新工科背景下食品機械類課程的教學改革與探索

伍 強，余有貴，黃大川，曾祥燕

(邵陽學院 食品與化學工程學院，湖南 邵陽 422000)

2017年，我國教育部積極推進新工科建設，先后發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》、《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》等系列文件，深化工程教育改革，促進高等教育強國建設[1]。新工科建設不僅針對人工智能、智能制造、云計算、機器人等新興產業專業，也包括對傳統工科專業的升級改造。教育部《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》強調，以信息化引領教育理念和教育模式創新，充分發揮教育信息化在教育改革和發展中的支撐與引領作用，翻轉課堂[2]、慕課[3]、微課[4]等新型教學方法已在國內流行起來。借力于我校食品質量與安全專業“十三五”專業綜合改革實施，努力培養工程素質高、有創新意識的高級應用型人才，鼓勵將自主式教學、討論式教學和案例式教學等多種教學方式充分應用于該專業教學中，我校已逐步建成適應地方經濟和行業發展需要的人才培養課程體系。食品機械類課程是傳統工科專業的核心課程，以工程教育為主，具有知識更新快、信息量大、工程實用性強、空間構想能力強等特點[5]。而目前，教改研究更多局限于教學內容設計，缺乏突出不同專業特色的教學嘗試及信息化教學手段改革，尤其對于新工科背景下教學改革方法及途徑存在不足[6]。因此，在新工科背景下，深入開展體現食品機械類課程專業特色的教學研究與實踐具有重要意義。

1 傳統教學方式存在不足

1.1 學生的機械基礎知識薄弱

《工程制圖》、《食品工程原理》等課程是食品機械類課程的前導課程，《工程制圖》缺少綜合設計，學生沒有空間想象力，少數同學看不懂設備結構圖，而多數同學未具備獨立的制圖與設計能力。《食品工程原理》針對性不強，學生在食品加工機械設備的種類、選型、性能等方面理論知識不足或不扎實，學習效率低[7]。

1.2 學生的工程應用能力培養受限

長期以來，食品專業教學與科研均偏重于理學，部分工程培訓教學則集中于食品生產工藝、食品生產操作等方面，忽視食品機械等具有較強工程應用性的課程教學及研究，如江南大學、東北農業大學、西北農林科技大學等知名高校與食品機械相關的課程數較少，而食品工藝學課時較多，僅有華南理工大學、河南工業大學機械類學時數遠高于工藝學。此外，學生在實驗、實習過程中接觸食品加工機械設備特別是系列配套設備的機會很少，在企業真正鍛煉的時間也較短，難以達到其工程應用能力培養的目的。華南理工大學在學生工程應用能力的培養力度走在全國前列，其培養方式值得借鑒[8]。

1.3 學生的學習主動性不強

食品機械類課程受到諸多教學條件的限制，目前仍采用傳統的"單向灌輸式"教學法講授，學生被動學習，無法體現其主體作用，再加之該類課程難度大，學生普遍感到枯燥乏味，教師教學缺乏激情。這種教學模式只注重學生的知識傳授，忽視其主觀能動性和實踐能力的鍛煉。因此，學生對知識的掌握不牢固。

2 教學改革內容

2.1 優化教學內容

理論教學是食品機械類課程教學最重要的環節之一，通過講解食品加工過程中機械設備的基本結構、工作原理、操作方法及性能特點，學生具備一定的工藝設計、選型和工程應用能力。但隨著高新技術在食品工業中不斷應用，相關信息更新較快，課程教學將緊跟食品工業高速發展的步伐，將一些新技術、新設備融入到教學中，如超高壓設備、超臨界萃取設備、無菌包裝設備等。同時，剔除陳舊、過時的機械設備內容。此外，結合高校地方特色進行教學。如我校與湘窖酒業、李文食品有限公司等當地企業合作密切，在豆制品加工、果蔬清潔生產、生態釀酒等方面獨具優勢，應補充其相關機械設備內容，重點講解自動果蔬削皮機、純糧固態發酵白酒液態重蒸餾裝置等我校獲發明專利授權等，使課堂講解更加生動，讓學生的知識面更加開闊。

2.2 創新教學手段

創新食品機械類課程的教學手段，采用靈活多樣的“混合式”教學模式，激發學生學習的積極性。實施兩段式教學計劃，第一階段采用“翻轉課堂+討論式”教學手段在課堂開展教學，第二階段則采用“實物案例分析”教學方法在高校實驗基地、地方特色企業開展教學。

2.2.1 “翻轉課堂+討論式”

本課程教學第一階段，“翻轉課堂+討論式”教學改變了傳統的教學方式，教師把知識傳授的過程放在課堂外，而把知識內化的過程放在課堂中。在課前，教師把需要掌握的知識提綱、教學PPT、視頻等學習資源，通過網絡教學平臺提供給學生，由其根據自身對知識點的掌握水平選擇合適的線上(如平臺、數據庫)、線下(圖書館、書店)學習資料、文獻，對知識點進行梳理。在課堂，教師引出預習設計的某一問題或主題，組織學生分組進行討論，加深其對知識的理解和記憶。

2.2.2 “實物案例式”

本課程教學第二階段，"實物案例式"教學是在前期基礎知識掌握的前提下，通過形象化的實際應用舉例或核心構件的模型設計，提高課程是實用性和學生的感性認識。

(1)“實物案例式”中的“案例”，即教師列舉李文食品有限公司飲料加工生產線等案例進行分析或帶學生實地考察，將機械設備結構更直觀地展現在學生面前，并介紹均質機、高溫瞬時殺菌設備在食品加工中的作用和重要性，讓學生熟悉并掌握這些食品機械設備的結構、工作原理及實際應用。

(2)“實物案例式”中的“實物”，即開展核心構件的模型設計，通過模仿其結構和工作原理，利用硬紙、塑料、金屬等材料制作食品機械設備中的核心構件。如飲料灌裝機的主要構件——液位定量器，其結構和原理較為簡單，模型設計所需材料易得，通過模型設計可提高學生的學習興趣、動手能力、工程能力及創新能力。

3 結語

食品機械類課程知識點分散、內容較多、專業性強，必須實施形式多樣的教學手段。簡單的機械設備，學生可通過傳統教學中教師的講解而掌握基礎知識，但對于復雜的機械設備或生產線，如課程中“發酵機械與設備”，涉及嫌氣發酵、好氧發酵、微生物細胞發酵、動植物細胞培養等多個方面，若教師講解時間過長，講課進度較快，學生在短時間內接受所有知識顯得很吃力，加上大部分學生的空間想象力較差，無法深入思考、滲透學習。本文提出的集“翻轉課堂、實物案例、討論式”三者于一體的“混合式”教學法，對食品機械類課程教學法能滿足不同知識水平、不同興趣愛好學生的學習需求。教師提供教學視頻，開展模型設計和案例分析等活動，可立體化地展示儀器原理，實地展示機械設備的生產過程，大大提高了該類課程的教學質量和學生的工程應用能力。