食品工程設計在項目化創新實踐活動中的應用研究

食品工程設計有多種定義，是系統地設計一個系統、組件或過程以滿足所需的過程，它通常是創造性的，可迭代的，也是一個開放的過程；它是一個系統的、非線性的決策過程。食品工程設計是可以學習的。上述定義的共同關注點是“過程”，“過程是一種有意識、有目的的活動，而不是偶然的或無意的方法。”與規定的程序不同，過程往往更加開放和不固定。這些定義還表明，解決方案來自于對需求或問題的響應。食品工程設計在工科專業的人才培養項目中日益受到重視。目前關于工程研究和實踐的報告主要集中在設計結果和完成產品上。由于設計是一個過程，應該專注于解決方案的開發，應用成熟、可實施的開發方案，把工程設計貫穿在食品科學與工程專業學習訓練的整個過程，以培養高質量以及具備工程化思維能力的食品科學與工程專業技術人才。

1 在項目化創新實踐活動中培養食品工程設計實踐能力的必要性

目前普遍認為食品工程設計是科學、技術、工程和數學等學科領域的大學課程設置的重點，具有整合STEM學科、高級思維技能、學術嚴謹、經驗學習和系統思維的潛力[1]。食品科學與工程專業研究食品的營養健康、工藝設計與社會生產，食品的加工貯藏與食品安全衛生的學科是生命科學與工程科學的重要組成部分，是連接食品科學與工業工程的重要橋梁[2]。食品科學與工程專業要求學生獲得科學的思維方法和工程訓練。在一定的專業學習背景下，培養學生工程思維與技術是有必要的,一些科技創新實踐項目與企業生產結合密切，為滿足這些背景與實際生產的需求，學生不僅要學習專業內容，還要培養自身的設計思維習慣，學習如何解決工程中的復雜問題，并在科技活動中體現出自身對食品工程設計認知的獨特見解。

研究表明，在設計任務的各個階段，接受工程預科教育的學生在最初階段的進步更快，傾向于設計過程分析和解決空間上投入更多的認知努力，他們更多關注的是對給定的潛在設計選項提供一個可行的解決方案[3]。經過工程思維培訓的學生所接受的設計教育有助于進一步發展他們的食品工程設計能力，當他們面對新的設計挑戰時，他們能夠利用這些能力進行實踐證明。課題組考察經過項目設計實驗組學生的專業綜合能力，發現他們有明確的學習目標，在工程訓練過程中能尋求更多的資源與手段，可以進行多角度與多維度的溝通，最終能夠實現問題的切實解決，對比對照組學生的相應能力，他們的工程實踐能力提升顯著。此外，在設計項目過程中他們可以充分展示出設計方案和預先設置的語言能力的優勢。

2 在項目化創新實踐活動中培養食品工程設計實踐能力的方向及策略

食品工程設計方向是把目標分解為具體可實施的小目標，再整合實現的小目標，最終達到問題的整體解決[4]。食品工程設計思想本質上是為了實現目標，因此需要結合外圍環境，利用診斷測試、概念圖或概念清單等工具，將任務分解后進行實施，重點關注過程的可實現性。在實現目標的過程中需要不斷修改方法和執行過程[5]。例如，學生利用食品化學理論知識設計新食品的工序工藝就是用理論勾勒出實踐的基本路徑，并在實踐過程中不斷修正優化工序工藝的過程。

