“食品工厂设计与环境保护”课程教学改革探讨

黄超，刘卓薇，蒋婕，胡勇，陈云

广东药科大学食品科学学院（中山 528458）

“食品工厂设计与环境保护”作为食品科学与工程专业的一门专业核心课程，涉及知识体系包括食品的组成、结构、加工、检测、制造、生产线设计和食品加工机械设备等。同时，课程关注如何在生产过程中保护环境、减少污染和资源浪费。课程涵盖食品生产过程中的技术、法规、标准及可持续发展概念，帮助学生在设计食品工厂时兼顾生产效益和环境保护。

“食品工厂设计与环境保护”作为食品科学与工程专业学生进行毕业设计的理论基础，着重学生综合应用能力的培养——理论+实践，课程主要内容为食品系统工程学与食品工厂设计之间的关系、食品工厂发展的实际情况、食品智能工厂设计、环境制约原理[1]。同时，发展循环经济是国家经济社会发展的一项重大战略，国家引导工业（农业）园区向着循环经济、建设资源节约和保护环境的产业结构发展[2]。为此，教学过程中若以循环经济、清洁生产的理念为指导，考虑食品工厂的设计和建设与环境的友好关系，能够更好地使学生抓住环境保护和资源高值化利用的要点。因此，“食品工厂设计与环境保护”课程教学与研究领域的改革对于提高学生的综合应用能力、增强职业素养，以及为国家食品行业提供具有创新应用能力、可持续发展理念和能够胜任一定程度复杂工程能力的人才十分必要。尽管相比“食品工厂设计”，食品专业的学生对“环境保护”的知识储备与专业背景较弱，但近年来在环境化工及生物质化工领域的科技进展为本课程的实施提供大量理论与实践素材。基于设计/科研实践对“食品工厂设计与环境保护”课程教学改革进行探讨。

1 改革教学手段，提高学生综合素质

以提高当代大学生的综合素质为目标的素质教育是我国现阶段教育的根本目标[3]。为帮助学生学习掌握课程专业的知识，奠定扎实的专业理论基础，让学生在校园学到真学问、掌握真本领，不仅要求学生要掌握书本上的知识，还要培养和锻炼学生的实践能力，提升学生洞察全局、躬身实践的能力。为此，可从两方面着手。

一方面，随着人们对环境资源重视程度的增加以及相关法律法规的不断完善，应审视现有教材，确保其与时代变化相适应，与最新的环保法规、绿色技术和创新趋势相符合。“食品工厂设计与环境保护”涉及多个领域的知识，如食品工程、环境工程、管理等。教材需跨学科融合，让学生从不同的学科视角看待问题，拓宽视野。同时教师应提高自身专业素养[4]，认真备课，广泛查阅相关资料，可以采用集体备课的方式，召集多学科专业老师参与备课讨论，从不同的学科视角看待问题，特别是要重点关注近年来环境化工与生物质化工领域处理食品工厂废弃物可行的科技进展如生物质生化转化技术、生物质热化学转化技术、有机废水处理技术等[5-6]，多元视角能够培养学生的系统综合的思维。

另一方面，应善用多媒体、可视化工具等提升教学效果，让抽象概念更具体可见，帮助学生更好地理解。同时，充分利用在线资源，如视频教程、虚拟实验室和在线讨论等，让学生了解到食品工厂设计的实际案例，从工厂选址与总平面设计、工艺设计、设备选型、工厂卫生安全及全厂性的生活设施、环境安全制约、技术经济分析等方面有一个整体的了解，分析成功案例好在哪里以及失败案例差在哪里，增强学生的参与感，提高学生的学习体验，扩展课程内容的呈现方式，打造一个生动形象的教学课堂。

