基于干酪加工大案例教學的“食品工程原理”課程教學改革探索與實踐

張路遙，武金萍，衛曉怡，陸文蔚，張艷艷，白 晨，宮 霞

（1.上海商學院酒店管理學院，上海 200235；2.上海海融食品科技股份有限公司，上海201499）

“食品工程原理”是食品科學與工程類專業的一門重要專業基礎課程，課程在自然科學和應用科學之間架起一座橋梁，在培養學生綜合素質的過程中有著特殊的地位和作用，是研究和介紹食品工業生產中傳遞過程與主要單元操作的基本原理、內在規律、常用設備及過程計算方法[1-3]。使學生掌握傳遞過程及單元操作的基本原理，初步掌握食品開發、設計、加工工藝及相關單元操作，以及關鍵設備的使用、維護和保養等方法。

學校的食品質量與安全專業“食品工程原理”課程為48課時，且學校對課程中所涉及到的工程設備比較缺乏，學生對生產過程中的設備認識與了解較少，還存在著工程類基礎知識較為薄弱的問題。由于課時少、專業培養重點不同，如果采用對各單元操作進行泛講“簡版”教學模式，會造成無法將授課內容講解清楚和透徹，學生的設計計算能力沒有得到很好的培養，無法深入掌握單元操作的傳遞原理和設計計算，教學效果不佳[4-5]。在有限的教學課時下應精選教學內容，合理分配課時，并給學生足夠的自主學習空間。

大案例教學源于傳統的案例教學，具有處理形象、直觀等特點，同時還具有系統性、整體性特征，使案例的數量實現簡約化，把理論知識學習內容在同一個典型載體即大案例中表現闡述出來[6-7]。由于課程具有一定的教學難度，理論難度大，涉及到物理、數學、物化等基礎課程的知識，課程強調工程思維、工程運算及設計技能的能力，學生難以理解掌握及運用，進一步影響到其學習興趣、積極性及創新能力的培養。

采用“干酪加工大案例”的教學模式進行教學改革，以干酪加工的虛擬仿真操作作為載體，貫穿全課程大部分教學過程，發揮學生的學習主動性，整理、全面和系統地掌握該課程的理論知識。

1 案例教學設計方案及教學手段

1.1 干酪加工大案例教學設計

“食品工程原理”包含12章教學內容，其中的單元操作相關理論知識點大部分相對獨立，學生對于這些操作的學習缺乏一定的整體性和系統性，并且對工程操作在食品加工中的應用缺乏一定的感性認識；而且課程中涉及不同的學科內容，知識面較廣，基礎理論多，學生必需具備高等數學、物理化學、大學物理等一系列課程的基礎知識，若基礎不牢固，則會使學生學習過程中理解性差、興趣降低，更缺乏積極主動性。食品質量與安全專業工學背景不足，初學時不了解課程整體結構與整體認識，不理解課程中知識點的相互聯系及知識脈絡，感到知識點繁瑣、混亂；課程常常運用大量經驗公式、半經驗公式來計算，并且需要記憶的理論、公式太多，學生無法掌握合適的學習方法。

實踐教學結合了虛擬仿真操作，除流動阻力、傳熱、精餾等多個實驗教學項目外，應用了切達干酪生產工藝仿真平臺（東方仿真軟件技術有限公司）進行實驗教學，此仿真平臺的操作設立在第一次實驗教學，且學生可課下上機操作。

干酪虛擬仿真教學的建立依托學校現代流通國家級實驗教學示范中心虛擬仿真實驗教學平臺，利用動態數學模型，實時模擬切達干酪真實生產操作過程，包括干酪從收奶運輸到發酵，成熟出庫的一系列過程，學生可以通過對整個工藝流程的操作，掌握切達干酪生產過程中的參數設置調整，最終掌握切達干酪生產的總流程。主要工藝流程為：①預處理。包括脫氣、凈乳、冷卻和儲存等工序。②巴氏殺菌。分為巴氏殺菌控制系統和熱水加熱系統，牛乳經平衡槽、輸送泵、熱處理前的凈乳機后進行加熱殺菌，牛乳經增壓泵后冷卻，加熱冷卻都在板式交換器中完成。③緩沖。殺菌后牛乳送至緩沖罐儲存、攪拌、輸送。④發酵、凝乳等。