食品工程設計滿足需求的工程解決方案包括關鍵的設計標準和約束。食品工程設計的挑戰是在設計解決方案時，通過模仿實際生產實踐中工程師的工作來教授食品工程設計的過程。從指導意義上講，解決方案可以是一個工作原型，也可以是對工程解決方案的設計[6]。對于食品科學與工程專業學生第一年的食品工程設計挑戰，可以要求學生根據工程化食品加工的特點，設計一個輔助食品定量裝載的裝置，這種設計挑戰是典型的初級食品工程設計訓練內容[7]。第二年的食品工程設計挑戰可以要求學生根據食品原料特點設計一套新食品原料預處理工藝與配套裝置。學生們需要通過合作的方式在45 min的時間內完成設計挑戰，還需提供解決方案草圖，用視頻拍攝形式記錄整個設計討論的過程，運用新媒體手段進行設計的案例展示、調研與比賽，從而提升工程化訓練過程中的實踐生動性和實效性。通過這種方式能夠及時得到正向反饋，有利于形成螺旋式提升通道。第3年的食品工程設計，可以讓學生根據實際生產進行食品工藝設計與優化。教師可以提供詳細的設計方案與技術實施路線，讓學生用專業方法去設計產品加工工藝，對加工設備進行選型，利用實驗室資源進行小量產品加工，優化工藝參數，并運用微課等技術手段進行設計過程論證與演示，培養他們解決綜合問題的工程思維能力與實踐能力。第4年，在前面3次的基礎上，可以讓學生進行新食品資源的產品開發設計，綜合利用專業理論知識，應用工程化思維與方法，完成一項有創新性、綜合性的食品工程設計任務。整套訓練下來，學生完成了從基本認知、過程實踐、實際驗證、到設計創新4個階段的訓練，最終實現整個專業學習過程中的工程訓練的目標。

食品科學與工程專業教師需要對工程設計思維有深刻的認識，在教學實踐設計中養成良好的工程思維教學習慣，改革課程體系，優化食品科學與工程專業主干課程、相近課程組成課程群，增大工程化訓練性課程與課時比例，引進前沿加工技術課程內容，及時更新、優化教材等，從教師教學能力、學校教學管理、人才培養方案、課程設置、教材建設以及教學設計等方面引導學生建立食品工程設計思維，獲得工程問題的解決思路與方案，在人才培養方案的實踐教學設置中體現出長時間、多次多循環的培訓內容[8]。

行業人才的引進也是食品工程設計在項目化實踐活動中的重要環節。引入食品加工行業企業中的高級人才，讓企業技術人員走進大學生創新實踐活動中，更有針對性地訓練并提升學生解決實際生產過程中存在的問題以及生產中急需解決問題的能力，有效激發學生在項目化實踐活動中的興趣、探索欲與征服欲。此外，在與學生互動過程中，企業人員在實際工作中的工程化思維會潛移默化影響到學生在實踐活動過程中的思維過程，從而形成雙向的互作效應。此外，還可組織學生進入生產實地了解生產企業與產業技術難題以及未來發展新技術，選擇合適的食品工程設計項目，進行訓練。專業導師也應該善于利用學校的科研平臺與中試實驗室，為學生的工程思維培訓提供可執行的條件與方案。

在高等工程課程中，要善于利用工具，如本地開發的診斷測試、概念圖和概念清單，既可以檢驗學生已有的工程知識，也可作為一種教學策略，能夠幫助教師在項目化管理科技創新實踐活動中，有針對性地指導與監測學生的發展。此外，學校要協助創造高校工程實踐導師的實踐能力培訓與企業鍛煉機會，并配套激勵機制；學校要積極參與專業建設，善于利用行業協會與專業學會，與當地企業與同行業專家建立有效連接，建立工程實踐基地[9]。

3 結語

隨著食品行業的發展，消費者對于食品提出了更高的要求。目前，預制食品大熱，孕育出了巨大市場空間，用工程化加工手段實現傳統食品的手工化改造成為食品加工業的熱點。如何有效地運用現代教育教學手段去指導學生的創新實踐活動，如何高效激發學生學習的主動性，如何培養更加符合行業需求的專業工程技術人才成為食品行業的重點內容。而食品工程設計思維無疑為這些問題提供了新的路徑，為專業工程技術人才培養與行業急需人才緊密掛鉤提供了新的思路。食品工程設計在項目化創新實踐活動中的應用成為培養專業工程技術人才的一條重要途徑，當然，實施食品工程設計的過程需要長期開展，并不斷修正，才能達到預期效果。