以工程能力培养为导向的“食品工程原理”教学改革探讨*

王永辉，张晓华，魏泉增，冯紫艳

(许昌学院食品与生物工程学院，河南 许昌 461000)

2016年6月，中国加入《华盛顿协议》，成为该协议签约成员，这标志着具有国际实质等效的专业认证的帷幕在中国拉开[1]。为提高工程教育人才培养质量，开展与国际接轨的工程教育专业认证工作己势在必行。根据中国工程教育认证协会公布结论，申请认证的专业数量逐年增加，证明工程教育认证被越来越多的高校认可并积极参与其中[2]。许昌学院是开设食品科学与工程专业相对比较早的高校之一，经过十余年的发展，当前对食品工程专业人才的培养积累了很多经验。但是我校食品工程专业人才的培养也同样面临着学生的工程实践能力不能满足社会需求的现状。因此，我校食品科学与工程学院以提升专业工程教育质量为主旨，从实践层面上深化专业建设，正在积极推进食品科学与工程专业的认证工作。

“食品工程原理”作为食品科学与工程专业课程培养体系中一门理论性和实践性很强的专业基础课程，在整个食品类专业的教学中起承上启下的重要作用[3]。课程内容与多门学科联系紧密、内容繁杂、基本理论多、理论性强、课程难度大，且与工程实践结合紧密，但大部分学生不善于从工程实践出发综合考虑问题，在学习该课程时不得要领[4]。每年的课程考核结果表明，本课程的不及格率普遍较高，学生反映课程的理论学习过于枯燥，缺乏学习兴趣。因此，过于注重理论学习的传统教学模式，在学生工程能力的培养方面面临巨大挑战。在当前工程教育认证背景下，以工程素质和工程能力为导向的“食品工程原理”课程教学改革势在必行。笔者根据“食品工程原理”的课程特点，结合自己的教学体会，对基于工程能力培养的课程教学改革进行了分析。

1 当前教学中存在的主要问题

“食品工程原理”该课程内容与多门学科联系紧密、内容繁杂、基本理论多、理论性强、课程难度大，且与工程实践结合紧密[4]。因此在教与学的过程中往往存在很大困难，学生普遍感到枯燥乏味，信心不足。实践教学表明，传统教学模式对课程教学带来了一些问题， 主要表现在以下几方面:

1.1 课程实践内容较少，学习的时效性不强

本课程的实验及课程设计环节作为理论教学的重要补充，对于学生实践能力和工程能力的培养具有重要作用。尽管近年来各高校相继调整培养方案、教学计划及大纲，增加实践教学比例，加大实验室建设投入与管理力度，实验教学质量有所提高，但仍未改变“重理论、轻实践，重知识、轻能力”的传统教育观念[5]。实验课内容及学时的设置上不合理，通常只是对课程中的几个典型设备设置实验课程。以许昌学院为例，对本门课程的实验课仅开设了流体流动、传热、干燥以及精馏的实验内容。此外，很多高校的“食工原理”实验课程是依托化工学院开设的，在课程的安排上往往是在完成所有理论课学习后再集中开展实验。这种方式会造成理论学习和实践教学的脱节。在某一单元操作的理论学习结束很长一段时间后再进行相关的实验教学，不能够及时地将实践学习同理论知识的学习相结合，造成学生对实验现象以及结果理解不够深入。

1.2 教学内容同行业需求脱节

教学内容相对滞后，不能与时俱进，阻碍了教学效果。“食品工程原理”是源于“化工原理”的一门专业基础课程，与“化工原理”有多相似之处，但因其授课对象主要是食品类专业的本科生，所以各单元操作的设计、授课内容的侧重、课后练习题的选择等方面应与“化工原理”有所区别[2]。但据笔者了解，现在很多开设食品工程类专业的高校，在讲授本门课程时仍然具有很浓的化工味。一方面原因在于很多承担本门课程教学任务的教师之前学习的内容本身就是“化工原理”。另一方面的原因在于现在的“食品工程原理”的相关教材在编写的过程中大多沿用了化工方面的案例。此外，在授课章节的选择上也不尽合理。当前，有部分高校仍然将精馏、萃取等单元操作作为重要章节，安排了比较多的学时。实际上，同食品生产过程密切联系的基本理论知识主要包括：流体流动、物料输送、过滤、传热、制冷、蒸发、吸收、干燥等，而对于精馏、萃取等单元操作在食品加工中则很少涉及。

