应用技术型本科高校“食品机械与设备”课程改革与实践

王帅 ，贺羽，王卫东，王锡昌*

1. 徐州工程学院食品（生物）工程学院（徐州 221018）；2. 上海海洋大学食品学院（上海 201306）

地方高校转型为应用技术型大学是新时代国家高等教育的重要战略之一，也是实现高等教育内涵式发展的必经之路。应用技术型大学着力培养实践能力突出、综合素质高和应用能力强，面向企业行业生产、管理一线的应用型人才，为区域经济的持续发展、优势产业的不断壮大和传统产业的转型升级提供人才保障[1]。

教育部首轮“新工科”专业改革建设中，食品和农林类被列为19个项目群之一，表明食品类专业要以高质量的工程教育服务国家新一轮科技革命与产业变革。食品类专业是应用技术型本科高校中的常见专业，在“新工科”的建设中具有明显的地方性、应用型和特色化，聚力培养食品新产品开发、食品工程设计、食品安全控制与管理等领域的高质量应用型工程技术人才。课程教学作为人才培养的根本环节，在教学改革与实践中需要融合学校、专业的定位与特色，以“金课”保障高质量工程人才的培养。

食品产业是全球的第一大产业，也是我国三大支柱产业之一，在国民经济中占有重要地位，且仍有巨大的发展潜力，而食品产业的发展离不开机械设备的支撑。随着科学技术的飞速进步，我国的食品机械与设备朝着复杂、成套、自控和机电一体化方向发展。兼具食品机械与设备扎实的理论知识和实践技能外，现代化食品加工对生产和管理一线应用型人才的要求越来越高。

1 课程概况

“食品机械与设备”是食品科学与工程专业的必修课，也是专业中工程类课程的重中之重，先修课程包括“食品工程原理”“食品工艺学”（含实验）等，同期开设课程包括“生产认知实习”等课程，后修课程包括“食品工厂设计”“生产实习”和“专业综合训练”等课程。食品产业原料和成品种类繁多，加工工艺不尽相同，造成食品机械与设备的千差万别，因此需要学生具备良好的工程素养和实践能力。课程要求学生掌握通用食品加工机械和设备的工作原理、结构特点，具备典型设备操作及安全使用的能力，能够根据食品工厂的工艺要求对常用的机械设备进行选型和配套[2]。

食品科学与工程专业的教学质量国家标准中将“食品机械与设备”纳入专业核心知识领域，建议课程开设32学时，内容应包括食品分选机械，食品原理的清理与清洗机械，食品输送机械与设备，食品粉碎、搅拌、混合和均质机械，蒸发浓缩设备，干燥及热处理机械与设备，食品杀菌设备等[3]。截至目前，已通过食品科学与工程专业中国工程教育认证的21所高校中，均开设有“食品机械与设备”课程，学时在24～64学时之间，其中2所高校设置了10学时以内的实验或实践模块（数据来源于各专业申请认证时公开的人才培养方案）。

近几年随着在线开放课程的快速发展，“食品机械与设备”在爱课程（中国大学MOOC）、智慧树、华文慕课和学堂在线等平台共开放在线课程10余门，其中国家级精品课程1门，即江苏大学马海乐教授的“食品加工机械与设备”。食品机械与设备的相关教材共出版30余部，其中近4年新出版和再版15余部，更新速度与其他专业课程相比较快。海量的教材和线上课程资源为“食品机械与设备”课程的讲授和学习提供了非常便利的条件。

2 课程教学中存在的问题

2.1 教学改革与专业特色结合不够

教学改革是促进课程教学质量提升的重要手段之一，采用案例形象化教学、互动式教学和实物教学等方法，能够有效地激发学生对“食品机械与设备”课程学习的积极性[4]。然而不同类型的高校、不同定位的专业和不同特色的培养目标，进行的改革与探索也应符合专业特色，具有自己独特的标签，从而充分发挥专业教学改革的效果。

2.2 理论知识与实际生产仍有脱节

现代化程度高的食品加工厂多采用电脑中央化控制的自动化连续生产，不再是单元设备的简单连接，这造成了学生基础理论知识与工厂实际生产的部分脱节，缺乏对工业化生产中机械设备的布局、连接和中央控制等的详细了解与认知。此外，食品机械与设备的内部结构抽象且复杂，通过动画播放、模型教学和实验操作等手段能够使学生掌握设备的运作，但机器内部深层次的工作原理无法清晰展现，对学生的空间想象能力要求较高[5]。

