新工科背景下農業院校《食品工程原理課程設計》教學問題分析及模式探討
——以甘肅農業大學為例

蔣玉梅，李霽昕

（甘肅農業大學 食品科學與工程學院，甘肅 蘭州 730070）

一、前言

《食品工程原理課程設計》是工程教育實踐教學環節的重要組成部分［1］，是理論到實踐、基礎到專業的橋梁［2］；該門課程以化學、物理化學、高等數學、食品工程原理和工程制圖等課程學習為基礎，綜合考察學生的學習、計算、設計、繪圖以及計算機軟件應用等能力［3］。

現代社會知識更新快，社會對工程技術人才的知識和技能要求不斷提高。為適應社會需求，推動高等院校的工程教育改革創新，國家提出了新工科教育理念和教育改革［4］。工程教育改革創新是國家重大戰略需求［5］，立德樹人，培養多元化、創新型工程人才是高等院校工程教育改革創新的目標之一。

由于歷史和專業設置原因，農業院校食品科學與工程專業學生理工科基礎相對薄弱，面對《食品工程原理課程設計》這種工程性強的課程，學生學習過程中會出現畏難、懈怠及自主性不強等問題。為實現新工科背景下卓越工程師的培養目標，提高學生工程設計能力以及教學質量，積極探索符合農業院校食品科學與工程專業特色的工程教育發展之路，適應新形勢下社會對食品科學與工程專業人才的需求，進行《食品工程原理課程設計》教學模式改革研究具有重要意義。

二、《食品工程原理課程設計》實施問題分析

《食品工程原理課程設計》旨在把學生的知識學習、能力培養和食品工程發展等客觀要求進行有機結合，讓學生在課程設計過程中扮演核心角色，從而培養學生工程設計思維和能力。但是由于多種因素影響，目前學生進入課程設計核心角色程度不夠，具體問題分析如下。

（一）關聯理論知識不扎實

《食品工程原理課程設計》涉及大量公式應用與計算，需要具有扎實的“高等數學”“大學物理”“物理化學”“工程制圖”“食品工程原理”等課程知識［6］。甘肅農業大學食品科學與工程學院于2015至2018年就《食品工程原理課程設計》相關理論課程的教學模式、學生接受情況的問卷調查分析顯示（如圖1所示），分別有66.2%、83%、84%、64%的人認為相關理論課程教學模式基本適合；分別有60%、83.3%、90%、80%的同學認為講授內容基本能夠接受。同時期學生食品工程原理課程試卷平均分和及格率分析（如圖2所示）顯示，食品工程原理課程平均分分別為61.49分、52.78分、54.2分和69.19分，及格率分別為60.23%、33.90%、38.46%和83.44%。二者結合分析發現，學生對食品工程原理課程設計相關理論課程的主觀認識和客觀接受度有較大的差異，部分學生對相關課程學習難度主觀認知不足，學習重視程度不夠，導致學習成績和學習效果不理想。2016年起，專業教學計劃中食品工程原理課程實驗取消，課時減少為48學時，2016年和2017年學生該課程的平均分和及格率均較2015年有較大幅度下降，說明實驗缺失和課時減少會影響學生的學習效果。2018年學生平均成績和及格率有所提高，是由于教師在課程教學中進行了學生參與題庫建設的嘗試。

綜合分析可知，食品工程與科學專業培養方案中存在部分課程設置缺失和課時不足等問題，部分理論知識講授和學習缺乏系統性，學生學習效果不理想，進而影響課程設計，學生的設計圖往往只是照葫蘆畫瓢，不理解所表達內容，達不到建立學生的工程思維、培養學生工程實踐能力的教學目標。

