结合USRP创新活动的“食品工程原理”教学方法研究

盛建国 刘 畅 孔德昭 李雅琪 史巧巧

（江苏科技大学粮食学院，江苏镇江212100）

国家大学生创新性实验计划是高等学校本科教学“质量工程”的重要组成部分，旨在探索并建立以问题和课题为核心的教学模式，倡导以本科学生为主体的创新性实验改革，全面提升学生的创新实验能力。“食品工程原理”课程的理论和实验教学，在大学基础教学中处于重要的地位，是培养食品质量与安全专业学生理论知识、实验技能和综合素质的重要组成部分。对此课程进行理论和实验教学的改革与创新是培养创新型人才的重要途径[1]。根据食品质量与安全专业综合发展要求，我校在“食品工程原理”课程理论和实验教学中引入USRP（Undergraduated Student Research Program）创新教学法[2]，在提高“食品工程原理”课程的理论和实验教学效果的方法和途径上取得了较好效果。

1 “食品工程原理”课程教学指导思想及USRP创新活动内涵

“食品工程原理”课程理论和实验教学的指导思想是：与社会发展需求相适应，以现代教育理念为依据，全面贯彻“新工科”和工程教育专业认证理念，采用USRP创新教学法，以线上和线下相结合的方式，提高学生自主学习、思考和解决问题的能力[3]。

为鼓励大学生自主学习和创新创业，一些高校开展了课余实验研究创新活动（USRP创新活动）。USRP创新活动是指大学生在课余时间进入实验室，在教师的指导下，用2～3个月的时间进行一个课题的实验研究[4]。USRP创新活动的项目将课程教学内容与创新活动结合起来，不仅能使学生加深对专业知识的理解，而且还能使食品工程实验室更有效地服务于教学活动。

2 结合USRP创新活动的“食品工程原理”教学方法探索

2.1 教师教学由主导变引导 学生学习由被动变主动

USRP创新活动的引入，使教师变成组织者，在教学中由主导变引导，学生学习由被动变主动，这也是因“新工科”和工程教育专业认证的要求所决定的。

2019年开始，我校食品工程原理实验室对二、三年级学生开放，以便学生进行USRP创新活动。创新活动项目来源于教师的科研和企业的需求，给学生留有充分的、发挥主观能动性的余地[5]。USRP创新活动侧重于对知识的综合应用，是课内教学活动的重要补充，是对学生培养模式的创新。USRP创新活动的良好经验已经在兄弟院校传播，形成了一定的影响[6]。学生在“食品工程原理”实验中提出的一些创新思路，教师都会积极鼓励并创造条件开展实验。我院实验中心有多种设备，从学生一年级起，教师就鼓励学生自主结合参与USRP创新项目。目前，我院各年级都有二、三十个创新小组、近百名学生参加，创新小组的指导教师部分来自学生家长，部分则来自往届毕业生。

在学生USRP创新活动过程中，教师积极引导，及时纠正错误操作，引导学生分析错误操作产生的原因，让学生学会利用食品工程原理解释遇到的问题，然后采用正确的方法，从而获得实验技能。对创新实验操作中发现的疑难问题，多采用讨论、研究的方法，充分调动学生的积极性，培养学生创新实验工作能力。教师通过引入各种实例，结合食品工程原理基本知识进行分析，可以促进学生创新意识的培育，拓宽学生的知识面和学术视野，全面提升其综合素质。USRP创新活动中的部分任务由学生家长或企业工程技术人员担任，某些任务可由学生在家或者工厂车间完成，教师也可以变为学习和讨论者中的一员。

兴趣是最好的老师，学生学习最主要的动力往往来自他们的兴趣。教师在课堂上讲解“食品工程原理”理论知识时，可以与自己的科研项目结合，以真实案例阐明这门课程在实际中的应用，甚至可让学生参与到科研中。由此，不仅可以激发学生的好奇心和求知欲，而且能更有效调动学生学习食品工程原理知识的积极性。学生在相应的学习情境中，利用科学的方法来理解和解决实际问题，实现知识和能力辩证统一的目标[7]。同时，在未知科学的探索研究中，教师铸就的优秀学术品德和创新精神会给学生留下深刻的影响，教师将成为学生永远学习的榜样。

