基于工程能力培養的“食品工程原理”教學探索

紀俊敏 魏安池 彭丹 劉伯業

[摘 要] 課程特別是專業基礎課程是構成專業培養體系的基本單元，課程教學是人才培養的最基本形式。教師如何在課程教學過程中，做好教學內容的篩選與整合、新型教學形式采用及其他重點環節教學模式改革等工作，實現整體教學效果與質量提升，是建設一流專業和一流課程所必須面臨和解決的問題。針對“食品工程原理”課程工程性強但又難學難教的現實情況，提出課程教學過程中不斷進行改進的方法。

[關鍵詞] 工程能力;食品工程原理;教學模式

[基金項目] 河南工業大學2019年本科教育教學改革研究與實踐專項項目“新工科背景下基于工程思維能力培養的‘食品工程原理教學模式探索”（JXYJ-K201907）

[作者簡介] 紀俊敏（1977—），女，河南信陽人，食品科學與工程博士，河南工業大學糧油食品學院油脂工程系講師，研究方向為糧油食品加工;魏安池（1965—），男，河南鄢陵人，食品科學與工程博士，河南工業大學糧油食品學院油脂工程系副教授，研究方向為糧油食品加工;彭 丹（1979—），女，山東費縣人，儀器分析博士，河南工業大學糧油食品學院油脂工程系副教授，研究方向為糧油食品檢測。

[中圖分類號] G642.3? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）26-0257-03? ? [收稿日期] 2020-02-06

一、引言

在新工科視域下，行業對高等院校人才培養的要求越來越高，這主要表現在構建工科專業新結構、創新工程教育方式與手段、更新工程人才培養體系、改革核心課程教學內容與方法等方面，以主動適應新技術、新產業、新經濟的發展需求。“食品工程原理”是一門理論和實踐性都很強的課程，是食品科學與工程、糧食工程及食品安全等專業學生開設的專業基礎必修課。該課程教學的基本目標是通過學習食品加工的基本概念、基本原理、基本計算，典型設備的構造、性能和操作，探索強化生產過程及設備的方法與途徑，使學生具備較為扎實的食品加工基礎理論知識，系統的工程設計計算、典型工程設備構造與選型以及實際食品工程問題的解決能力。因此，加強理論教學與實踐的緊密結合是本門課程教學的重點，如何將工程意識和能力的培養滲透于本課程的理論、實驗、實踐三個教學環節中，培養學生的工程思維意識，強化學生的工程技術觀念，使學生通過課程的學習，能夠分析和解決工程中的實際問題。筆者結合多年教學，以“食品工程原理”課程教學過程為研究對象，探討在教學中如何突出工程概念，增強工程意識，提升工程應用能力，以期培養出基礎牢、視野寬、能力強、上手快的高級工程技術人才。

二、聚焦工程教學，完成教材內容的分類與重組

選好教材是教好一門課程的第一步，而如何用好教材則需要教師加以認真研究并貫徹執行。對于一部完整教材中的理論教學內容、例題習題以及實驗和實踐內容要結合授課實際，進行科學分類和篩選，從而為推動理論和實踐教學改革奠定堅實的基礎。

（一）理論教學內容的分類與分層

“食品工程原理”可基本分為理論教學、實驗教學和課程設計三大教學環節，其中，理論教學部分具有基礎知識面廣、公式繁雜、教學過程枯燥等特點。在之前的教學過程中，理論課學時占比高，實驗實習和課程設計所安排的學時不夠。根據該專業工程教育認證的有關要求，體現學生中心、成果導向的教學理念，需要對相關理論教學內容進行系統梳理，對基本內容進行分類。分類可從兩個方面切入，一是根據知識點的難易度，把教學內容分為基礎型和提高型兩類;二是根據知識點的銜接度，把教學內容分為章內相關和章間相關兩類。依據知識點不同的分類，在教學過程中要對教學方式與方法、教學課時分配等進行相應的安排，從而避免一部教材講到底的情況，實現理論教學的針對性、選擇性。在課堂教學組織過程中，每一單元教學過程均要結合一個典型的生產背景依次進行理論的引出、應用方法的介紹與構建，突出基本概念與共性規律，起到開拓思路、激發興趣的作用。同時適當簡化繁瑣的理論推導部分，避免學生對抽象知識的厭倦情緒。重點介紹公式及公式中各參數的含義及應用范圍，以豐富的例題習題強化公式在工程中的應用，以提高學生學習的興趣。如在伯努利方程這一節，不再進行公式的推導，只簡單介紹伯努利方程是描述能量守恒的方程式，便于學生對公式的記憶和理解。講授能量轉換時，分別列舉1912年奧林匹克號與豪克號兩艘輪船相撞的一起海上公案，以及地鐵列車等黃色安全線的設置原理，以日常案例的形式說明動能與靜壓能之間的轉換關系。另外，對原課程要求仔細講述的設備結構部分，改為讓學生直接觀看設備（或設備模型）、視頻或仿真動畫。如板框壓濾機的結構，尤其是濾板、濾框和過濾板的結構，學生通過實驗室的設備拆解即可很快弄清楚。

