“新工科”背景下食品工程原理课程的教学研究与实践*

黄 怡，彭 钢，李 雪，胡鹏丽，杜传来

(安徽科技学院 食品工程学院，安徽 凤阳 233100)

2017年2月，教育部提出推进新工科建设，先后形成了“复旦共识” “天大行动”和“北京指南”[1-2]。推动新工科建设，必须全面推进建设新模式、新结构、新理念的工程教育，以“新工科”的整体面貌迎接多重战略机遇与挑战交织并存的新形势、新任务，加强对工科专业学生培养质量的把控，培养工程实践能力强，具有创新和实干精神的工科人才，为国家经济转型和社会发展提供强有力的人才保障和智力支撑[3-4]。

食品工程原理是面向食品科学与工程专业的一门专业基础课程，使学生掌握食品工程各单元操作的基本理论、基本知识和典型设备的构造、工作原理和设计计算，培养学生的工程素质，具备重点设备工艺设计的能力，具有综合性、实践性等特点。是需要学生具备一定的高等数学和物理化学知识。通过本课程的学习，学生要能识别、表达、分析和解决食品生产中的实际工程问题。但是，课程难度较高，学生对于课程中大量的重难点难以掌握；公式的推导及运用的难度较大，难以将理论知识跟实际工程问题进行对应。结合食品工程原理课程的教学经验和学生的学习情况，在理论和实践教学环节对该课程的教学方法进行研究与实践。以学生为中心，激发学生的工程实践能力，有利于学生更好的适应人才市场的需求。

1 课程教学中的问题及探讨

食品工程原理课程知识体系复杂，设备工作原理抽象，学生需要具备一定的数学基础和空间想象能力，以及食品工艺加工知识，对学生的知识储备要求较高。结合工程教学认证标准，对以往授课经验进行分析，发现授课过程中学生主体地位不突出，工程实践能力有待提升。

1)学生工程底子薄弱

结合安徽科技学院食品科学与工程专业人才培养方案，食品工程原理课程开设于第四学期，学生对各类食品的加工工艺流程了解不够。食品机械与设备课程开设于第六学期，学生对食品中常用机械设备缺少直观印象，只能从理论角度了解工作原理，无法想象设备的内部结构，不利于学生对工程计算的理解；学生掌握食品工程原理课程的知识点难度较大[5]。

2)缺乏对理论与实践相结合的理解

食品加工中的单元操作遵循“三传”理论，单一单元操作往往不止遵循一种单一传递现象，前后知识点的衔接对学生的学习至关重要。学生对各章节理论的学习比较单一，不能将各章节的知识点进行串联。而且食品加工过程往往有多个单元操作参与，需要理解生产设备与前后生产步骤关联设备的衔接性。因此，学生缺乏运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力，无法在不同的工艺场景下灵活运用所学知识。

3)学生课前预习时间短

借助学习通、雨课堂等线上教学平台，提前发布教学内容，发现学生课前阅读量较少，没有提前预习课本知识的习惯。上课过程中“填鸭式”教学只能使学生被动的学习，无法发挥学生的主观能动性。学生对于较为晦涩难懂的公式推导只能一知半解，无法较好的吸收课上讲授的知识点。

2 课程教学的研究与实践

结合新工科理念，我们对食品工程原理课程进行教学研究与实践：注重教学过程中学生的主体地位，从课堂教学环节、实践教学环节、过程性考核、考核评价体系等方面进行探索，旨在提高食品工程原理课程的教学水平，培养学生的工程实践能力，为食品科学与工程专业培养更多的应用型人才。

2.1 课堂互动式教学

食品工程原理课程的实践性和工程应用型较强，授课内容中有大量食品加工设备的选型和计算，在理论讲述过程中很难在学生的脑海中形成动态生产环节。因此可以借助教学视频、生产环节演示等多媒体手段，或者通过教学模型展示等引导学生学习。在学习过程中引导学生思考所学加工设备可以用于哪些食品的加工生产，将所学理论跟实际应用联系起来。例如，过滤分为滤饼过滤和深层过滤。食品加工中大多使用滤饼过滤，用于去除悬浮液中的大颗粒物质；而深层过滤多用于净水器的滤芯，用于去除生产用水中的小颗粒物质。在互动教学过程中引导学生主动思考，可以培养学生的探索精神和实践能力。

在授课过程中要注意学生的主体地位，采用课堂讨论的方式引导学生思考，将学生分成讨论小组，鼓励学生发散思维，培养学生的批判性思维[6]。例如，在流体运输时对离心泵的选用及安装高度的确定，学生要理解离心泵具有最大安装高度的限制。因此进行设备选型时，要充分考虑应用的限制性和实际性，所选的离心泵能否在固定工程条件下完成流体的运输，引导学生用批判性的思维来解决工程实际中的问题。

2.2 课后作业

食品工程原理课程是以培养学生的工程实践能力为根本，通过课堂上有限的工程实际计算案例分析，学生很难掌握单元操作的知识点。学习通、雨课堂等网络在线教育平台的普及，让学生不受时间地点的约束，享受更多样化的教学资源，同时也给学生提供了新式的作业模式[7]。授课教师根据授课进度，结合学习通等平台，进行课上发布讨论、课后发布作业等多种形式的考核。小组讨论有助于学生在学习知识点的时候举一反三，将所学知识灵活运用，培养团队协作能力和工程实践能力；课后作业有助于学生巩固所学知识点，将推导所得的公式运用于工程实际案例的分析中。

