“以学为中心”的“食品工程原理”课程教学改革与实践

王宝贝，林娈，郭凤仙，陈培琳，李琳,，陈洪彬

1.泉州师范学院海洋与食品学院（泉州 362000）；2.华南理工大学食品科学与工程学院（广州 510640）；3.东莞理工学院化学工程与能源技术学院（东莞 523808）

随着我国经济的蓬勃发展，工程科技创新和产业创新人才的培养成为新时期国家“新工科”建设的核心目标[1]。食品工业是我国国民经济和民生保障的重要支柱产业。食品产业链的延伸和拓展、食品工业工程化制造的革新和应用亟需大量新型工程科技人才的支撑，致使食品新工科建设迫在眉睫[2]。新工科建设在产业转型升级和区域经济发展中起着至关重要的作用。因此，培养既有扎实理论基础和专业素养，又能将理论知识应用于实际生产中的应用型卓越工程人才成为食品专业新工科建设的重中之重。

“食品工程原理”是食品科学与工程专业的一门专业基础课程，是后续“食品机械与设备”“食品工艺学”等专业课程的先修课程，是由理及工的关键所在。该课程涉及的动量传递、热量传递、质量传递“三传”原理和工程性问题与食品产业生产第一线息息相关。因此，课程在食品工程创新人才培养中起着承前启后和由理及工的重要纽带作用[3-4]。本文旨在通过介绍泉州师范学院“食品工程原理”课程近年来将“以学为中心”的教学理念融入教学过程进行教学改革与实践的案例，希望能对同类课程的教学实践改革提供参考。

1 “食品工程原理”授课过程存在问题

“食品工程原理”课程旨在培养学生的工程观点和工程意识，使其掌握良好的工程学习方法、培养学生的自主学习及终身学习能力。课程涉及“高等数学”“大学物理”“物理化学”等先修课程的内容，具有知识点繁多、理论原理抽象、工程性和综合性较强等特点[5]。长期以来课程教学效果不太理想，其原因主要有几方面：课程本身涉及抽象的理论和枯燥的工程问题，学生学习兴趣不大；学生基础知识薄弱，对课程产生畏学现象，自主性不强；教学多采用以教师为中心的讲授式，忽视学生在教学中的主体作用，学生的学习积极性不大；学生课前不预习、课上听不懂、课后不复习，恶性循环进一步产生厌学情绪。要打破这种僵局，亟需一种新的教学模式来提升课堂内涵，激发学生的兴趣、调动学生自主学习的积极性，进而实现课堂由“低阶”向“高阶”的转变。

2 教学改革思路

“以学为中心”的教学理念旨在将“以教师为主体”的教育模式向“以学生为主体”的教育模式转变，最大限度地激发学生的求知潜能，提高学生的学习积极性和创造性，进而提高教学效率[6-8]。课程将“以学为中心”的教学理念融入“食品工程原理”的教学过程中，以期提升学生对课程的兴趣，调动学生的主观能动性，实现自主学习，从而提升授课效果。具体措施包括：针对学生基础知识薄弱、畏学的情况，借助线上教学平台引导学生预习，提高预习效率；在教学中融入案例教学，帮助学生理解抽象理论；同时结合教学案例引入思政元素，将立德树人的根本任务适时融入课程教学；通过思维导图作业引导学生主动思考并及时归纳总结知识点；通过小组作业培养学生自主学习能力、团队协助能力；强化过程性考核，公平公正地评价学生学习效果。

2.1 线上平台预习辅导，实时掌握动态学情

在线开放课程极大拓宽教学时空，教师不再受时空限制，能及时为学生提供多种形式的辅导，这在很大程度上弥补专业课时有限带来的问题。鉴于课程涉及的理论较为抽象、工程性问题复杂，课前预习能很好地帮助学生提高课堂效率，让学生“听得懂”。然而，绝大部分学生在课前都无法做到主动预习。因此，课程借助超新星学习平台在授课前一天发布授课内容和课件，并将主要的知识点整理成课前作业，引导学生带着问题“预习”。通过课前作业的完成，学生对课堂内容有了初步认识，在一定程度上克服学生的畏学心理，提高学生课堂参与度。此外，线上课前作业还能帮助教师及时掌握实时学情，教师可以根据课前作业的完成情况，在课堂上有针对性地深入讲解易错的知识点，以提升授课效果。