（二）與實踐相關內容的篩選及整合

本文所述與實踐相關內容包含習題例題、實驗、課程設計、認知實習及工程設計等教學過程與內容。在上述有關實踐教學內容的篩選與整合上，要堅持以下幾個原則：（1）由淺入深原則，即把那些最能體現本章本節知識點的實踐內容挑選出來布置給學生，不要追求多而全，而要注重少而精;（2）自主選擇原則，在驗證同一理論知識時，要提供給學生不同場景下的實踐教學內容，供其選擇;（3）激發興趣原則，實踐設計要考慮實用性、生活性和趣味性，以增加學習者的探索欲和興趣度;（4）多能力培養原則，實踐教學內容的篩選和整合，最終目的是培養學生的實際應用能力，因此要把不同的知識點、相互關聯密切的內容加以整合，以促進綜合能力的提升。

三、培養工程素質，實現翻轉課堂

“食品工程原理”作為一門在食品加工過程中涉及的實際工程問題（物理過程、單元操作）和研究方法（實驗研究、數學模型）為主線的工程技術基礎課程，也是相關專業學生在大學期間接觸到較早的具有工程性質的課程。課程的內容和特點要求任課教師在教學模式、教學內容、教學過程以及課程目標等方面進行大膽改革和創新。

（一）以學生為中心，改革傳統理論教學模式

采取哪種教學模式是關系到一門課程教學效果的關鍵因素。對于既有大量理論教學內容，實踐性又較強的工程案例課程，需要老師擯棄傳統的教學模式與方法。筆者在該教學環節主要采用提前自習式、課堂參與式、討論交流式等教學模式。在開課初期，將每節課程的任務加以明確，要求全體學生提前做好預習，同時利用共享文檔堅持對學生的預習結果信息進行反饋收集，將預習知識點的難易和自我學習掌握度進行分類統計。在第一步的基礎上，對課堂重點講授的內容進行調整和安排。在課堂講授中，堅持讓學生參與過程的介紹、討論與交流，實現授課過程角色的互換。

（二）例題與習題精選，透過“題”看本質

例題與習題在鞏固所學知識、加強理論與實踐結合等方面扮演著重要角色。完成例題與習題作業，是學生課后的第一任務，也是傳統教學的重要組成環節。首先，要按照理論復習、實踐驗證及工程相關等不同類型，對章節后的例題和習題進行分類。其次，針對教材中的有關例題和習題，任課教師要做好篩選、補充和完善。保留那些具有典型代表性的習題，補充一些與時代和行業發展相契合的題目。在以上兩個環節中，要突出與工程相關概念和內容的把握，最終形成相關章節的必做習題集。通過習題與例題的精選與部署，教師可引導學生透過例題和習題看本質，深入解析例題與習題所涉及的工程問題，分析評價工程問題的解決結果和結論。

（三）案例導向，利用科研成果，豐富課程體系

做好工程案例教學是上好工程應用類課程的關鍵環節。該環節教學不是孤立的，需要與理論教學密切結合。為此，在工程案例的確定和設計上要堅持與典型生產實際背景結合、堅持與理論知識點和數理推導相結合、堅持案例與解決實際問題相結合。恰當的工程案例能夠實現對理論學習的補充和加強，實現理論教學與工程實踐訓練的同步推進。能夠讓學生明白和理解學習該課程或章節的作用與意義，激發學生學習的動力和興趣，提升解決工程問題的能力。由于食品加工業的發展，各種各樣的生產任務及新問題得以提出，這就要求學生具有較寬的知識面和靈活解決問題的思路。所以，很有必要適當擴展內容，補充新的成熟性與先進性的工程技術研究成果。例如在講解氣流干燥器這一設備結構和工作過程時，我們補充了對大塊濕物料干燥過程中進行結構改造的新方法;在講蒸餾操作時我們補充了食用油脫臭這一油脂精煉過程中為了降低油脂中的反式脂肪酸采用的雙溫雙塔脫臭工藝原理。

