食品工程原理課程教學(xué)思考

【摘 要】在食品工程原理課程教學(xué)中，應(yīng)注重理論聯(lián)系實際，充分發(fā)揮本校的教學(xué)資源，善于運用好的教學(xué)方法；運用現(xiàn)代化教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生掌握基本概念、基本的單元操作；通過習(xí)題、例題的解題方法，培養(yǎng)學(xué)生分析實際問題和解決實際問題的能力，提高學(xué)生對理論學(xué)習(xí)的效果。

【關(guān)鍵詞】食品工程原理 教學(xué)手段 思考

【文獻編碼】doi:10.3969/j.issn.0450-

9889(C).2011.10.047

食品工程原理是食品科學(xué)與工程專業(yè)的一門主干基礎(chǔ)課程，是食品加工技術(shù)專業(yè)、食品科學(xué)與工程專業(yè)的必修課。該課程主要是闡述食品加工過程中的基本理論、有關(guān)單元操作及設(shè)備的基本原理，系統(tǒng)地介紹流體輸送、沉降與過濾、傳熱、蒸發(fā)、蒸餾、干燥和非均相系分離等常見食品單元操作的基本原理、基本計算方法和工程應(yīng)用，并要求熟悉其設(shè)備的工作原理、性能和運轉(zhuǎn)注意事項等，通過系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)與實踐，使學(xué)生具有一定的食品工程設(shè)計能力。食品工程原理課程的主要特點是內(nèi)容抽象，概念眾多，公式繁雜，計算繁重，學(xué)起來難度較大。如何讓學(xué)生學(xué)好這一門課，是值得思考的問題。

一、正確理解食品工程原理中的基本概念

食品工程原理中的基本概念，實際上就是每個單元操作，即食品生產(chǎn)、加工過程中某個環(huán)節(jié)或某一步驟。例如流體輸、傳熱、蒸發(fā)或蒸餾，是人們從事生產(chǎn)過程中分析、歸納，從中找出相同本質(zhì)和規(guī)律最后得出來的，這些概念具有較強抽象性。在教學(xué)中，在課堂上，不能就概念講概念，就理論講理論，應(yīng)注意聯(lián)系到實際生活和實際生產(chǎn)中去。教師應(yīng)從學(xué)生已有的知識出發(fā)，充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段，為學(xué)生提供充分的感性材料并引導(dǎo)學(xué)生去分析和思考。如果只對學(xué)生進行枯燥無味的講述，不切實際地分析，把書本上的概念灌輸給學(xué)生，讓學(xué)生憑想象力來理解，那么學(xué)生就會失去對該課程的學(xué)習(xí)興趣，而且對此基本概念會有錯誤的理解。基本概論的認知、應(yīng)用，對每位學(xué)生來說都是一個復(fù)雜的認識過程。學(xué)生需要在老師的具體指導(dǎo)下，以生產(chǎn)過程的感性經(jīng)驗為依據(jù)，仔細觀察、認真分析、由表及里、由淺入深。通過再實踐再認識和不斷運用，才能更加深入和掌握。

單元操作中的五個基本概念也需要熟悉和掌握。這五個基本概念是物料衡算、能量衡算、物系的平衡關(guān)系、傳遞速率及經(jīng)濟核算等，這些基本概念始終貫穿于本課程。例如物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，即進入某一生產(chǎn)過程的物料與離開的物料質(zhì)量之差，就是等于所累積的物料，不可能在生產(chǎn)過程中消失。對于連續(xù)操作過程若各物理量不隨時間改變，即牌穩(wěn)定操作狀態(tài)時過程中，過程不應(yīng)有物料的積累。那么輸入量和輸出量是恒等的。能量衡算也是一樣的道理，是依據(jù)量守恒定律，該門課程主要涉及的能量有機械能和熱能，我們應(yīng)記住能量在過程中不會自動消失，能量只有一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，始終保持恒定的。物系的平衡狀態(tài)是自然界中廣泛存在的現(xiàn)象。例如，在一定溫度下，不飽和的食鹽溶液與固體食鹽接觸時，食鹽會向溶液中溶解，直到溶液為食鹽所飽和，食鹽就停止溶解，此時固體食鹽表面自己與溶液形成動態(tài)平衡狀態(tài)。反之，若溶液中食鹽濃度大于飽和濃度，則溶液中的鹽水會析出，使溶液中的固體食鹽結(jié)晶長大，最終達到平衡狀態(tài)。如果環(huán)境條件變化，那么就會有新的平衡關(guān)系。而且它的溶解過程及快慢，就是傳遞速率。而經(jīng)濟核算，為生產(chǎn)定量的某種產(chǎn)品所需要的設(shè)備，根據(jù)設(shè)備的型式和材料的不同，可以有若干方案，對于同一臺設(shè)備，所選用的操作參數(shù)不同，會影響到設(shè)備費與操作費。因此要用經(jīng)濟核算確定最經(jīng)濟的設(shè)計方案，要學(xué)好這門課程，這五個基本概念必須牢牢掌握和熟悉運用。