2.2 案例教学，激发学习兴趣，融入思政元素

兴趣是最好的教师，对于工程性较强的“食品工程原理”，可以采用案例增加课堂的趣味性，提高学生的学习兴趣[9-10]。在授课过程中，根据实际教学需求引入一些常见现象（生活案例），把抽象的问题形象化，通过案例剖析引导学生主动参与课堂讨论，进而引出解决问题所需的理论知识，以激发学生的学习兴趣，让学生在轻松愉悦的氛围中掌握知识。还可列举工程应用实例，提出需要解决的问题，让学生以“解决问题”为导向展开学习，提高学生解决实际工程问题的能力。课堂上还要注意结合启发式、讨论式的教学手段引导学生思考、利用所学知识解决实际问题。比如，在讲解能量守恒与伯努利方程时，可用历史上著名的“奥林匹克”号和“豪克”号相撞的故事作为课堂导入，播放短视频，与学生围绕“引起两船相撞的原因”展开讨论，引入课堂的主题内容——流体流动的能量守恒。与学生讨论生活中还有哪些现象跟流体能量守恒有关，如动车靠站时站台旁的黄色警戒线、飞机起飞的原理等，引导其用所学的理论知识去解释身边的现象（图1）。又如在讲解蒸馏单元操作时，可通过播放一段白酒酿造的短视频作为课堂引入，通过剖析短视频中白酒提纯的技术原理，引申到课程重点蒸馏分离纯化的本质是利用液体混合物中各组分在一定温度下挥发能力的差异，通过加热使得混合物形成气液两相，各组分在两相中浓度不同，从而实现混合物的分离。

图1 流体流动能量守恒案例示意图

“课程思政”是将思想政治教育融入专业课、通识课的教育实践活动。将思想政治教育有机融入专业知识教学中，有助于引导大学生树立正确的世界观、人生观和价值观[11]。早在2017年教育部就在《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》中明确指出，应大力推动以“课程思政”为目标的课堂教学改革，梳理专业课程所蕴含的思政教育元素，融入课堂教学环节，实现思想政治教育与知识体系教育的有机统一[11-12]。课程思政讲究的是“润物无声”的方式，案例教学过程是融入思政元素的一个很好载体[13]。如在介绍我国白酒酿造技术案例时，可引导学生了解我国酿酒技术、白酒纯化技术等的发展历史。向学生展示我国古代食品科技的成就，提升学生民族自豪感，强化学生爱国情怀。此外，白酒的制作需要经过多次的蒸馏、调配才能完成，这其中免不了繁琐的工艺设计和反复验证计算，此处可以凝练出不忘初心、努力学习、求真务实、培养工匠精神等思政元素。

2.3 思维导图作业——引导学生主动思考，及时归纳总结

思维导图是由英国著名学者Tony Buzan于20世纪70年代提出的一种组织思维的工作方式，有助于将复杂分散的知识点条理化，帮助学生快速掌握整个知识架构、提高学生的学习效率和学习兴趣，进而提升课堂教学效果[14-15]。虽然每节课教师都会将上一节课的重点难点与学生共同回顾一遍，但短暂的回顾不足以让学生完全掌握所学知识点。鉴于课程学时有限，且学生的学习主动性不够。课程引入思维导图作业，在每个章节授课结束后，让学生以作业的形式围绕章节内容的理解绘制一份思维导图。学生在完成思维导图作业的过程中，必须对章节内容进行回顾、深入理解并对知识点进行分类布局，这是一个对知识点深入理解和融会贯通的过程，有助于学生对各个知识点进行梳理、分类总结并强化记忆。该过程让学生在完成被动的作业中融入主动的思考，引导学生更加深入和透彻地理解课程内容。完成一份思维导图作业就是完成一次思维的训练。

2.4 小组作业——培养学生团队协作能力

小组合作式学习（team-based learning，TBL）是由美国Michaelsen教授提出的一种新的教学方法。该方法提倡学生以团队形式，根据教师提出的任务，自主完成资料检索、课题讨论，进而提出解决方案。TBL教学法不仅可以激发学生的学习兴趣、调动学生的主观能动性，还可以培养学生的自主学习能力、团队协助能力[14]。因此，课程在介绍完动量传递、质量传递、热量传递三个主要理论及相关的单元操作后，采用团队教学法让学生自由组队完成一项小组作业——介绍一种与食品工程原理“三传”相关的案例。学生从选题、资料检索、课件制作到上台汇报、现场回答提问等每个环节都需要团队成员共同沟通协商、分工合作。团队要完成好该项任务，需要团队成员主动深入学习课程的相关理论知识，才能基于科学原理分析与解释其所选择的案例。为最大限度调动学生的积极主动性，小组作业成绩除了教师评分外，还引入组间评分和组内评分。组间评分要求每个小组给其他小组打分，组内评分则是小组成员给其他成员打分。这可以有效防止个别学生的“摸鱼”行为，也能够引导学生认真听取其他小组的汇报，不只是专注于自己的汇报。表1列举2021级学生小组作业选题。从表1可见，小到餐桌上的饺子、吸管，大到水力工程，学生都可以发现其中与流体流动、传热相关的原理。虽然选题中不可避免地出现部分重复，但是每个小组介绍的侧重点不同，故而影响不大。此外，从多个角度分析类似的案例，正是考验学生发散性思维的一个很好机会。