干酪加工虛擬仿真操作平臺界面（2D界面（a）；3D界面 （b）， （c）） 見圖 1。

虛擬仿真實驗項目的操作可以使學生直觀地了解真實生產中的工藝流程及單元操作概念[8]，最關鍵的是這一實驗項目包含了“食品工程原理”課程中的大部分章節單元操作，如流體輸送、傳熱、過濾、攪拌、均質乳化、蒸發、干燥等。因此，基于此實驗項目的大案例，分解每個單元操作作為子案例，可實施課程中大部分章節的案例教學，這種教學方式將獨立的單元操作知識點進行整合，具有很強的整體性、層次性和綜合性，可以促進學生對課程知識體系的把握程度，增加學習的興趣和積極性。

1.2 大案例的分解教學設計

在貫穿課程的干酪加工大案例的基礎上，對其進行案例分解，而后進行項目教學。例如，在大案例中的“鮮牛奶巴氏殺菌”單元操作為分解案例，首先設置了一系列問題，要求學生自學找到答案或解決的方向，當涉及到“傳熱”單元操作核心問題“熱量的傳遞和傳熱速率”時，教師開始介入，將學生的思路一步步引入到“傳熱”單元操作的學習和訓練中來。主要內容講解完成后，通過作業鞏固理論知識，進一步強化學習內容，加深學習印象。最后，再進行虛擬仿真操作，可完善理論與實際結合的學習效果。

1.3 大案例的補充

案例教學旨在使學生掌握單元操作基本原理在食品加工生產實際中的應用，在干酪加工案例的基礎上結合日常生活案例，如利用伯努利原理解釋飛機如何飛上天、足球曲線射門的現象；利用濕空氣的性質解釋清晨的露水、空調的除濕等；利用熱導率或非穩態傳熱的理論解釋相同溫度的物體溫感不同或者水銀體溫表測量時間的原理等，進一步增加學生對于課程的興趣，增加學習動機。

1.4 大案例的教學方式

（1）劃分學習小組，學生說課反饋。案例的分析后，要求學生進行課堂反饋，采取以學生為主，通過學生說課的教學方式，說課是“學習金字塔”中主動學習效果最好的學習方法，對培養學生自主學習能力和教學效果具有重要意義，能極大地調動學生的學習熱情，激發學習興趣。學生需要在課下積極準備資料，主動學習研究推導，增加自我學習興趣和成就感。此外，學生的語言表達能力和探索知識的動機提高，可以引導學生自主學習“食品工程原理”課程。

在學生說課反饋之后，教師需要進行針對性的講解，尤其是重點的講解。教師應該深度備課，了解學生的需求，包括虛擬仿真案例的重點、難點，以及學生知識結構及水平，教師要根據學生的需求及理論掌握狀況出發，針對性地講解重點、突破難點。

（2）在線課程和微課程的建立。課程在SPOC網站進行了建設，包括教學進程、教學大綱、教學課件、課后練習、教師坐班時間、教學具體內容等；學生在課后可在網站進行學習、交流、完成作業，以及微課程的學習。

2 教學改革成效分析

教學改革首次應用對象為食品質量與安全專業2015級，與對照教學班食品質量與安全2014級學生的分數等進行比較，取得了非常顯著的成效。

教改班與對照班級期末成績的概率密度函數比較見圖2。

可以直觀上看出，2組學生的差異明顯，通過統計分析可以得出，教改班級平均分為89.9分，比對照班級平均分70.8分高出19.2分，二者差異極顯著（p＜0.001）。此外，教學改革班級沒有出現不及格學生，說明此教學改革成效極顯著。

3 結語

利用干酪加工虛擬仿真平臺為載體的貫穿全課程的大案例教學可增加理論知識的系統性，結合子案例教學、學生分組匯報、課堂針對性講解，配合課下在線課程、微課程的教學手段，以及云盤等現代化網絡平臺的交流反饋學習，有助于提高教學及學習效果，增加理論知識的系統性、整體性，提升學生理論結合實踐生產的能力，這一改革成效與一些相關大案例教學改革結果相似[6-7，9-10]。經過上述教學改革的探索，學生對該課程的興趣提升，積極性提高，弄清了食品工程的本質和原理，工程計算能力提升，成績顯著提高。