2.3 过程性考核--章节测验

“学生中心、成果导向、持续改进”教学理念要求教师授课过程中要注重多元化教学，建立以过程性考核为主的课程学习考核评价制度。教学目标的实现，不能只根据一次期末考试成绩进行判断，需要根据每个阶段教学内容和学生在教学全阶段的表现来确定[8]。过程性考核形式多样化，如考勤、讨论、作业、测验、翻转课杨、小论文等，授课教师可结合课程类型、课程性质灵活选择具体的考核形式[9]。

章节测验是对已完成部分知识点的验收和巩固。食品工程原理中各单元操作均遵循“三传”理论，课程知识具有一定的衔接性，章节与章节之间有较强的关联。通过对已完成知识点的测验，加深对已学知识点的理解，以及增强对后续章节相同知识点的灵活运用。例如，流体流动章节知识点涉及动量传递理论，传热章节知识点涉及动量传递和热量传递理论。流体流动章节作为先修知识点，便于学生理解传热章节中冷热流体之间的相互流动关系，降低学生新知识的掌握难度。

2.4 虚拟仿真实验教学

虚拟仿真实验教学，使学生借助人机交互界面操作实验，导入不同实验设计参数，通过数据分析、绘图等手段完成实验。虚拟仿真教学，可以有效解决线下传统教学中学生的参观式学习。食品工程原理中的单元操作，涉及到多种机械设备，线下教学时无法做到每位学生的全覆盖操作[10]。通过虚拟仿真教学平台，每位学生可以深刻体会课本上的理论知识在实际中的运用，提高学生的自主学习能力。例如，管路中流体流动阻力测定实验，通过该实验学习，学生可以学会倒U型管压差计的使用方法，沿程阻力和局部阻力的实验分析方法，以及摩擦系数λ与雷诺数Re的关联图。

相比于线下实验教学，虚拟仿真实验教学给学生提供了更多试错的机会。单元操作涉及步骤繁杂，操作时间较长，一个步骤的失误会导致实验结果不符。实验课程时间有限，线下实验出现错误难以重新完成实验。虚拟仿真实验教学中有些实验编写时，操作时间会加速，以便快速模拟实验进程，操作出现失误时可以退出软件，重新开始。学生出现操作的步骤可能各不相同，相互之间探讨，发现自己操作过程出现的问题，增强学生发现问题和自主解决问题的能力。同时，虚拟仿真实验教学平台设置有试卷运行界面，对学生的实验操作、数据处理及实验分析等环节进行评分。作为授课教师，可以通过教师端监测学生实验进程，在学生发现问题时积极引导，加深学生对实验原理的理解。虚拟仿真实验教学还可以让学生课后在线上教学平台上多次重复进行实验，在课堂有限时间内无法理解的理论问题，利用课余时间进行讨论交流，培养学生自主解决问题的能力[11]。

但虚拟仿真教学具有一定的局限性，通过实验设备的观察与实际动手操作，有一定的区别，各操作步骤记忆不深刻，可以在虚拟仿真教学实践的后期设计线下实操课程加以解决[12]。通过实验设备及教学模型展示，使学生将虚拟仿真实践学习到的理论知识，跟食品加工机械设备一一对应，加深对食品生产加工过程的认知，增强学生的工程实践能力。

2.5 建立合理的成绩评价体系

学生课程的成绩评价体系是课程教学改革的重要组成，成绩评价体系需要体现学生的工程实践能力，还需要符合成果导向。食品工程原理成绩由平时成绩(60%)和期末成绩(40%)组成。其中，平时成绩由课堂表现(10%)、实验报告(10%)、章节测验(40%)组成，如表1所示。

表1 课程成绩评价体系

2.6 食品工程原理课程实习

食品工程原理课程是一门实践性非常强的学科，理论课和实验课有利于学生掌握工程计算知识，但对于将所学知识运用于解决实际问题的能力还是较为薄弱。在食品工程原理课程开设的第三学期，增设食品工程原理课程实习，学生利用所学理论知识，结合实际工程问题，查阅大量文献，设定工艺方案，选择合适工艺设备，以小组形式完成流体输送、换热器、精馏塔等食品加工设备的设计说明书，有利于提高学生的工程实践和团队合作能力。将食品工程原理理论课、实验课和课程实习有机融合，学生将理论赋予实践，在团队讨论的过程中加深对理论的理解，学会识别食品加工中的工程实际问题，有利于学生步入社会，为食品行业输送具有工程能力的人才。

3 总结

食品产业的快速多样化发展，对食品科学与工程专业人才培养提出了巨大的挑战，对授课教师的食品工程原理课程改革提出了更高的要求，因此需要结合人才培养要求，持续性改进教学方式和考核制度，以便培养食品科学与工程专业学生的工程实践能力，为社会培养具有创新能力、团队意识的高素质工程能力人才。