“三多四阶”食品专业实践教学模式探索

马磊，刘尊英，李振兴

食品科学与工程学院 中国海洋大学（青岛 266000）

在当今全球化新趋势下，多元化、创新型人才成为推动社会进步和发展的主体力量。开展“新工科”建设是构建中国特色、世界水平的工程教育体系，打好提升质量、推进创新人才培养机制攻坚战的重要举措[1]。“民以食为天”，食品工业是古老且永恒的常青产业，食品科学与工程这一工科专业肩负着为食品企业和社会培养食品工程师的重要责任，是我国“卓越工程师教育培养计划”中的重点专业之一[2-3]。我国全力推进创新驱动发展和“中国制造2025”等重大战略，对工程技术人才提出了更高的要求，迫切需要利用现代教育技术推动人才培养模式改革创新，培养造就一支知识结构、专业素质和综合能力俱佳，能在未来食品专业领域发挥作用的创新型人才，对学校人才培养、社会服务及产业发展皆具有深远意义[4-5]。

为了实施满足工程教育认证的课程目标，自学生入校起，通过专业教育，潜移默化地将设计的思想贯穿至整个四年大学学习中[6]。依托课程组所在的食品科学与工程学院在水产品贮藏与加工国家级重点学科的特色优势和食品科学与工程专业的综合优势，文章重点从主干课“食品工厂设计”实践教学环节出发，构建了较为完善的工程设计实践课程体系和管理模式，在强化工程意识、培养学生解决复杂工程问题的能力等方面进行了有益的探索，为相关实践教学改革提供思路。

1 实践教改的迫切需要

目前，食品专业的人才培养模式普遍存在“重科学研究轻工程技术、重传统科学轻创新创业、重理论学习轻实践实习”的问题[7]，这导致理论教学和实践训练未能紧密结合，使得食品专业人才掌握的理论知识与实际生产之间脱节，储备知识与食品工业发展趋势脱节，无法满足食品行业发展的强烈需求。

“食品工厂设计”是食品专业实践性很强专业核心课程，涵盖内容广泛，包括“食品机械与设备”“食品工艺学”“食品安全法规”等食品相关课程。要求学生掌握食品工厂设计的程序及相关设计通则，能够针对食品生产复杂工程问题的解决方案明确设计目标，开展可行性论证，确定工艺方案，通过工艺计算，能够进行设备选型，并在设计环节培养创新意识，综合考虑市场、社会、健康、安全、法律、文化、环保等因素，培育学生的设计理念并锻炼一定的项目管理能力。然而，大学生尚未踏入社会，缺乏工程经验，对项目现场的问题知之甚少，对于如何运用所学知识来解决复杂工程问题时常无从下手。

随着全国高校教学改革的推进，很多高校正积极引入现代教育技术，然而过度机械生硬地利用“翻转课堂”等新兴的教学手段，不仅挫败了学生的积极性，而且无助于教学效果的改进。另外，高等院校食品专业引进的教师一般来自科研院所，鲜有工厂实践经历，缺乏工程教育背景的教师们难以担当实践教学重任[8]。加之，由于缺乏课程教学效果评价标准，尤其是过程性的评价结果，难以与课程目标建立客观联系，很难用于期末课程达成度评价。因此，教学模式与实际现状脱节，无法达到理想的结果。

2 三多融合，拓展翻转实践

2.1 多资源——扩充案例库，不断丰富教学资源

现已出版的工厂设计相关教材多侧重理论，实践内容较少，更新较慢，与现实有一定差距。案例为基础的教学方法学（Case-based learning，CBL）被广泛采用，教师精选理论与实践融合的典型案例，结合工业发展实际，尤其以设计单位或合作企业的生产车间设计为素材，根据不同的教学内容，运用多媒体技术穿插视频、动画、图片展示，让学生身临其境。选取现代化工厂与落后工厂进行分析，有针对性地讲解注意事项，重点讲解共性问题、疑难点，引导学生遵循标准、规范自主选取设备结构、经验公式、数据的选取等。