二、正確理解食品工程原理中常用的基本單位

由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和國際學(xué)術(shù)交流的日益頻率以及理科與工科的關(guān)系進一步密切，國際計量會議制定了一種國際上統(tǒng)一的國際單位制，其國際代號為SI（法文syst'eme Inter national d'units的縮寫）。國際單位制中的單位是由基本單位、輔助單位和具有專門名稱的導(dǎo)出單位構(gòu)成的。即一切單位都是由這些單位組合而成的。其中最基本的最常用的單位有m、kg、s、k和mol。再加上用構(gòu)成十進位數(shù)和分數(shù)單位的詞頭，如用K表示，就形成所有的單位。

我國已開始實行法定計量單位，法定計量單位是以國際單位制的單位為基礎(chǔ)。根據(jù)我國的情況，適當增加了一些其他單位構(gòu)成的。國家選的非國際單位制單位，如時間（h）、質(zhì)量（t）和體積（L）等。但目前常用的物理、化學(xué)根據(jù)和工程用數(shù)、表、列線圖形仍有許多是物理制單位和工程單位，尚未換算過來。故也兼用這些單位制中的個別單位，并要掌握單位的換算方法。單位的換算是學(xué)好這門課的關(guān)鍵，在該課程的習(xí)題和實際生產(chǎn)的應(yīng)用計算過程中，出現(xiàn)錯誤的大多就是單位換算。在做題過程中，首先要把所有的單位換算SI制后，再計算就不容易出問題了。因此，必須正確理解和運用常用的基本單位。

三、正確掌握食品工程原理單元操作的內(nèi)在聯(lián)系

食品工程原理的單元操作多是以“三傳”為主，主要內(nèi)容是流體輸送、傳熱、吸收、蒸餾、干燥和非均勻相系分離等。“三傳”指的就是動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。這“三傳”貫穿課程的內(nèi)容。每“一傳”當中都會有不同的單元操作。由不同的單元操作構(gòu)造某一生產(chǎn)工藝過程。但不同的生產(chǎn)工藝過程中的相同單位操作，具有共同的基本原理和通用的典型設(shè)備。例如，釀酒的蒸餾過程和石油工業(yè)中烴類的分離，都具同樣的傳質(zhì)原理，并都采用精餾塔，然而所用精餾塔及操作條件有很大不同，這樣就有利于學(xué)生建立起單元操作的基本概念。

食品工程原理的單元操作的內(nèi)在聯(lián)系十分密切。在食品工程原理的單元操作中基本上涵蓋了能量衡算、物料衡算和過程速率等概念。例如，在流體流動單元操作中，由能量衡算導(dǎo)出描述流體流動的柏努利方程。在傳熱、蒸發(fā)及干燥等單元操作中，通過熱量衡算計算出冷熱流體流量、熱空氣消耗量等。通過物料衡算導(dǎo)出流體流動的連續(xù)性方程。吸收的操作線方程及精餾段和提餾段得操作線方程。在吸收、精餾和干燥等單元操作中物料衡算和相平衡是描述過程的基本方法。過濾、傳熱、吸收等單元操作均涉及過程速率的概念。在教學(xué)中把各單元間內(nèi)在聯(lián)系弄清，對于相似的公式比較、討論。有利于學(xué)生深刻理解所學(xué)內(nèi)容，靈活應(yīng)用所學(xué)知識。

四、正確分析食品生產(chǎn)過程與化工過程的聯(lián)系

隨著我國現(xiàn)代食品工業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代食品工業(yè)與化學(xué)工程學(xué)之間的關(guān)系愈來愈密切，在化工過程中的各個單元操作在食品工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。化工過程中的單元操作的引入大大地改變了食品工業(yè)傳統(tǒng)的加工方法，從而促進食品工業(yè)迅速向大規(guī)模、連續(xù)化、自動化的方向發(fā)展。例如，似豆類為原料制造蛋白質(zhì)制品就是運用粉碎、離心分離、沉降、濃縮和噴霧干燥等化工單元操作科學(xué)而巧妙地組合而成的食品工程。