2 重视实践考核，培养综合技能

针对“食品工厂设计与环境保护”这门课程的特点，设置合适的课程考核方式，提高教学质量。在理论课中，总成绩由卷面成绩、平时成绩、作业成绩等组成，主要通过课堂出勤率、小组活动情况、课后作业情况、上课回答问题情况、实验室出勤率、期末考试等方面系统评价其最终成绩[7]（表1）。通过多方面的考察决定学生的最终成绩，而不单单是卷面成绩，目的在于激发学生学习动力，提高学生综合技能。

表1 课程改革前后成绩组成

2.1 以实践为导向，构建多元化评价体系

传统的灌输式教学方式不能充分发挥学生的主观能动性，故需要引导学生开动脑筋自主思考，运用课本各部分知识点动手设计食品工厂的平面图，才可以在巩固学生的知识的同时让学生站在设计者的角度思考工厂设计布局的合理性，并且培养学生的动手能力与全局观念。另外，可适当安排课后有关资源高值化利用和环境保护的科研实践，让学生通过亲自动手明晰如何进行技术创新才能设计可实现资源高值化利用和环境保护的食品工厂。

在课程中设置小组活动，让学生在对食品工厂有一定了解的基础上，改变传统以期末考试为单一评判标准的方法，强调实践为导向，设计多样化的评估方式，如可以3～4人为1组，设计1个食品工厂，包括厂址选择及总平面设计、工厂工艺设计、工厂辅助部门、工厂卫生安全、公用系统、环境安全制约、技术经济分析等方面内容，形成文字报告，并画出食品工厂设计图，由小组自评、小组互评以及教师评价按一定标准（表2）打分。另外，可增加课堂的互动性，充分发挥学生的主观能动性，以全面考察学生的知识掌握和实际应用能力，同时提供及时的反馈与互动机制[8]，如可在课堂教学中，给学生提供口头表达平台，引导并鼓励学生在课堂中提出和分享观点，让学生即席发言、演讲、讨论等。

表2 食品工厂设计评分标准

特别地，可以针对学生对食品工厂设计中资源高值化利用及环境保护技术知识储备不足的问题，基于实验室自身的科研资源，设置小组活动，让学生参与实验室的关于生物质资源高值化利用及环境保护的科学研究（图1），让学生通过科学研究明晰在食品工厂设计中如何兼顾资源高值化利用及环境保护。通过这些课外科学研究还锻炼学生的科研能力特别是培养学生进行食品化工及环境化工科研所需的能力，对学生在往后就业的过程中胜任用人单位的要求也大有裨益。

图1 课程拟进行的课外研究课题

2.2 开展研学活动，拓宽学生视野

通过组织学生参与实地考察、实践活动及社会实践等形式，使学生在亲身经历中获取更多知识、发展思辨能力、树立价值观念。与当地食品企业洽谈参观厂区的相关活动，周末组织学生有序参观食品工厂，包括厂房布局、人员配置、机械化生产步骤、污水处理、废物处理等，并从中了解企业的体制创新、管理创新、科技创新等发展历程。让学生不但能看到优秀企业、管理者、员工的成长，还能体会中国企业及其团队在新时代背景下旺盛的生命力与经典传承及革新[9]。

在参观结束后布置学生记录自己的所思所感，通过清晰有序、系统条理的记录，梳理、分析研学过程中所接触到的新知识、思想上的改变、有感触的小事等。同时还可以锻炼学生的分析、思考能力和写作素养。然后利用一定的教学时间，适当地组织学生讨论，引导学生思考，培养学生的自学能力，通过学生主动探讨问题，充分发挥学生的主观能动性，提高学生的口头表达能力。在加深学生对知识点理解的同时，又可培养学生科学精神、文化自信、科技报国志向，认识与感触先辈创造无数奇迹的工匠精神。

通过参观食品工厂、实地考察、工厂设计案例分析，使学生直观地感受到工厂环境和设备，并了解现实中的环境问题和解决方案，同时可以安排学生参与小组项目，要求学生针对食品工厂实际问题，提出环境改进建议，培养学生批判思维、沟通能力、团队协作和领导技能。