通过教学库建设及教研项目的牵引，教师不断搜集国内外先进工程设计理念及案例，为学生们打开对接国际的窗口。向学生展示往期优秀毕业设计报告的同时，引导学生分析常见的错误案例，结合海洋生物资源利用的特殊性，引入相关设计注意事项。学生通过文献检索和资料筛选的过程，提高了信息获取能力和主动解决问题的能力，开拓了视野。除此之外，建立的题库、案例库等教学资源与课程目标建立联系，形成系列评价标准表格，用于课程达成度评价，最终建立和实施满足OBE要求的课程过程性评价体系[9]，例如，堂表现评分标准、实践训练评分标准、阶段性设计评分标准等，实现学习活动与课程目标直接挂钩。同时，所建立的学生课程目标自我达成评价的问卷表，更直观反映课程教学目标的达成效果。

目前全球仅有诺丁汉大学和新南威尔士大学两所大学开设了名为“食品加工工程”的专业，但国内外没有类似课程。教研组通过开设国内首门具有工程特色的本科生课程“食品加工工程”，使学生系统学习相关理论基础学习与研究、应用性加工基础学习与研究、工程应用研究。另外，“食品制造高新技术”“现代食品工程技术进展”等课程，帮助学生深入了解食品工程前沿进展。

2.2 多导师——多师指导，实践教学无死角

依托“食品工厂设计”课程，学生明确基本建设程序、清洁生产与末端治理、厂址选择与工厂总平面设计、公用工程、工艺论证与衡算、设备设计与选型、车间布置设计、人员定编与投资估算等相关理论内容。由工程实践经验丰富的教师设计并指导实践训练环节，聘请企业高级工程师和建筑设计研究院的资深专家结合工厂案例及设计经验协助指导并参与评估学生设计作品。

全院专业教师结合自身熟悉的科研现状及生产实际，拟定工厂设计主题，供每位学生自主选题，无雷同题目。关于产品、加工工艺、生产线等选定问题，学生能从毕业设计出题指导教师那里获取准确充分的信息或指导。学生一人一题自行设计，给设计过程中教师及时发现问题造成了一定困难，故在实践教学管理中需要发挥师生双角色，协调推进以学生为中心的有效教学。从确定题目开始，学生也参与题目设计，老师布置主题，学生初选，基于市场调研与细节讨论，进一步确定满足消费需求的产品形式及产量规模等。

工厂设计考核包含六个阶段，即厂址选择、工艺论证、工艺衡算、选型定编、经济衡算及图纸绘制。针对上述工作量较大的阶段考核评估工作，专门组织以中青年教师为主的考核小组，通过线上平台及时向学生反馈报告分阶段问题。这样即便在疫情期间，阶段性学习与考核也可以有条不紊地进行。

2.3 多模式——多元化教学模式，提升学习效果

应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，整合信息化实验教学资源，建立包括实验课程、综合创新和实习实训的三个层次的虚拟仿真实验教学平台，实现虚拟仿真实验教学与理论教学、创新设计、科研促教学、实习实践四结合，从而建设形成学生受益面大、创新性强、管理高效、示范程度高、易实现资源共享的国家级虚拟仿真实验教学中心。

通过计算机辅助设计（Computer aided design，CAD），学生掌握了二维工程图、三维模型图的绘制，这期间也采取了多种实践教学手段，邀请设计院老师为学生做培训讲座，学生可以利用网络资源对不熟练之处加以训练，鼓励掌握较好的学生为全班做经验分享，有效调动学生的积极性、参与度，并提升实操能力。

Blackboard平台（简称Bb平台）和微信交流群在实践课程教学中也起到了至关重要的作用。教师可以在网络平台布置课前预习资料、教学设计、教学视频、拓展资料、测试和作业等内容，微信交流群起到了教师和学生实时沟通的作用。课前学生通过Bb平台和仿真平台，学习理论知识、工艺视频，再通过软件模拟操作。教师通过微信交流群，结合仿真软件关键控制点进行工艺讲解，学生即学即用，避免灌输式教学，提高了学习效果。课后教师通过Bb平台对学生下达学习任务，学生根据学习任务来复习和巩固课程内容。完成学习任务后可预约加工实训课，之后可在实体设备上进行操作。通过预习-实验-复习-实践的四段模式掌握学生学习的各个环节，有效加强了教学效果的过程控制[10]。

考核评价方式注重过程性评价，降低一次性考试比例，评价学生在整个实践过程中对理论知识的运用能力、分析问题能力、沟通组织能力。制定阶段考核及最终答辩的评分标准和细则，名次位于末端5%的同学须整改后进行二次答辩。