受疫情影响，2020年上半年，学校不能进行课堂集中教学，而采用学生在家就地学习，老师网上进行指导的方式。在“食品工程原理”学习方面，老师布置了很多小任务，要求学生在日常生活中，结合课程理论知识点，自己在家或附近的工厂、车间进行实验和理论验证。例如：通过烧煮开水可以验证传热单元操作中热传导、热对流的理论和实验知识；晾晒衣服可以验证干燥单元操作中湿度、焓的理论和实验知识；挤压水果取汁可以验证过滤单元操作中滤饼、滤液产生的理论和实验知识等。通过实际操作，学生理解了“食品工程原理”课程中的很多理论知识点，提高了自己的实际动手能力。

2.2 完善理论和实验教学学生成绩的评定方法

（1）提高独立创新实验成绩比重。受重理论轻实验的影响，过去实验课时较少，考核方法也较简单，实验考试所占分值比例偏低。为改变这种状况，对“食品工程原理”理论和实验教学成绩评定方式进行了改革，着重考查学生对理论知识的理解能力和独立创新实验的工作能力，把独立创新实验成绩占总成绩的比重由原来的20 %提高到60 %，从而激励学生重视创新实验。

（2）采用多元化的考核评价方式。利用课堂提问、开放性小测试、设计型作业、实验和期末考试等考核方式对学生进行综合评价，探寻和构建既能体现学生对所学知识的掌握程度，又能促进学生创新能力和个性化发展的考试方式。另外，利用实验技能大赛、食品科学和工程类学术创新成果大赛、食品工程虚拟仿真实验竞赛、互联网+创新创业大赛等多种竞赛资源，以赛促学、以赛促教，适当地将竞赛成果纳入食品工程原理课程考核成绩的评定，多方面有效地推动创新创业人才培养的改革。

2.3 利用虚拟仿真技术实现线上教学

利用网上慕课平台进行“食品工程原理”理论远程教学，并开展虚拟仿真实验，由此学生在家就可以利用电脑学习理论知识、模拟实验操作，并能在网上进行研讨。我校研制的“食品工程原理”仿真技术，是食品工程系统的数字虚拟仿真，在计算机上建立的虚拟操作场景与现代化食品生产实时控制过程极其相似。学生通过“食品工程原理”虚拟仿真实验操作，提高了对连续生产食品生产过程的工艺、控制系统的动态特性的了解，拓展了思维。

在仿真实验中，通过立体的模型和流体动态的流动，可以让学生更直观地看到一个产品的生产过程，以及生产过程中所需设备。让学生运用模拟软件操作与控制设备，可以更好地理解这些设备的工作原理。学生在这种模拟实验操作过程中还会发现一些问题并会设法解决，从而激发其思考和认知。此外，在“食品工程原理”操作实验中教会学生用Excel软件工具绘制各种曲线，不仅能使学生更清晰地理解所学内容，而且还能增强学生的创新性与创造性。

近几年，我院引进了很多博士、专家，有的来自企业，有的来自国外，具有年纪轻、外语水平高等优势。在“食品工程原理”教学中，这些年轻教师会使用外语讲解一些专业术语，同时要求学生采用外语完成作业、撰写实验报告，不仅提高了学生的专业外语水平，也提高了学生的学习兴趣[8]。

3 结语

“食品工程原理”的理论和实验教学是培养创新型人才的重要途径。目前，“新工科”和工程教学认证都要求加强对学生动手能力和创新能力的培养，在“食品工程原理”教学中，USRP创新活动的引入，不仅可以弥补“食品工程原理”理论授课的不足，更有利于学生由被动学习转为主动学习，提高学习兴趣，对满足建设创新型国家的需要，培养21世纪高素质创新型人才具有着重要意义。