圖1 相關教學模式、學生接受情況問卷調查分析

圖2 試卷平均分和及格率分析

（二）課程設計課時有限，學生缺乏實踐認知，難以在短時間內進入學習狀態

多數高校《食品工程原理課程設計》通常是安排在食品工程原理理論教學結束后進行，不經實踐認知學習，最多安排1～2周完成整個設計任務［7］，且部分院校要求學生在不停課的前提下完成設計。由于農業院校學生理工科理論基礎相對薄弱，學生普遍反映《食品工程原理》理論知識抽象、公式多、計算多、邏輯思維要求高、難學。《食品工程原理課程設計》是對《食品工程原理》課程理論知識的實踐性綜合應用，而理論知識及應用計算基礎薄弱致使學生難以進入食品工程課程設計環節。加之食品加工千差萬別，各產品的生產單元和設備的工藝參數也不盡相同，相應的操作過程、原理及要求也有所差別。在沒有實踐認知經驗的情況下，學生往往剛進入設計狀態，設計就結束了。

針對以上問題，甘肅農業大學食品科學與工程學院在學生中就“課程設計中能否理解設計設備結構，獨立完成課程設計”“是否需要探索新的教學模式和進行認知實習”等問題進行問卷調查分析（如圖3所示）。2015至2018年間分別有60%、56.7%、42%、44%的同學認為可以獨立完成課程設計，66%、80%、87%、64%學生可以理解設備設計結構；關于新的教學模式探索，分別有87%、83%、45%、92%的同學認為有必要進行，53.3%、60%、87%、76%的同學認為設計前的認知實習是必要的。結果表明，認為可獨立完成設計的學生比例逐年下降，但學生對設備結構的理解并未相應下降，說明課程設計的難點在設計計算部分，學生需要具備較扎實的課程理論知識和理論結合實踐的認知。關于新的教學模式和認知必要性的調查也體現了學生希望通過教學模式改革和加強實踐認知強化理論學習，以便更好地完成課程設計。

圖3 課程設計相關問題調查

（三）設計題目相對固定，抄襲現象難以避免，學生參與度有限

目前，基于傳熱在食品生產中的重要性［8］，食品科學與工程專業的《食品工程原理設計》課程設計任務大多選擇換熱器，設計選題單調，雷同現象較為普遍［9］。2015年至2018年期間甘肅農業大學食品科學與工程學院對學生就食品工程原理課程設計的設計題目、模式及對前屆學生設計作品的可借鑒度調查分析顯示（如圖4所示），約80%以上的學生認為歷年食品工程原理課程設計題目雷同度高，設計模式相對固定，前屆學生設計作品可借鑒度較高，照貓畫虎現象較為普遍。關于課程設計教學問題調查顯示（如圖5所示），學生普遍認為課程設計是不可或缺的教學環節，但設計過程中存在較多的問題需要及時得到指導，教學效果有待進一步提高。

調查分析顯示，甘肅農業大學食品科學與工程學院《食品工程原理課程設計》教學模式與其他農業院校類似，教師主要通過集中授課講解布置課程任務，學生通常參考相關資料和教學課件，按照一定的模板和步驟，進行基礎性數據查閱、工藝過程計算和校核、設備設計計算和校核、工藝流程及主要設備工藝圖的繪制等工作［10］。設計任務變化不大，學生往往只在指導教師給定條件下進行驗證性設計。學生可從往屆學生處獲得模板，加之互聯網的普遍性，學生依葫蘆畫瓢和抄襲現象難以避免，設計缺乏創意。學生主動性、參與度不足，影響了教學效果。

圖4 課程設計題目、模式及對前屆學生設計作品可借鑒度調查分析

圖5 課程設計教學問題調查分析

（四）教師指導工作量大，考核標準單一

近幾年高校擴招，學生人數成倍增加，甘肅農業大學學習《食品工程原理課程設計》的學生人數自2000年后逐年增加，最高時為擴招前的3～4倍，任課教師人數仍為2人，師生比大大減小，一個老師一學期往往要指導2～4個班的學生（約60～200人），老師很難做到與每一個學生面對面指導、交流，存在與其他學校課程設計教學的共同問題——教師的時間和精力明顯不足［11］，課程設計成績主要以圖紙和說明書為評定依據，缺乏過程考核與細節監督。

