新工科背景下“食品工程原理”教学改革探讨

刘伯业，陈复生，纪俊敏，黄泽华，杨趁仙

（河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450001）

0 引言

近年来，为提高我国高等院校的工科教育质量，开展了面向全国工程类专业的工程教育认证，目标是加强对工科专业学生培养质量的把控，培养理论知识扎实、实践能力强，兼具实干和创新精神的工科人才，从而为工程专业领域输送高素质、高水平的从业人员，提升我国工程教育在国际上的竞争力，达到世界高等教育强国的水平。根据新工科背景下工程教育面临的新形势、新挑战，开展工程教育认证提出了以学生为中心、采用基于成果导向的认证标准和持续改进的三大核心理念，所以结合工程教育专业认证的标准提出的“食品工程原理”教学改革方案要根本性地突破传统教育模式的限制，将核心理念融入专业建设的全过程，以实现培养目标、课程体系、师资队伍建设等过程的不断改进。通过对课程体系的改革探索着力培养学院食品科学与工程专业学生的专业素养，使其熟练掌握专业知识的同时兼具实践创新能力、跨界整合能力，能够分析解决实际工程问题能力，使工科毕业生达到行业要求的综合发展的质量标准[1]。“食品工程原理”是一门食品科学与工程专业的必修课，在食品专业课程体系中占有重要地位。课程理论与实践结合性较强，课程内容与食品工业生产直接相关，重点学习内容为食品生产加工过程中的三传理论，流体流动、干燥、传热、萃取、膜分离等单元操作的原理、设计计算和设备构造等内容，为后续食品专业课程的学习提供理论知识基础，对培养学生工程思维和解决工业中实际问题的能力起着重要的作用[2]。在基于新工科不断发展的背景下对食品科学与工程专业人才的培养需求进行深入研究，为提高人才培养质量以工程导向为目的进行了教学改革路径和教学模式的探索。针对学院目前“食品工程原理”传统教学存在的问题，从理论教学，实践教学和课程设计不同方面提出改革措施，与时俱进地更新理论和实践教学模式、考核方式，不断丰富完善教学资源，提高教学条件和教学质量，综合培养学生理论知识和实践应用能力，突出工程概念，增强应用能力，以期培养出基础牢、能力强、综合素质高的专业技术人员，为食品相关企业可持续性地输送高素质应用型人才，满足新工科发展背景下对人才的培养需求[3]。

1 教学难点和存在问题

“食品工程原理”课程由于知识体系内容繁杂，抽象难懂的特点，需要学生在学习过程中不仅具备扎实的基础知识储备和数学计算能力，还要有一定的工程生产经验做到对所学知识融会贯通、灵活应用。由于课时安排有限，教师在课堂教学中无法将所有内容都详细讲解，所以长期以来许多高校的食品专业在该课程上的教学效果都不太理想，结合工程教育认证标准的指导，通过对原有教学过程的深入分析，发现主要存在以下问题。

1.1 教学方式传统单一

“食品工程原理”课程涉及知识面广泛，生产单元操作的工程概念和定理晦涩难懂，需要记忆大量的公式且能在不同的工艺场景中合理选择、灵活运用，同时每个单元的操作过程中相关设备类型多种多样，在不同生产应用上也大有不同。因此，该课程的学习对学生的基础知识体系和生产经验的要求较高[4]。传统教学常采用按部就班讲解教材的模式，内容相对枯燥难懂，教学方法和教案内容都较老套，不能做到与时俱进的更新。教学过程中每节课的课时安排间隔时间长且无法做到课下督促学生及时复习巩固，会使教学缺乏连贯性，学生在学习新章节前不能及时回想起前面章节的内容。讲课内容常常会因追求全面广泛而不能突出重点，以至于教师投入很大精力，学生也花费大量时间，但学生仍无法透彻、有效地消化学习内容。部分理论公式推导过程抽象且复杂，对重要设备构造和工作原理进行讲解时，由于缺乏直观形象的动画演示，一些专业基础较差的学生面对庞大的知识任务容易产生畏学心理，对课程提不起兴趣，大大降低了学习效率。学生在课堂的参与度不高，使得课堂气氛不活跃，不仅难以提高学生的学习积极性，降低了听课效率，更无法进一步联系到实际生产应用。想要改变传统的教学模式就需要教师合理改变授课方式，激发学生的学习积极性，吸引学生更好地融入课堂，争取事半功倍的教学效果。