2.3 先修后修课程间缺乏紧密衔接

食品机械与设备是食品得以工业化和产业化制造的第一步，该课程也是学生接触和感受食品工程魅力的重要一步。现下课程间缺乏十分清晰的纽带作为连接，学生需要将前期的课程综合消化吸收后才能对后修课程进行学习，前修课程与后修课程之间虽能形成衔接，但课程群不同课程间的知识点无法直接串联，在一定程度上制约了学生将综合多门课程知识解决复杂的工程问题。

2.4 课程评价的质量机制有待细化

课程的教学质量评价与改进是整个教学活动中最重要的工作之一，也是衡量一门课程是“金课”还是“水课”的关键标准。在注重教学方法改革、教学内容更新和教学手段设计的同时，课程教学效果和质量的评价容易被忽略，课程教学质量的持续改进也缺乏详细的机制。

3 课程改革与实践

3.1 持续凝练专业地方特色，开展混合式教学改革引导学生全面学习

依据学校和专业的定位与特色，进行“食品机械与设备”的课程教学时，研究型大学可以注重机械设备原理、结构和性能等的讲解和设计，在培养学生工程素养的同时，增强学生对食品机械设备改进和创新意识的培养；应用型大学侧重食品机械和设备的工作原理、结构特点，并加强机械设备的应用、选型和基本的安装维护等工程实践能力的培养；农、林、理、工类院校开设的食品机械与设备也应有各自院校的特色，地方高校也可以根据区域性食品产业结构的特点，凝练带有地方特色的食品机械与设备课程。

笔者所在专业以培养服务地方区域经济的应用型工程人才为定位，以淮海经区果蔬和谷物的综合加工利用为特色，在“食品机械与设备”课程的教学工作中，紧扣地方性应用技术型本科高校的特点，重视食品机械设备理论知识和工程应用实践的全面学习。基于超星学习通和蓝墨云班课等移动平台的混合式教学，能够将理论知识学习、虚拟仿真操作和工程应用实践等各个环节在课前、课中和课后的任意时间进行对接，完成线上和线下的资源推送、互动讨论、测试作业、任务布置和课堂讲授等教学活动，从而增加学生和教师的互动，提升学生学习的积极性和主动性，引导学生完成食品机械与设备相关基础知识和工程实践的全面学习。

3.2 增设理实一体教学内容，利用虚拟仿真和课内实验强化学生实践

虚拟仿真教学并结合真机实验操作，能够有效地解决食品机械与设备理论知识的学习和与实际生产脱节的问题。虚拟仿真基于大量设备实际生产中的3D动画，还原了机械设备复杂的内部机构、组合安装和运行过程，再结合实际单机设备的操作，形成了工程知识到工程能力的“理论学习-虚拟仿真-实物操作-生产实习”逐步培养模式，有效地串联了学生工程知识和实践应用能力。

图1 基于虚拟仿真项目的高压均质机模型

在教学过程中依托虚拟仿真和实验教学项目，完成对典型食品机械和设备原理和注意事项的深入讲解，操作和拆卸的虚实结合，及常见问题的排查解决。充分利用专业自身的虚拟仿真项目《植物蛋白粉及饮料生产三维虚拟工厂实训》和实验室小试及中试设备，对匀浆机、高压均质机、超高温瞬时杀菌设备和喷雾干燥等设备进行重点讲解，使学生以此为桥梁，举一反三地了解食品机械设备的理论知识和单机操作与工厂实际生产之间的不同，从而强化学生的工程实践能力。

3.3 构建课程群知识链条，串联先修和后修课程贯通学生知识体系

结合专业学科的发展方向和特色，构建基于工程类课程群的知识链条，依靠核心讲授内容将先修课程、同期课程和后修课程紧密衔接，融会贯通学生工程类课程的知识体系。“食品机械与设备”在食品科学与工程专业工程类的课程中起着承上启下的重要作用，是串联先、后修课程的重要教学环节，需要“食品工程原理”、“食品工艺学”及实验作为理论基础，同时为“食品工厂设计”、“专业综合训练”和“生产实习”提供理论知识和工程实践经验。

