生的專業綜合知識得以實踐、科研思維得到鍛煉與提升，針對書本上的實驗設備、機器的性能和使用方法能夠真實地去體驗及深入了解，也學會收集、處理分析數據的科學方法等。同時，繼續探索這種“虛實結合的”的實踐教學模式，將其融入到“食品微生物學”“食品檢驗與分析”和“現代儀器分析實驗”等更多課程內容中，主動對接行業需求，建立更完善的實踐教學體系。

1.1.2 創新實踐

為了培養具有“工匠精神”的工程創新綜合素質和能力水平的復合型人才，培養適合中國未來發展的高素質人才。食品科學與工程專業的科技創新模塊包含創新創業訓練項目、學科競賽項目和科研項目3個方面。為了培養學生動手能力，提高學生專業創新能力和團隊組織、協調、協作精神，學院成立了大學生科創中心，根據學生的基本情況，針對性進行卓越人才選拔，選擇性培養和參賽，教師培訓和輔助指導，學生作為參與主體，積極挖掘學生的潛能。將大學生創新創業訓練項目引入實踐教學體系中，引導學生提供項目方案，對于表現優秀的項目繼續推薦為省級或國家級等更高層次的項目。專業性學科競賽有很多，比如全國食品類專業工程實踐訓練綜合能力大賽（原名食品工程虛擬仿真大賽）、食品創新大賽、全國化工設計大賽等。同時鼓勵學有余力的學生參與教師科研課題，實行本科生導師負責制，指導學生學習科研方法和手段，發表高質量的學術論文，為將來工作及學歷提升做準備。

1.1.3 課程設計與畢業設計

專業設計模塊主要包括教學環節和設計環節。指導教師通過在教學環節中引入實踐場景，通過“虛實結合”的方式進行講解，達到讓學生理解并掌握的目的。根據專業培養目標，聘請食品行業及相關領域經驗豐富的專家、技術人員擔任學生校外指導教師，同時，在教學環節和課程設計及畢業設計環節參與指導把關，從企業角度出發來規范和提升課程設計和畢業設計質量。

1.1.4 實習模塊

學生獲得的專業知識需要通過實踐來檢驗，通過建立多個湖南省內外食品企業，如龍牌醬油、千金藥業、聚寶金昊米業、珠江啤酒等，若干專業匹配度高的校外實踐教學基地，結合具備的果蔬生產線等中試車間與實驗室，組織開展學生的認識實習、生產實習和畢業實習，同時，探索實踐教學的新途徑。例如將啤酒生產廠2D/3D虛擬仿真實驗平臺引入學生認識實習過程，將課本上的知識與實際結合，提高學生對專業知識的運用能力，直觀地了解實習的環境，增加對可能從事的職業崗位初步認識。

1.2 形成有效評價機制

評價方式注重評價主體的多元化且以決策為導向，并為其改進工作或做出決策提供依據，因此，評價目標具備多樣性、動態性和復雜性的特點。“虛實結合”實踐教學體系中評價機制包括座談會、電話訪問、調查問卷等多種形式，從專業行業、用人單位、教師、學生多元評價，全方位、多角度匯總學生工程能力提高的具體情況和體系運行過程中存在的問題，形成一套有效的體系評價機制。

1.3 完善“虛實結合”實踐教學體系

根據評價結果及時采取措施調整實踐教學體系。例如，改進虛擬仿真授課內容和方式，選派青年教師入駐企業進行定期的培訓和學習，鼓勵和幫助青年教師深入企業、開展項目合作以提升教師自身的工程實踐能力，安排任課教師參加虛擬仿真培訓，邀請企業、行業專家參與指導專業課程設計和畢業設計等。

1.3.1 實踐教師隊伍建設

選派專業青年骨干教師深入食品企業、行業進行掛職鍛煉，面向產業，提高食品專業教師對食品生產和工廠設計過程中實際問題的把控能力；深入了解食品企業現狀和技術瓶頸，將學科專業教師以“科技特派員”的形式扎根于企業，同時將企業最新設備、儀器和研發水平等與課堂理論知識結合，拓寬學生的專業領域；通過實行校內校外雙導師制，聘請一線經驗豐富和技術過硬的企業專業技術人員作為食品專業學生的兼職導師，從企業的角度給學生上好專業導學課，協助專業指導教師完成食品專業認識實習、生產實習和畢業實習，聯合指導本科畢業論文（設計）。

1.3.2 實踐教學環境建設與專業前沿講座

加強實驗室硬件軟件設施和科研創新平臺建設；積極發揮科創中心的作用，培養卓越人才主力；選撥優秀的學生作為實驗課程的教師助理，提高學生帶頭示范性；舉辦食品專業大型會議、座談會及開設食品學科前沿專題講座，調動學生主動參與的熱情，多渠道幫助學生了解食品專業前沿科技進展，拓寬學生知識面，啟發學生研究性思維。

1.3.3 以賽促學，激發學生的創造思維

積極探索“以學促賽、以賽促學和學賽結合”的競賽-教學相互促進模式[8]，結合學院設置的科創中心搭建“校級競賽-省級競賽-國家級競賽”三級競賽平臺，組建“雙師型”教學團隊、健全獎勵制度等方面，調動學生的學習積極性，引導和鼓勵學生提高學生自主學習和解決問題的能力，提高競爭意識，加強團隊合作，增強學生自信心等方面得到有效的鍛煉。

2 實施效果

自“虛實結合”實踐教學體系建立以來，效果明顯。“食品工程虛擬仿真”教學實踐調查問卷分析表明，學生對該課程的整體教學效果滿意度較高。其中，完全滿意占44.2%，比較滿意占52.6%，同時60.53%的學生認為啤酒工藝虛擬仿真實驗教學對食品工廠設計的能力有提升作用。同時，將食品工程虛擬仿真課程與其他專業課程有機融合，多措并舉的教學模式能激發學生在教學中的積極性與學習興趣，有效提高課程教學效果，提升學生工程知識和工程能力。通過對實習日志和實驗報告等的分析可知學生在實踐中得到鍛煉，具備了解決復雜工程問題的能力。通過回訪、電話等方式了解到用人單位對學生評價很高。通過“以學促賽，以賽促學和學賽結合”的教學模式，學生對食品專業領域知識的理解及創新實踐能力得到不斷的提高。例如，全國食品專業工程實踐訓練綜合能力競賽中，學院學生連續榮獲國家級一等獎和省級一等獎；學院每年舉辦的食品創新大賽，為學生提供一個創新平臺，同時邀請相關企業參與到食品創新大賽中，學生的食品創新設計獲得企業的一致好評。

3 結語

湘潭大學食品科學與工程專業“虛實結合”實踐教學體系建設，優化了教學體系模式，學生“解決復雜工程”問題能力的提升，已初步取得一定的成效。但專業教學體系的建設是一個實踐、反饋和持續改進的循環過程，還需根據學生工程能力提高的情況及體系運行過程中出現的問題，及時調整完善該實踐教學體系以達到持續改進的目的，著力探索培養掌握食品科學與工程專業理論知識和基本實踐技能，具備解決“復雜工程問題”的工程能力，能在食品及相關領域從事科學研究、技術研發、工程設計和生產管理等方面工作的高級專業人才和管理者。