1.2 实践重视度不够高，与工程应用结合性不强

“食品工程原理”课程由于传统的重理论、轻实践的教学思想，设置的实验和课程设计学时相比理论课学时不够高，实验课程应及时安排在每章理论课结束后，加深对理论的理解和应用，但由于课时安排受限，只能在理论教学结束很长时间后再进行相应的实验教学，所以学生不能很好地将所学理论与实践操作结合起来[5]。而且实验内容的设置通常只是针对单元操作中几个典型的设备，学生不能充分发挥主观能动性，忽视对工艺、设备原理的理解，仅仅按照实验步骤机械性地完成操作，故不利于激发学生的探索精神和创新精神。实验内容的设置不能做到随着工业的快速发展与时俱进地更新，同时教学中不够注重结合工程实践指导学生解决实际问题，使教与学产生脱节。尽管近年来实验教学的方案和内容正持续调整改进，但仍未做到将实际生产引入实践教学，着重培养学生实践能力、创新思维、分析和解决实际问题的能力，无法满足实际工业开发与新生产工艺和技术的要求[6]。

“食品工程原理”课程设计是针对所学理论知识和实践操作的综合应用，要跟随新时代的食品工程的工艺进步将学科前沿信息传达给学生，由于目前课程设计模式相对固定，不能引导学生用发散性思维尝试不同工艺方法、不同类型的设备达到生产要求，设计内容缺乏与新工业生产的实际关联性，加上学生缺乏实践认知经验，设计的思路无法做到从实际生产角度出发，兼顾方案可行性、先进性、经济性和环保等因素，课程设计教学达不到理想效果。学生对食品加工实际生产过程中各种设备的工艺参数不够了解，在设计过程中往往依照固定模板模仿借鉴，从而不能很好地帮助学生培养工程思维、工程实践能力、创新工艺设计能力。

1.3 考核方式单一，评价系统不够完善

科学合理的考核模式不仅能对学生的综合能力进行考核，还能根据考核评价反馈的信息对教学中容易疏忽的问题及时调整改进。现有的“食品工程原理”课程期末考核主要以期末试卷的成绩来评价学生对知识的掌握程度，不够重视对学生工程素质、创新能力、分析解决实际工程问题等能力的考核。期末考试内容偏向对理论知识的理解记忆和公式计算，涉及到实际生产的工程应用知识考核相对不多，实验课及课程设计的考核标准不够详细，导致学生只注重实验和设计的结果，而忽视平时的积累和掌握，小组分工合作的任务中不够注重考核学生各自的完成度和贡献度，没有做到公平分配每项分数。同时传统的考核模式中平时成绩和实验成绩所占比例较低，导致学生不重视平时的课堂表现、学习态度、作业完成情况和实验操作规范等问题，部分学生还容易抱有侥幸心理，想在考前集中复习突击，甚至出现课堂替课、作业抄袭等现象。所以要针对考核的要点合理规划考核内容的分配和方式，把考核评价融入平时的教学过程中，促使学生养成端正的学习态度和认真的学习习惯，使得考核能够综合全面地评价学生对知识体系的理解掌握和灵活运用情况，结合教学模式进而发挥考试的导向作用。

2 改进措施

在新工科背景下对“食品工程原理”课程进行改革，把教育研究的重心从“教”转移到“学”。从教学环节设置、教学内容优化、实践资源配置、考核标准完善等方面进行了深入探索，旨在改善该课程的教学方法和提高整体教学水平，对于丰富教学内容、提高工程实践应用性、完善考核体系具有重要意义，为食品工业发展培育出符合工程教育专业认证标准的创新应用型人才。

2.1 课堂改革

以学生为主体的教学理念要求教学方式要由传统“灌输式”教育向“启发式”教育转变，关于一流本科课程建设的实施意见中明确指出教师讲课要避免单纯的知识点灌输、僵硬化教学、忽视能力的培养，要引导学生自主思考，主动分析找出问题，着重培养学生创新思维和解决生产问题的能力[7]。针对“食品工程原理”课程内容复杂难懂的特点，理论课程教学改革首先根据教学目标和食品工业动态确定教学重点内容，考虑不同专业方向和不同层次学生的培养需求调整教学方案，整理每章知识间的主线分支关系，再根据教学大纲每章的教学重难点分配相应的课时，合理安排教学内容和教学进度。由于线下课时安排有限，充分利用网络教学手段。例如，利用学习通、钉钉等平台上传教学视频和课件资料，让学生提前预习所学的主要内容，再收集预习过程中反馈的问题在课堂上重点讲述答疑，确保学生对内容的接受度和掌握度[8]。

课堂上教学过程中以关键问题为主线实施启发式教学，引导学生带着批判性眼光思考问题，同时充分利用现代信息技术（如视频、动画等） 多媒体手段，通过图像动画与文字的结合突出重点，辅助难点教学，避免单纯的知识灌输，更生动形象地帮助学生理解所学内容，对每一单元教学要结合典型的生产工艺，引导学生树立工程观念，简化繁琐的推导过程，重点介绍方程公式中各参数的含义及应用，避免枯燥乏味的讲解，起到开拓思路、激发兴趣的作用[9]。同时，课堂上要坚持让学生参与讨论增加交流互动，分成小组形式实施开放式探讨，教师点评，实现授课过程中角色互换，起到开拓思路、增加课堂活跃度的效果。课下的作业布置要以质量为主，挑选具有典型代表性的习题作为巩固训练，适当扩展内容，补充先进的研究成果[10]。引导学生透过现象看本质，深入理解所学的工程概念，提高学生学以致用的实践能力，通过作业反馈集中解答学生在学习过程中的疑问，完成答疑。