3 四阶推进，系统培养工程设计思维

实践训练过程不能一蹴而就，而需贯穿四年本科教学，依托各种项目形式循序渐进开展，使实践训练不断迭代推进。

3.1 引导创新设计意识

强化创新创业教育，鼓励学生不断了解行业、深入产业并接轨社会。一年级大学生通过食育课堂、社会调查、认知实习等课程初步接触专业实践环节。学院每年举办“海洋食品创新大赛”，围绕海洋水产食品创新研发面向全校学生征集创意。然后通过市场调研、产品创意、技术路线、包装质保等方面对创意书进行考核，经过专家初评，经遴选的产品创意再进入产品开发阶段，最终制作实物并形成研发报告。类似竞赛方式促使学生了解产业创新的前世今生，尤其适合提升尚未深入接触专业的低年级学生的学习热情与实践参与度。学生既可以在学院提供的公共工艺研发实验室实施项目，也可以在各类科研实验室进行实验。构建“本硕联动、师生一体”的创新实践体系，帮助有想法的学生付诸行动。

3.2 熟悉典型单元操作

为帮助学生更好理解食品机械与设备的原理及结构，在教师的指导下，学生亲手拆装典型装置并操作设备，尽管构件记忆并非学习重点，但这种直观的教学方式有效帮助学生理解通透且印象深刻。另外，通过多媒体动画演示、虚拟仿真实验等方式扩充了单元操作的教学，使其不再受限于时空、场地等因素。

依托学院建设的省级示范工程中心，承载食品学科开展战略性海洋动植物资源精深加工技术教学、科研任务，其主体部分中试车间拥有50余台套中试设备[11]，方便学生深入了解从原料处理、提取、分离、浓缩、干燥、灭菌、包装及储运等一系列加工步骤。

3.3 强化工艺流程设计

通过专业综合大实验、生产实习等实践，教师在教学设计时坚持四个结合，经典与前沿的结合、科研与生产的结合、知识传授与价值引导的结合、教师主导与学生主体相结合，构建全过程、全方位育人的教学体系。为提高学生的自主实践能力，教师不再手把手指导，而是为学生留出自主研发环节，充分发挥主观能动性。

专业综合大实验[12]将学生创新能力培养的实验课程内容为问题探究、方案构思和实验实施三大模块。以海鲜调味料生产加工研究项目中的原料分析为例，通过情景分析、问题考察，有单一的牡蛎扩展为贝类，由贝类引导到虾类、鱼类的新鲜度分析，掌握不同种类水产品鲜度的分析方法，引导学生由特殊到一般，由一般到特殊的辩证过程。聚焦学生对设计方案的构思，通过头脑风暴、思维导图、设计方案等方式呈现。

在生产实习中，学生不是靠照方抓药完成实训任务，而是通过团队合作，从方案设定、原料筛选、工艺实施、产品评价等全方位自主完成。学生纷纷表示从类似形式的实习中受益颇多。

3.4 训练多维全厂设计

在教师引导下，学生从不擅长不熟悉的领域开始探索，通过查阅文献，了解地方政策与实际，分析市场现状及前景，结合工厂设计课程巩固理论知识，通过实习、参观食品工厂，得到更直观的认识。在论证企业运行中如何合理安排各类工序时，教师甚至通过乐高积木游戏等模拟方式营造沉浸式实践模式，保证了每位同学参与思考与讨论。

为秉承全面提高学生创新精神、综合设计和实践能力的宗旨，发挥食品科学与工程的学科优势，充分体现实践教学“虚实结合、相互补充”的原则，建立了“教室—虚拟实验室—实体实验室—企业“的本科生工程化能力链式培养模式。学院积极建立人才培育和工程化见习实践基地，尽管曾受疫情影响，但坚持在学校当地及近郊开展了相关毕业实习。

“三多四阶”实践模式实施后，学生实践训练成绩明显提高，在各类学科类及创业类竞赛中参与度和获奖级别逐年提升，创新能力有所提升[13-15]，例如某同学在工厂设计中知难而进，创新性地设计了立体化工艺流程和车间布局，并在学术期刊上公开发表，在近年以工厂设计为主题词的期刊中，其下载量位居全知网前列。

4 结语

相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济亟需工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。实践出真知，实践教学是将专业理论知识转化为综合创新能力的重要途径。通过构建“三多融合、四阶推进”的食品专业实践教学模式，有效利用国家级、省级教学科研平台开展多元化实践教学活动，从而使学生的国际视野得到拓拓展，工程实践能力和创新能力得到培养。