1.3 教师个人工程实践能力的限制

虽然从事本课程教学的一线教师基本都是科班出身，自身曾学习过“食品工程原理”的相关课程，但绝大部分教师都缺乏食品企业一线的工程实践经历。经常会出现教师自己理解，但因缺乏一线的工程实践，无法用准确的语言向学生讲授课程的问题，使“教与学”产生脱节。

2 基于工程能力培养的教学改革建议

2.1 采用更为灵活多样的教学方法

本课程作为一门内容较深的理论课，在学习的过程中较为抽象。通过传统的讲授教学方法，会使学生感觉到课程的枯燥，直接影响到学生学习的积极性。针对课程的特点应采用灵活多样的教学方法和教学手段，激发学生学习的积极性。

2.1.1 案例形象化教学法

通过借助于多媒体，设计动画，能够将比较抽象的理论知识图文并茂地展示出来，使其更加生动、直观。因此，要充分利用现代化的教学模式。其中，案例教学法在“食品工程原理”教学中得到普遍肯定[6]。讲授一些典型的食品加工单元操作时，通过形象化的实际应用举例，提高课程的实用性和学生的感性认识。例如在进行讲授“吸收与解吸”这一单元操作时，可以引入碳酸饮料的加工的例子来学习相关原理。再如在讲授传热的过程中，可以举出保温瓶保温的例子进行相关理论的讲解。典型案例的列举，能够让学生真切的感受到理论的学习不仅有助于理解现象，还能够指导实践应用。对于一些食品加工相关的案例，不仅能够有利于理论的学习，还能够增强学生对食品专业的认同感。

2.1.2 互动式教学法

互动式教学法是基于现实问题以学生为中心的教学模式，通过设计问题引导学生自主学习。互动式教学法按照“教师提出问题-引导学生分析问题-指导学生研讨-学生得出结论”的教学思路，精心设计教案[7]。比如在伯努利方程的教学过程中，教师先提出问题 “足球运动员踢出的香蕉球是如何产生的”，然后引导学生去分析思考“球的旋转为什么会改变足球的运动轨迹”，最后老师组织学生讨论这一现象同能量守恒之间的联系，让学生提出自己的见解并举出生活中类似的现象。这种互动式的教学方法能够引导学生发挥主观能动性，增强学生思考问题和解决问题的能力。

2.1.3 实物教学法

实物教学法是以现场实物为教学对象，进行直观的讲解和分析的教学方法。它能将设备的结构及工作的过程更直观地展现在学生面前，有助于理解和掌握理论知识。通过实际操作培养学生将理论知识应用于工程实践的能力。在“食工原理的”教学过程中，当条件许可时，可将理论课搬进校内的食品加工实训中心或校外的实训基地进行现场教学。如在讲授流体输送或传热时，我们采用实物教学法，让学生在现场观察各种泵或传热杀菌设备的结构，并动手拆卸设备，让学生了解该设备的结构及其设计的原理。通过现场教学，提高了学生的感性认识，对理论基础知识掌握得更加牢固，能够起到事半功倍的效果。

2.2 引入虚拟仿真实验教学

食品工程原理涉及到较多的单元操作，需要的实验设备较多。另外，还存在学生人数较多以及设备陈旧、老化等问题。因此，可以说任何高校都难以满足本门课程实验所需的全部设备。当前，很多高校都是根据自己的实际情况选择了少数几个实验进行教学。由于受到实验内容、设备数量以及学时数的限制，在实践教学过程中往往将学生分组进行实验，有时可能会有七八名共同使用一台设备，有些学生根本就没有动手的机会。此外，一些设备的老化及灵敏度下降的问题导致学生难以准确测定实验数据，导致测定结果和理论差别较大，学生认为是自己操作的问题，打击了学生学习的自信心。

