淺談獨立學院食品冷凍冷藏課程傳熱計算內容的教學

虞效益 李威 徐美娟

摘要：因材施教是專業教學的基本原則。對于食品冷凍冷藏課程中傳熱計算內容的教學，本文結合獨立學院學生的特點，提出了圍繞公式計算、數值模擬和動手實驗的“三位一體”教學模式，以充分調動學生的學習積極性，提高教學質量。

關鍵詞：獨立學院;食品冷凍冷藏;傳熱;三位一體教學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）42-0158-02

食品冷凍冷藏是以食品生物化學、食品物理化學、食品物性學、工程熱力學、傳熱傳質學等學科為基礎，應用食品化學理論和人工制冷技術對新鮮食品原料進行冷凍加工、低溫儲藏和冷鏈流通，最大限度地保持食品品質和風味的交叉學科。冷卻是食品冷凍冷藏的必要前處理步驟，食品冷卻過程中的傳熱計算是食品冷凍冷藏課程的一項重要教學內容，一般包括食品冷卻過程的溫度分布計算和食品冷卻時間計算兩部分內容[1]。對于這些內容，傳統的教學方式依然停留在比較枯燥的方程、公式，學生得不到一個直觀的印象，缺乏物理背景，缺乏動態結果，只能在頭腦中想象數理方程是如何控制實際物理現象的演變的。這導致只有一小部分學生能夠對課程產生興趣，大部分人的精力被浪費掉。并且，在通常的食品冷凍冷藏教材中，也只介紹一些特殊情形下（如畢渥數Bi<0.1，食品為大平板、長圓柱和球等特殊形狀）食品冷卻過程的計算公式或方法[1，2]，缺乏一定的普適性。

獨立學院是高等教育由精英教育向大眾化教育轉變時期的新生事物，相比于母體高校學生，獨立學院的學生：（1）不再純粹來自青年群體中的精英層次，知識的系統性較差，偏科現象比較嚴重，學習習慣和學習方法不好，學習效率不高[3，4]。（2）部分學生對所學專業毫無興趣，或只將高等教育視為將來就業的跳板，目標不明確，缺失源動力;或在學習上缺乏自信，對自己追求的目標所需付出的努力與艱辛缺乏持續性，出現問題后表現得手足無措或抽身而退，得過且過[4]。（3）家庭條件普遍較好，個性突出，具有較強的自我意識，在社會適應能力、表現力、交往能力上的優勢突出，思維敏捷，動手能力強[3]。因材施教是專業教學的基本原則。鑒于獨立學院學生的特點，課程教學必須走出學術性、研究型的精英教育模式，加強針對性、適用性和實用性。

數值模擬是一項依靠電子計算機，結合有限元或有限容積的概念，通過數值計算和圖像顯示的方法，達到對工程問題和物理問題乃至自然界各類問題研究目的的技術。對于食品冷卻這樣一個傳熱學問題，目前已有不少專業軟件可以對其進行數值模擬，比如COMSOL Multiphysics，即使沒有任何數學建模或數值計算基礎也很容易入門，學生只需掌握軟件的一些簡單操作就可以對一些簡單的傳熱問題進行數值模擬和計算，完全可以滿足本科教學的需求。比如對于如下這樣一個食品冷卻問題：

用0℃的空氣冷卻20cm×10cm×1cm的豬排，其初始溫度為25℃，密度為1050 kg/m3，熱導率為0.505 W/（m·K），比熱容為3.4724 kJ/（kg·K），含水率為76%，空氣表面自然對流傳熱系數為10 W/（m2·K），求1 h后豬排的溫度。

傳統教科書里給出的求解方法是，先計算出畢渥數Bi，若Bi<0.1，則求解變得很容易，可以直接采用集總參數法，列出公式，帶入相應參數值進行計算即可，誤差不大;否則，就要根據被冷卻食品的具體形狀，得到對應的解析解，再帶入參數值計算[1，2]。一般所需的公式教科書中都會給出，雖然也很方便，但是公式太過抽象，學生解題太過機械，所得結果太過單一。如果采用專業的數值模擬軟件，如COMSOL Multiphysics，則不僅可以得到該問題的答案，并以圖像的形式呈現，還可以附帶獲得其他很多信息，比如豬排溫度的空間分布狀況以及隨時間的變化關系等等。甚至，還可以制作動畫，將豬排的整個冷卻過程動態地展現出來，形象生動。數值模擬非常類似于履行一個物理實驗，這時學生已跳出了數學方程的圈子來對待物理現象的發生。如果教學條件允許，可以再安排實際的動手實驗，讓學生親自設計實驗，動手測量冷卻過程中豬排的溫度變化，零距離感受食品冷卻這樣一個傳熱問題。一個問題，三種截然不同的解決方法，從多個角度來對食品冷凍冷藏課程中的傳熱計算內容進行教學，如圖1所示，則可以多方位地刺激學生對傳熱現象的認識，激發他們的學習興趣。

當今社會快速發展，教育教學也必須緊跟時代的變化，在堅守優良傳統的同時，與時俱進。針對現代學生計算機水平較高、樂于接受新事物的特點，教師在授課過程中適當地引入實用又相對易學的專業軟件，不僅可令本科課程教學達到事半功倍的效果，也有益于日后學生的就業以及研究生教育。另一方面，教師在編寫教材時，也可以適當介紹本領域的專業軟件[5，6，7]，使得教師和學生可以更有依據、更自然地實踐這種教學方式。

總之，獨立學院以培養應用型人才為目標，課程教學必須顧及經濟社會需要和學生實際學習能力，走出學術性、研究型的偏理論知識的精英教育模式，加強針對性和適用性。教師在繼承傳統教學方式的同時，應當根據學生自身的特點，嘗試多元化的教學模式，以充分調動學生的學習積極性，進而提高教學質量。

參考文獻：

[1]關志強.食品冷藏與制冷技術[M].鄭州大學出版社，2011.

[2]華澤釗，李云飛，劉寶林.食品冷凍冷藏原理與設備[M].北京：機械工業出版社，1999.

[3]房文娟，何如海.基于獨立學院學生特點的教學管理研究[J].安徽農業大學學報：社會科學版，2009，18（2）：92-95.

[4]周德才，鄒麗陽.基于獨立學院學生特點的教學質量提高途徑[J].江蘇技術師范學院學報，2006，12（1）：11-14.

[5]陳光明，陳國邦.制冷與低溫原理[M].第2版.北京：機械工業出版社，2009.

[6]Ashim Datta，Vineet Rakesh. An introduction to modeling of transport processes：Application to biomedical systems. Cambridge University Press，2010.

[7]Sanford Klein，Gregory Nellis. Thermodynamics. Cambridge University Press，2012.

On the Teaching of Heat Transfer Calculation in the Course of Food Refrigeration in Independent Colleges

YU Xiao-yi，LI Wei，XU Mei-juan

（Ningbo Institute of Technology，Zhejiang University，Ningbo，Zhejiang 315100，China）

Abstract：Teaching students in accordance with their aptitude is the basic principle of education.In view of the characteristics of independent college students，a type of trinity teaching，including formula computing，mathematical modeling and hands-on discovery，was proposed for the teaching of heat transfer calculation in the course of food refrigeration.The aim of implementing this teaching model is to fully mobilize the students learning enthusiasm，and ultimately，to improve the teaching quality.

Key words：Independent college;Food refrigeration;Heat transfer;Trinity teaching