2.2 实践改革

“食品工程原理”课程的工程性和实践性很强，课程内容来源于生产实际，因此，加强理论与实践的结合是该课程教改的重点内容。实验验证及课程设计教学作为理论教学的重要补充，能够帮助学生初步掌握食品工业生产的单元操作技术，在巩固理论知识的同时提高实践操作能力，提高对所学知识理解程度和灵活应用水平。首先，确定实验教学的总课时和目录，实验内容设置要争取针对目前食品工程常见的问题设计实验方案，可根据已有教学条件将实验分为基础认知型实验和综合应用设计实验，基础实验可采用动手操作完成实践，通过增加实验设备、修改实验指导书等方式以更好地指导学生完成实验操作和数据的分析处理。重视引导学生从工业生产设计实践的角度出发认真完成实验环节，提高操作技能和分析解决实际生产问题能力[11]。复杂的综合性实验可采用虚拟仿真实验演示的方式进行教学，提供不同的场景和必做、选做实验给学生选择，在复杂的实验设计上要坚持与工业生产工艺的背景相结合，加强实际工程应用性[12]。工程案例的课程设计题目要坚持与实际生产背景相结合，实现理论教学与工程实践训练的同步推进。注重将工程意识和观念的培养渗透于教学环节中，学生在设计的过程中了解工程研究的方法，具备分析判断重要工艺环节的相关参数、工艺计算和设备选型是否合适，并能够在设备发生故障时基于对设备原理的分析排除发生故障的原因，针对工艺设计要求对方案进行优化，着重培养学生创新工艺设计能力和实际分析解决问题的能力，以满足食品企业生产加工涉及的工程实际需求。指导学生在工艺设计和设备选型上要注重设计方案的先进性和可行性，提供可以查阅的相关资料和手册，争取达到设计说明的明确表达，避免单纯的模仿模板完成设计任务。设计任务难度大的部分可采用小组合作互助的方式，增加学生间相互研讨与交流，通过对比找出问题，让学生在相互合作中懂得团队协作的重要性。增加实验的创新性和应用性以帮助能够实际解决生产遇到的问题，为食品生产新工艺开发设计打下基础，综合培养学生工程观念和创新意识、团队合作等素养。

2.3 考核体系完善

为全面考核学生对教学目标的达成度及教学任务的掌握程度，成绩评价改革是完善课程改革的重要组成部分，完善考核评价采用多元化过程性评价制度，重视学生对知识掌握和运用水平的检查评价，注重对学生工程素养及运用理论知识解决工程实际问题的综合能力的考核。提高平时成绩和实验成绩在最终成绩的比例，促使学生注重平时学习过程，将能力和态度、学习过程和学习成果同等对待，激发学生平时的学习兴趣和课堂表现的重视，注重检查学生实验预习情况，实践操作能力和实验报告的完成情况。平时成绩考核要综合考勤、课堂表现和平时作业和测试等情况评分，使学生积极主动探索课程学习，提高课堂参与感。课下作业和测试不以最后结果的对错来评价，可以适当加以延伸和讨论，比如鼓励学生进行相关题目的讲解，在帮助学生更加牢固掌握知识的同时增加了学生的自信。因此，为了把考核融入平时的教学过程从而完善课程考核评价方式，“食品工程原理”课程的考核评价成绩，由此才能全面、客观、科学地考核学生对“食品工程原理”课程的掌握和运用情况，通过考核结果及时调整教学方案，发挥考试对教学教学模式的导向作用，促进教学质量的持续提升。

各项评价分数分配方案见表1。

表1 各项评价分数分配方案

3 结语

实施工程教育专业认证，是目前我国高校教育在基于新工科建设背景下推进的重要举措。结合学校粮油食品学院具备的基本教学条件和食品工业发展对人才培养的需求对“食品工程原理”课程进行教学模式改革的探索，以工程教育认证的提出的核心理念为指导，突出以学生为中心的教育理念，借鉴其他院校的改革经验全面修订新的培养目标和教学方案。充分考虑社会、企业、学生的多方面需求，将教学任务与毕业要求环环相扣，与时俱进地更新教学方式和考核制度，重点加强“食品工程原理”课程理论与实践的结合程度，将工业生产案例引入教学环节。以达到预期的教学目标，促进教学改革实施效果的持续提升，综合全面地提升毕业生的知识水平和实践创新能力，从工程专业角度培养适应现代食品行业发展的高素质创新应用型人才。