基于嵌入式的食品机械与设备实践教学改革

谢凡，夏永军，熊智强，张汇，艾连中

（上海理工大学 医疗器械与食品学院，上海食品微生物工程技术研究中心，上海）

一 引言

食品机械与设备是食品科学与工程专业中一门非常重要的应用型课程，涵盖了食品加工、机械原理及物理化学等多学科的知识，也是一门理论与实践结合最为紧密的课程之一[1,2]。近年来，随着食品加工工业的飞速发展，各式各样的新型食品加工机械与设备层出不穷。目前国内高等院校在食品机械与设备课程教学方面较为落后，主要侧重于理论教学，而相关设备与机械的实物操作和演练方面的实际教学环节较为薄弱。培养的学生虽然具备了扎实的理论知识基础，但相关设备的实际操作能力不强，进入相应的工作岗位后，需要进行二次培训，从而导致学生就业竞争力下降，并给企业增加了一定的培养成本。随着国家对应用型人才培养的大力提倡，培养理论基础和技术兼备的学生显得尤为重要[3]。因此，基于嵌入式的食品机械与设备实践教学的目的是拓展学生的知识体系，将课堂教学与实物操作相结合提高学生的实际动手能力和创新能力，使其成为食品加工工业中的综合型人才。

二 食品机械与设备教学过程中存在的问题

食品机械与设备是在工程制图、机械设计、食品工程原理和食品工艺学等基础上开设的，课程内容比较多。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”等课程。在授课过程中，存在很多与各高校相似的问题，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，致使课程内容较多，课程枯燥乏味，学生听课效果差，不能融会贯通，学习积极性不高。

（一） 课时数少与内容量大的矛盾

食品科学与工程专业的国家标准中将“食品机械与设备”纳入专业核心知识领域，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[4]。经多次教学改革后，课时数略有缩减，同时在32学时内要完成课程中数十章重难点知识的讲解，使得课程灵活性大打折扣。造成学生参与度不高，学习效果较差。

（二） 课程系统性强与传统的灌输式教学模式的矛盾

食品机械设备包括食品输送机械与设备、分选清洗设备、粉碎机械设备、分离机械设备等等，属于完整而又庞杂的体系，涉及的知识点覆盖了多门先导课，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，但课程群与不同课程间的知识点无法直接串联，而如果再结合传统的灌输式教学模式，学生只会生搬硬套或者照本宣科地分析遇到的实际问题，却不能灵活的应用，无法做到融会贯通，使得学生在学习这门专业课时比较吃力。

（三） 理论与实践脱离的矛盾

食品机械与设备课程涉及食品加工领域上百种机械，这些设备型号多、应用场景多，在实际教学中，学生只能在实验室中接触到数量、类型有限的小型设备，直接接触企业机会少，使得课堂理论学习与实际生产实践脱节，学生的学习效果差。

（四） 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，也是衡量一门课程教学效果的关键标准。食品机械与设备课程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。

三 优化课程教学体系

食品机械与设备课程内容丰富，实际应用性较强。传统的教学模式大多是按照不同类型的设备设置不同的章节，再介绍每种类型设备的工作原理、组成部件及应用场景，教学课程较为抽象，授课内容枯燥、难以理解[5]。因此在理论教学过程中，应当采用不同的教学方式和技巧，将授课内容具体化，以打破传统的理论教学模式，提高学习效果。

（一） 优化教学内容

针对这门课程内容多，课时少，不可能对所有加工设备一一进行讲解和示范。首先，对教学内容进行重新整理和整合，依据所讲内容的本质及实践教学现有设备进行分块，内容进行板块化，相近板块的内容，仅仅详细讲一个代表性设备的工作原理,在设备参观学习的基础上，使学生掌握机械的工作原理和效用。其余同类设备以教师理论授课与学生课后自主学习相结合, 每一个代表性设备安排相应的实践环节，做到在实际情况中能灵活应用所学知识。其次，在每一个板块学习之前，教师通过提问或者温习的形式, 引出在学习这一板块需要的一些学科基础知识，在学生重新掌握了这些知识之后，学生更容易接受相应板块的内容。

（二） 视频资源整合

随着计算机编程模拟技术及全球工业化的发展，计算机软件开发与应用已运用于各行各业中，食品工业的发展也与其息息相关。食品加工工业中的相关设备可通过计算机编程模拟机械设备的工作原理和过程，包括各种Flash流程示意动画、机械设备运行演示小视频等。例如工业化加工生产过程中面制品以及膨化食品的加工生产线运行流程视频、不同类型螺杆挤压的操作过程、食品辊印成型的过程、食品加工完成后包装的过程等。这些视频、小动画可充分展示食品机械与设备的运行原理、各部件的功能等，便于学生更清晰的理解食品机械与设备的原理，使学生的学习印象更加深刻[6]。

（三） 现场实操教学

近些年来，随着国家对科学研究投入力度的不断加大，国内很多高校和科研院所都相继开设了食品相关的专业，配备了食品相关专业科研所需的机械设备，例如常见的热风干燥箱、红外干燥箱、喷雾干燥、冷冻干燥等不同类型的干燥设备，高压灭菌锅、紫外灭菌、超高压灭菌等根据不同原理设计的灭菌设备等大多数较为常见的食品机械设备。各高校根据自身的条件，可在课堂理论教学之余，开展一小部分的现场实操教学。可设置先理论教学后现场实操教学的模式，任课教师可将相关设备拆卸，分部件介绍并演示该设备的实际运行过程，做到将理论和实践教学相结合，让学生更好地掌握食品机械与设备的基础知识，并深入学习食品机械与设备的实际操作技术。