三、《食品工程原理課程設計》教學模式探討

基于以上問題分析，針對農業院校學生及課程設置特點，本研究對《食品工程原理課程設計》教學模式進行相關探討，以期有效提高學生的工程設計能力。

（一）合理組織安排課程設計，引導學生應用計算機輔助設計

鑒于《食品工程原理課程設計》的課時有限，教師在課程設計安排中應重視前期準備，在《食品工程原理》理論和實驗教學過程中融入課程設計引導，提前進行課程設計動員，將課程設計時間分散到較長的時間段。同時建議學生自學AUTOCAD工程圖和EXCELL等計算機輔助設計軟件，利用計算機軟件或自編程序進行課程設計，提高設計效率和精準度。農業院校應注重培養學生的自學能力和工程制圖能力，以適應今后實際工程設計的需要。

（二）原有設計任務基礎上并行自命題，激發學生設計的主動性和創新性

90后大學生思想行為獨立意識強、自主性強，思維靈活［12］，基于學生和食品工程發展特點，建議在原有設計任務基礎上，并行教師指導下的自主命題，發揮學生的獨立思考能力和主觀能動性。按照學生的能力與意愿來設定設計任務，自主性、實踐能力強的學生可分組進行自主命題任務設計；學習一般且動手能力亦一般的學生，仍然進行原有設計任務，需要注意的是，要根據學生學號設置不同的設計參數，避免抄襲。逐年更新設計任務書，提高學生參與度及其工程設計能力。

（三）利用校企合作，增強學生對單元操作的實物認知學習，夯實設計基礎，激發學生設計興趣

新工科背景下，校企合作模式可以加強食品科學與工程專業學生對生產中加工單元操作、工藝流程和設備結構的認知，課程設計之前安排與課程設計相關的參觀實習，講解單元操作流程、主體設備結構及其與設計的聯系，為課程設計奠定良好的基礎，激發學生設計興趣和積極性。

（四）合理應用網絡平臺，提高教學質量

在課程設計中，可將課堂教學啟發和開放指導相結合。教師在課堂上可借助多媒體課件和網絡MOOC（MassiveOpenOnlineCourses）視頻給出設計任務、提出設計框架、認知設備結構，引導學生建立設計觀念，積極思考。同時，利用網絡教學平臺，實施課程設計指導，師生網絡實時互動，教師及時了解學生的設計計算進展，掌握學生的設計問題，建立討論小組共同討論，及時指導解決學生課程設計中存在的問題。此模式既可培養學生獨立思考能力，又可調動學生的設計興趣和學習積極性，加強師生及學生間的溝通、交流，提高教學效率和質量。

（五）完善課程設計考核體系

課程設計是在教師指導下由學生獨立完成的。學生設計成績應綜合考慮設計資料查閱及準備、設計思想的正確體現、準確的工程計算、設計說明表達、制圖質量和設計陳述表達。教師根據學生的查閱資料、設計過程、網絡教學平臺應用情況、設計說明書、設計圖紙和設計陳述質量按“優、良、中、及格、不及格”五級評定成績。同時鼓勵學生創新，利用計算機輔助手段進行設計，有創新或通過編程、計算機輔助完成設計的，可根據設計質量適當給學生設計成績加分。

三、結語

通過《食品工程原理課程設計》教學問題分析及模式探討，新模式應用后可有效提高學生課程設計、制圖等實踐技能；使學生能夠將分布在各門課程中的理論知識與實際生產環節有機結合，完成具有自己特色的課程設計，從而培養學生創新精神，提高其動手和實踐能力，達到綜合訓練目的；通過加強課程設計考核，可綜合評價學生的設計能力和素質，減少學生偷懶抄襲的現象。不僅如此，新模式對教師素質也提出了更高的要求，教師不僅要具備食品工程原理課程的授課能力，還要能夠綜合其他課程的相關知識，以及課程設計所涉及的食品生產知識進行授課和答疑。因此，《食品工程原理課程設計》教學模式改革，對高等院校工程教育改革創新，具有積極的推動作用。