针对这一问题，可以通过加强对实体实验室的建设来解决，还可以通过虚拟实验室的建设来补充完善。虚拟实验室在时间、空间、经费投入等方面表现出很大的优势，能够弥补真实实验室的不足。其特点是自由度大、节省投入、安全系数高，虚拟实验室的建设还对学院乃至学校起到促进作用，能够提高学院的教学质量，改善教学环境；有利于提高学生的学习兴趣和学习效率；有利于提高教学效果，减轻实验管理人员的工作负荷[5]。因此，虚拟实验室的建设越来越受到各个高校的重视。

2.3 强化课程设计环节

当前，教学内容的考核方式不尽完善，主要是以学生期末考试和实验考查为主，学生的综合实践能力得不到体现。真正能够很好锻炼学生工程实践能力的课程设计环节没有得到足够重视。在以往的课程设计中，存在设计题目过大并且单一的问题，例如在以往的换热器的设计中，为了避免学生之间设计题目的重复，通常只是改变几个参数(如处理量、进出口温度等)，要求学生完成不同换热器的设计。由于换热器的设计过程中涉及的问题非常多，要求每个学生要在2周内完成所有设计内容，难度很大。导致学生在设计过程中相互抄袭，提交的设计报告基本上是大同小异。因此，在课程设计的题目上要克服过去“大而全”的设计题目，体现“小而精”的特点[8]。在题目的设置上应尽量立足于实际的食品加工过程中的单元操作，例如果汁双效蒸发装置的设计、液体乳生产线杀菌设备的设计、淀粉生产沉降器的设计等。另外，在设计的过程中，指导老师不能完全放手。教师可以在中期进行检查，发现学生在设计中存在的问题并给与一定帮助，最后除了要求学生提交设计纸质报告外，还要要求学生进行答辩。但是这种模式需要较多的时间，存在课时受限的问题。鉴于某些高校存在学生多，学时少的问题，可以尝试让学生分组进行设计，每个学生承担一部分的设计内容，最终成绩小组成员共享。

2.4 加强一线教师的工程素养

教师自身的工程素养对于学生工程能力的培养是潜移默化的。加强“食品工程原理”任课教师的工程素养对于食品工程类专业学生的实践教学具有重要意义。为了提高一线教师的工程实践能力，本课程的任课教师应当积极争取机会到食品生产企业挂职锻炼。以许昌学院为例，我校鼓励一线教师到基层单位进行为期一年的挂职锻炼，并出台了相应的激励政策。本课程组老师积极响应了学校的这一政策，实施了轮流到相关的食品加工企业进行挂职锻炼的计划。通过在食品生产车间的锻炼，教师对食品加工的各个单元以及相关的加工设备等有了深入的了解，个人的工程实践能力有了长足进步。在上课过程中能够熟练地将本课程的理论知识同食品加工过程紧密联系起来，本课程的教学效果明显提高。

3 结 语

“食品工程原理”作为食品工程类专业的重要专业基础课，对于本专业学生后续专业课程学习以及今后所从事的专业技术岗位工作具有重要指导意义。本课程教学内容多，理论复杂抽象，教学难度大。传统的理论教学模式过于单一，使得学生学习起来缺乏积极性。实践教学中因受到诸多条件的限制，学生在学习过程中理论联系实际不足，难以完成对学生工程能力培养的要求。如何提高本课程的教学质量，提高学生的工程能力是每一位任课教师应该深入思考的问题。除了以上几点建议外，实践中还要结合其他一些措施综合进行改革，如在实验教学方法、教学内容以及考核方式上的改革创新等。