专业以果蔬汁、谷物饮料和乳饮料等食品饮料加工为特色，依托校内的果蔬汁生产线、果酒生产线、UHT杀菌罐装线，以及校外的维维食品饮料有限公司、砀山海升果业集团和徐州娃哈哈饮料公司等工程实践基地，构建了基于食品饮料生产的工程类课程群知识体系。所有的工程类课程均将与饮料加工和生产过程中的相关知识点作为重点之一进行讲解并实践，包括加工过程中饮料流动、输送和加热的基本工程原理，饮料加工的工艺知识，饮料制作的工艺实践，饮料生产工厂的初步认知，饮料生产加工所需的机械设备和典型饮料的生产线，饮料生产工厂的设计，饮料及相关食品产品研制和工艺改进的综合训练，饮料生产车间的顶岗实习，这些知识体系最终实现了饮料加工生产的理论知识和工程实践的全覆盖。

以食品饮料的加工生产为衔接点，通过“工程原理—工艺知识—单机设备—生产线—加工工厂”的理论知识学习，和“工艺实践—工厂参观认知—单机生产—生产线实践—工厂设计—工厂实际生产”的工程实践实习，培养学生融会贯通知识体系和举一反三的能力，结合其它工程知识学习和训练提升学生解决复杂工程问题的能力。

3.4 坚持课程教学质量评价，形成基于成果导向的持续改进机制

学生的试卷成绩或者期末考核成绩只是用于评价教学质量的基本素材，教学质量的评价涵盖多个指标或者多种方式，例如贯穿整个教学过程的教学团队内部讨论、学生调查问卷、督导等监督组织的听课反馈、教学目标的达成情况、学生评教和后修课程教师的反馈等（如图2所示）。不同教学活动的阶段中均有可实施的课程评价方式，进而获得课程教学质量评价结果，并在下一轮或后期的教学活动和人才培养中持续改进。最终的课程评价结果可以用于下一次课程教学活动的改进、后修课程教学活动的建议、学生毕业要求的达成或修订和专业培养目标的修定[6]。

表1 基于食品饮料加工特色的《食品机械与设备》课程群知识构架

图2 基于成果导向的课程质量持续改进机制

例如在对2015级学生食品机械与设备进行课程教学评价时，发现课程教学目标“对食品工厂常用的机械、设备具有合理选型和配套能力”的达成较差（基于期末考核和形成性评价的结果），通过学生的课程调查问卷发现“学生对实际生产中功能类型相近的加工设备配套选型时容易发生差错”。基于以上的课程评价可以做如下持续改进：①与后修课程“食品工厂设计”、“生产实习”的任课进行沟通，涉及工厂设备选型时可适当展开讲解；②教学团队内部讨论，在下一轮的课程教学中涉及“相近或能够实现同一功能加工机械设备”知识点时，设计更多的教学环节或增加实例讲解；③关注学生的毕业要求达成情况，是否可以通过支撑同一毕业要求的其它教学活动或环节增强学生相关能力，实现学生工程能力获得的动态调整（如在专业综合训练或毕业实习中增设相关环节）；④为下一轮人才培养方案制定提供依据。

3.5 参加知名食品机械展览，促进学生自主学习和教师知识更新

随着全球工业化、现代化和智能化技术的飞速发展，用于食品行业的机械与设备也不断地推陈出新和更新换代，每年都会涌现大量的新设备、新知识、新技术和新成果，而教材内容的更新往往具有滞后性，很多先进的、一体化、智能化的食品加工机械设备和生产线未能得以展现，定期参加知名食品机械展能够获取食品加工机械设备领域的前沿技术和知识。

依据学生的课程学习考核结果，分批选拔并组织优秀学生定期参加国内组织的知名食品机械展览，如中国食品包装及加工设备展览会、中国国际食品加工和包装机械展览会、中国国际饮料工业科技展和上海国际食品加工和包装机械展览会等。一方面能够帮助教学团队成员跟踪全球食品加工设备的发展动向，了解食品机械与设备的前沿科技，搜集教学素材，将最先进的技术和设备引入课程教学；另一方面也能激励学生学习的主观意愿，提升学生在课程教学各环节中的参与度。

4 结语

在国家倡导“以本为本”、回归本科教育的新时代下，一流课程的建设和改革迎来了前所未有的机遇。不同类型、定位的高校和专业，在核心课程建设时需立足自身优势与特色，将信息技术与教育教学深度融合，形成以学生学习为中心的，基于成果导向的课程持续建设和改进机制，以特色优质的“金课”为培养创新型、复合型和应用型等各种人才提供坚实的保证。