表1 小组作业选题

2.5 建立健全考评体系，强化过程性考核

“以学为中心”是学生自主学习的过程，需要建立多元化的考核评价体系，加强对平时学习过程考核比例，才能更加客观地考评学生学习效果、促进学生自主学习、提高学生综合能力[7]。课程改革将过程性成绩占比提高到总评的50%，并将过程性考核细化为课堂表现（15%）、个人作业（15%）、小组作业（20%）3个部分，实现对学生知识和能力的全面考查。其中小组作业进一步分为教师评分、组内评分、组间评分。课堂表现成绩主要是对学生学习态度的考查，除了出勤外，还包括学生的课程参与度。课上参与讨论、回答问题的学生给与适当加分鼓励。为促进学生主动参与，学期初将列入过程考核的教学环节或内容向学生公开，并且在课程进行中定时在学习群中公布过程性成绩，以便让学生心中有数并积极完成学习任务。

3 课程教改成效分析

3.1 课程成绩提高

将教学改革措施在2020级和2021级食品科学与工程专业授课过程中实施后，课堂氛围从鸦雀无声变得活跃起来。课堂上的提问、讨论环节，学生都能踊跃参与并积极发表自己的看法。特别是在进行小组作业汇报时，演讲小组与台下学生展开激烈的讨论交流。近3年“食品工程原理”课程期末考试情况如图2所示。在试卷难度相当的情况下，改革前（2019级）期末考试不及格率达96.4%，平均分仅为41.7分。教学改革实施1年后，课程的不及格率降至56.0%（2020级），平均分增至56.7分；教改实施第2年，2021级的不及格率进一步将降低至8.8%，平均分增加到72.1分。同时，经过改革后，课程的优良率（80分以上）从改革前的0提高到3.6%，第2年度进一步提高到26.3%。由改革前后学生学习成绩分布变化可见，“以学为中心”的教学改革措施在实践中取得一定成效，且第2年度的成效比第1年度更为显着。这可能是由于经过一轮的实践之后，教师能够熟练运用各项教学改革措施，并且在第一轮教改的基础上对教学案例和教学内容的设计提升、课件的完善等工作进一步改善和提升教学效果。

图2 改革前后学生成绩对比

3.2 学生满意度调查

期末结课时，让参与该课程的学生匿名填写调查问卷，从学生的角度评价改革措施的成效。分别对2020级和2021级学生发放问卷，分析结果如表2所示。关于线上教学平台发布课前作业的措施，2个班级中认为课前作业对提升预习效率和课堂学习效果很有帮助的学生分别占52.94%和35.71%，认为有帮助的学生占47.06%和62.86%。对于案例教学措施，100%的2020级受调查学生及95.71%的2021级受调查学生认为有助于激发其学习兴趣、帮助理解抽象的知识点。此外，2个班级均有超过90%的学生认为思维导图有助于督促其主动对课程内容进行归纳总结、加深对知识点的理解和记忆。可见，绝大多数学生对在“食品工程原理”课程中采用线上平台布置课前作业、案例教育、思维导图作业等“以学生为中心”的教学改革措施持肯定态度。然而，从调查结果发现学生对小组作业效果的评价明显低于课前作业和案例教学。2个班级分别有8.82%和15.71%的学生认为小组作业对提升团队协作能力、语言组织表达能力，以及提升资料检索、分析问题、解决问题的能力并没有帮助。2021级的学生对小组作业在这两方面的效果认为没有帮助的分别为15.71%和10.00%。这可能是由于小组作业的完成要求学生自主探究、研讨和合作，这对学生提出更高的要求，学生需要自主查阅资料、整理思路、学会沟通与互助。在实际执行过程中，有少部分学生合作不主动、参与度不均衡。如何把所有学生的兴趣调动起来，让其主动参与学习，这需要进一步努力。

表2 学生对教改措施的评价

4 结语

将“以学为中心”的教学理念融入“食品工程原理”的教学中，有助于提升学生的主动思考能力和实际动手能力，提高学生的学习积极性和创造性。课前预习辅导，掌握动态学情，及时调整教学方法指导后续教学。采用案例教学、思维导图和小组作业，激发学生学习兴趣、促进学生自主学习、加深知识的理解和记忆、提升团队协作意识等。提高过程考核比重，科学测评学习效果。这其中，如何调动学生的积极性，对任课教师提出更高要求。任课教师需要在资料检索、案例搜集、分析、整理等方面投入更多的精力。思政元素的融入要求做到润物无声才能起到意想不到的效果，也要求任课教师倾注心血对教学内容进行精巧的设计。