3 基于资源高值化利用和环保理念教改的必要性

随着全球资源紧缺和环境问题日益严重，食品工厂需要在生产过程中强调可持续发展。教学改革可引入可持续发展、绿色设计与创新理念，课程可介绍食品工厂设计中如何利用先进技术以降低能源消耗、减少废弃物的产生，以及如何提高资源利用效率，实现产品增值化，同时引导学生分析食品工厂对环境的影响，并鼓励学生思考创新的方法，从整体上优化设计，考虑生态平衡、资源利用效率及社会责任，实现绿色可持续发展，强调长期效益而非短期效益[10]。

食品工业中资源高值化利用主要指开发高效、绿色的加工方法将这些低成本生物质原料转化为高附加值的产品，不但带来重要的经济效益，还具有较大的社会与环境效益。同时，食品工业加工过程中可能消耗资源、使用大量试剂和排放废弃物，都会给环境造成不利影响。所以，改进生产技术、使用更为绿色的原料、提高原料的利用率或利用低成本生物质原料生产高价值产品，倡导绿色环保理念是食品科学与工程学科教学改革和食品工业可持续发展的必然要求。

3.1 在教学中强调资源高值化利用和环保理念

工厂对环境的污染包括工业“三废”（废水、废气、固体废弃物），每一个食品工厂都需要重视“三废”处理。基于环境保护的理念[11]，在教学过程中有意识地向学生反复强调生物质资源高值化利用和环境保护意识，结合PPT内容和一些食品工厂相关视频及图片加深学生的印象。教学可通过课堂教学与实践教学有机结合的方式，在提高教学质量的同时也能提高学生综合素质。

在课程的起始，通过理论教学来强调发掘加工过程产生的低成本生物质废弃物/副产物利用的可能性，引导学生思考哪些方面可以加强环境保护，或者哪些方面可以进行废弃物循环利用，指导学生查阅相关资料及文献，与学生进行讨论、交流，充分提高学生思考积极性和加强学生的环保意识，养成食品工业“三废”分类回收/处理从我做起的良好职业素养习惯，使学生们真正意识到绿色工业生产的重要性。

3.2 引导拓宽和创新生物质资源高值化利用技术

根据《中华人民共和国循环经济促进法》，循环经济的定义是指在生产、流通和消费等过程中进行的减量化、再利用、资源化活动的总称。在教学过程中，教师应有意识地向学生科普、传递关于农业或工业生产过程中产生的低成本但有价值的生物质资源的创新性高值化再利用技术。如科普“蓝色农业”中海洋经济的发展、海洋生物资源高值化利用[12]：其中不少海洋生物资源可成为医用生物材料、医药中间体、功能性食品，既做到资源高值化利用，又做到发展绿色生态生产。

食品工厂产生的一些食物残渣具有高值化利用的价值，可以加以利用并运用于食品保鲜、废水净化及水质检测等实际应用。将抽象化的问题变得具体，启发学生思维，既可引发学生兴趣，又能够激发学生对如何拓宽和创新食品工业乃至食品相近周边的生物质资源高值化利用的思考。课程充分发挥综合创新自主性，激发学生学习的主动性和探索性，养成独立思考、勇于钻研的良好习惯，无疑对培养当今社会急需的各种创新型工程及科研高层次人才大有裨益。

4 结语

教学改革是一个不断探索与实践的过程，结合社会需求和行业实际对“食品工厂设计与环境保护”课程进行教学的改革，顺应社会与行业的发展要求，及时迭代课程内容，持续改进课程教学；开拓新的教学理念和模式，构建多元化的培养和教学模式；完善课程体系的管理，完善考评的制度和方式，并能在实施的过程中充分发挥学生学习的主动性、积极性和勇于探索的实践性，才能培养学生良好的职业素养和工程科研专业水平、才能有效地提高教学效果和质量，不仅为学生今后步入食品及相关行业处理复杂工程科研问题提供保障，也为学科发展和行业进步提供新思路。