（四） 食品加工工厂实地学习

虽然目前国内大部分高等院校都配备了多种食品机械设备，但大多数仅为科研所用的小型仪器设备，价格高昂、操作繁琐、偏工业化生产的大型食品机械设备仍然缺乏，例如UHT高温瞬时灭菌设备，双螺杆挤压膨化设备，食品包装机，面条、面包等面制品的加工生产线等工业化加工生产中使用的机械设备。所以，根据食品机械与设备课程的教学需求，设置工厂实习教学环节，联系与学校有合作的大型食品加工厂，选择部分食品加工生产线，例如市场上最为常见的膨化食品的加工生产线，巧克力加工生产流水线，面条加工生产流水线等与人们生活较为贴近的食品加工机械设备。工厂实地教学过程中，可安排负责相关加工生产线的工人向学生讲解生产线中每一环节，将课堂所学习的理论知识有机地与实际生产加工结合，学以致用。

（五） 丰富课程考核方式

在课程的实际教学中面临的另一个问题是考核形式单一。考核是以学生对课程内容的掌握程度为目的，考核学生对课程内容是否融会贯通，合适的考核方式能够有效地提高学生学习的积极性；因此考核方法的丰富性、针对性尤为重要。所以依据课程模块内容和教学方法，制定相应的考核方式，以过程化考核为主线。教学内容模块化，课程内容系统化，学生课程学习的效果提高，而通过过程性评价数据可以有效反馈优化课程教学体系，并能督促学生的平常学习，提高学生的学习热情[7]。

四 课程教学平台建设

（一） 多媒体互动教学平台

目前国内各大高校均配备了多媒体教学设备，但很多任课老师并没有充分利用好多媒体教学设备，只起到了教学辅助作用。多媒体互动教学平台的建设可充分利用计算机技术和网络资源，其主要教学思路如下：充分整合、利用网络及视频教学资源，构建多媒体教学共享数据库，方便学生课下学习；利用计算机软件开发资源，开发一款简单的、针对食品机械设备原理设计软件，让学生自己动手根据所学的理论基础知识，设计简单的设备结构图；设计计算机仿真模拟，模拟食品机械设备的运行原理。

（二） 现场实操教学平台

食品机械与设备的现场实际操作教学不仅能让学生充分掌握食品机械设备的操作过程，亦能极大地巩固学生的理论知识基础。现场实操教学平台应由两名任课教师组成，一名任课教师负责理论知识的教学工作，另一名任课教师负责食品机械的拆卸、实际运行操作等内容的讲解。可让学生亲手操作相关机械设备，进一步复习和巩固所学的理论知识。

（三） 实习基地建设

食品科学与工程专业作为一门典型的工科类专业学科，工厂实地学习一直是教学工作中不可或缺的一部分，也是完成教学过程中非常重要的环节。各高校食品学科相关负责人应积极与当地相关食品企业的相关领导联系、沟通，洽谈合作事宜，建设校企合作学生实习，一方面为高校的学生培养提供极大的便利，另一方面也可为企业培养潜在的后备人才。上海理工大学食品科学与工程专业目前已与光明乳业股份有限公司、上海金枫酒业有限公司、上海交大昂立股份有限公司等企业建立了学生实习基地，极大地提高了食品机械与设备课程的教学质量。

五 嵌入式的食品机械与设备实践教学改革存在的问题

目前，各高校实行嵌入式的食品机械与设备实践教学改革存在一定的难度。需要高校购买更多的食品机械设备，增加用于放置设备的场地，聘请更多的食品加工专业、食品机械方向的任课教师，调整传统的食品机械与设备的授课课时分配。随着国家对高素质人才培养的重视，各高校所在的政府机构近些年都在不断地增加高校建设和科研经费投入力度，这些问题将会逐步得到解决[8]。除了国家的科研经费投入，各高校相关学科负责人应积极与相关企业沟通、洽谈，与企业建立长期的校企合作关系，深入了解市场对人才素质的需求，打破传统的人才培养模式。新型教学模式下培养的食品专业相关人才在全球食品工业中将具有一定的竞争力，也将极大地促进我国食品工业的发展[9]。

六 基于嵌入式的食品机械与设备实践教学改革的效果

近两年，我们在食品机械与设备课程授课过程中初步实践了上述几个方面的教学内容和方式上的改革，以重视工厂实习教学环节及建立实习基地为驱动力，加强学生与食品企业的对接交流，让学生能够更完整地接触到食品加工机械的实际运作以及更全面的掌握课程所设定的技术知识，取得了以下的效果：学生对食品机械与设备课程产生了浓厚的兴趣，学习食品机械与课程的积极性很高，课堂上积极地与老师互动、交流、提问，课堂氛围活跃；经过一学期的课程学习，学生的平均成绩显著提高；学生的创新精神和创新能力也得到了很大的提升，屡屡在大学生创新创业大赛中获得佳绩；此外，学生的动手能力也得到了很好的锻炼，提高了他们在日常生活中动手解决问题的能力，提高他们在今后工作过程中的竞争力。

七 结语

专业课教学要将专业知识作为基础，让学生尽可能掌握所学的基础知识点，并且以此进行相关的实践内容。大多数专业课程的实践教学课时较少，且实践内容与实际企业生产过程相差比较大，难以起到“所学指导实践，实践反馈所学”的教学目的。因此，如何提高实践类课程的学习效率，已成为各大高校教学改革中的重中之重。经过嵌入式的食品机械与设备实践教学改革，食品机械与设备课程的教学效果获得多数学生的认可与好评，学生在科研方面的兴趣以及实践能力有了极大的提升。本课程将传统的课堂理论知识学习与实际操作有机结合，有利于夯实食品相关专业学生的专业知识基础，帮助其掌握相关机械设备的操作过程，以实际生产加工为导向，突出了教学内容的实用性，有利于培养高素质的食品专业人才，提高他们在今后工作中的竞争力。