但是，由于食品加工的原料結(jié)構(gòu)和成分的復(fù)雜性和加工要求特殊性，化工單元操作與食品加工相結(jié)合時，又會產(chǎn)生課題研究方向的不同，從而其實踐經(jīng)驗積累也不相同。食品加工的原材料的特點是熱敏性，遷熱容易發(fā)生質(zhì)地的變化。保存條件要求較高，否則會容易霉變。為了確保食品的質(zhì)地不受變化。一般采用低溫低壓，而化工原料的處理和加工則有著明顯的不同，這些都是耐高溫耐高壓的原材料，分子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不容易裂變。食品加工的大多是液變和固態(tài)原材料，是人們生活中需要的物質(zhì)，為人們生長的基本用品，對人體無害。而化工原料與食品加工原料有著截然不同的特點，化工原料大多對人體有害，而且具有較高的硬度和較強的韌性。

五、充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，把復(fù)雜的內(nèi)容形象化、簡單化、提高教學(xué)效果

食品工程原理課程涉及有大量的大的典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作原理。例如蒸發(fā)器、精餾塔、離心機和過濾機等。傳統(tǒng)的教學(xué)方式常采用模型、平面圖等輔助教具進行講解。模型雖然直觀，但數(shù)量有限，而平面圖不具有主體效應(yīng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也難以反映出來，整體結(jié)構(gòu)難以想象。采用多媒體教學(xué)則可克服這些缺點。在課堂上以動畫及錄像等形式動態(tài)展示各種現(xiàn)象和設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、零部件運動、物料走向和操作工況，對理論知識的學(xué)習(xí)可起到深化和鞏固的作用。多媒體課件可模擬各種工程設(shè)備分析操作以及運行故障的解決等，圖文并茂，教學(xué)過程直觀明了，引人入勝，使教學(xué)內(nèi)容實感性增強，給學(xué)生留下深刻的印象，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的主動性。大量信息通過視覺系統(tǒng)傳授給學(xué)生，在精簡課學(xué)時的同時提高了教學(xué)效果。教學(xué)課件、課程視覺軟件、習(xí)題課件等軟件體現(xiàn)了人機交互和網(wǎng)交互，提供了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間和空間，也為打算深入學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生提高了良好的輔助作用，從而進一步提高學(xué)生的工程分析能力。這樣，才能有效地提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。

六、努力用好食品工程原理的習(xí)題課，做到例題和習(xí)題聯(lián)系到實際

食品工程原理課程涉及的計算比較多，也比較復(fù)雜，也牽涉到大量的公式，這些公式大多都是經(jīng)過半實驗和半理論推理形成的，甚至有些公式還沒有統(tǒng)一的認識。這些公式中的不定因次、各種參數(shù)較多，要記起來比較困難。因此，需要經(jīng)過大量的習(xí)題練習(xí)，并大量查閱各種參數(shù)、常數(shù)，才能學(xué)好這門課的理論知識。在理論學(xué)習(xí)中，習(xí)題顯得尤為重要，其既是對教師教學(xué)方法、教學(xué)藝術(shù)的檢驗，也是對教師理論聯(lián)系實際水平的考驗。同時，習(xí)題與例題是學(xué)生學(xué)習(xí)期間理論聯(lián)系實際的橋梁，通過例題和習(xí)題可以使學(xué)生深化對理論知識的認識和掌握，對實際問題有一個理性的認識。可以通過習(xí)題進而分析實際問題，達到透過“現(xiàn)象和本質(zhì)”的效果。選擇的例題、習(xí)題應(yīng)具有一個的代表性和廣度。如果選題只單純地考慮幫助學(xué)生掌握某個公式和培養(yǎng)學(xué)生的計算能力，必然會使學(xué)生拿到題目后，就機械地套用公式，只要答案對了就完成任務(wù)，毫無樂趣和成就感，且容易造成抄襲的現(xiàn)象，達不到學(xué)習(xí)的目的。應(yīng)力求反映工作和生產(chǎn)力可能出現(xiàn)的各種豐富多彩的實際情況，體驗到生產(chǎn)實際的主要方向。例如精餾過程中加熱在塔底，冷卻在塔頂。通過解習(xí)題、例題讓學(xué)生通過實驗算不同進料狀態(tài)時所需理論塔的不同。

【參考文獻】

［1］高福成.食品工程原理［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1998

［2］萬木珍.食品工程原理［M］.北京：中國商業(yè)出版社，1996

［3］李云飛.食品工程原理［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009

【作者簡介】黃漢武（1967- ），男，壯族，廣西田東人，百色市民族工業(yè)中等專業(yè)學(xué)校講師。

（責編 黎 原）