四、強化工程實踐，提升動手操作能力

（一）實驗教學內容工程項目化

本課程按照基礎認知實驗和綜合應用設計實驗兩大類對實驗進行分類。特別是在綜合應用設計類型實驗中，堅持實驗工程項目化的原則，即根據實際工程問題普遍具有復雜性和多變性的特點，引導學生從工程項目管理思維的角度出發，認真完成每一個實驗環節。通過項目化實驗，強化學生將感性認識上升到理性認識，提升學生的工程思維和工程意識。在整個實驗組織過程中，指導老師只提宏觀要求，具體過程完全由學生自己完成，這就有利于培養學生分析和解決問題的綜合能力，避免了學生“為做而做”的消極思想和只知其然而不知其所以然的被動學習方式。比如調節管路出口閥時，離心泵入口處的真空表和出口處的壓力表讀數如何變化？讓學生自己動手操作一下，就能很自然地找到答案。很多抽象的難以理解的理論，通過實驗操作便能輕松解決，并且記憶深刻，可以起到事半功倍的效果。

（二）課程設計內容結合的專業制定

本著“加強基礎、增強專業適用性、培養創新能力”的主導思想，課程設計的內容根據學生的專業分別制定，結合企業在生產、銷售、服務等環節的需求，切實做到實驗與工程實踐緊密結合。在工業生產中，一個過程往往可有多種方法來實現，例如固液混合物的分離可以采用離心、沉降、加壓過濾和真空過濾等方法;物料的加熱或冷卻可以采用板式、蓄熱式、螺旋板式及列管式等多種換熱器;含濕固體物料的干燥則可以采用箱式、氣流、滾筒、流化床等干燥設備;同樣的蒸發設備可以采用單效、雙效、三效等不同效數組合的方式。這些工藝最終都需要進行方案比較，因地制宜地選擇一種最佳工程方案。因此，本課程設計基本上是采用一個班一個單元設備的設計任務，但每位學生的設計工藝參數（如進料量、操作溫度、壓力、流速等）均不相同，盡量做到一人一題，獨自設計，避免互相抄襲。同時注重問題的相互研討與交流，從而體現團隊協作的重要性。此外，加強不同設計結果的比較分析，改變以往設計中學生主要側重于設計方案的先進可行及工藝的可靠性，而忽略了設備的選型和工藝條件的經濟性，使學生通過課程設計，樹立工程觀點，培養工程意識。

五、課程考核融入全過程

“食品工程原理”課程最終按食品工程原理含實驗（權重75%）和食品工程原理課程設計（權重25%）綜合評價。前者的考核方式為“平時成績+實驗成績+期末考試成績”，為突出對工程應用能力的考核，將平時成績、實驗成績、期末考試成績三者的比重分別調整為占總成績的20%、20%和60%。考慮到期末閉卷考試不能翻閱資料，試卷內容偏重于理論分析和計算，對實踐能力考核不足，在平時布置的作業和小測試盡量涉及較多的工程應用知識，如工程圖表的使用等。平時成績還涉及理論課與實驗課的過程性考核（主要包括學習小組的討論情況，學生課堂上的表現、實驗操作能力、自主回答問題的情況等），考核學生在整個課程學習過程中的參與程度和學習效果，公平、公正地給出平時成績和實驗成績。期末考核采用閉卷考試，側重于考核學生對基本概念、基本理論的記憶和理解，對工程問題的綜合分析和計算能力。課程設計則主要根據學習態度、設計任務完成情況、設計說明書和設計圖紙的質量等綜合評定。把考核融入教學的整個學習過程，有利于全面評價學生對“食品工程原理”課程的學習和運用情況。

參考文獻

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Teaching Exploration of the Course on Principle of Food Engineering Based on Engineering Ability Training

JI Jun-min，WEI An-chi，PENG Dan，LIU Bo-ye

（College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou，Henan 450001，China）

Abstract：Courses，especially the professional basic courses，are basic units of professional training system.Course teaching is the most basic form of talent training.In course teaching，teachers should do a good job in the selection and integration of teaching contents，the adoption of new teaching methods and the reform of other key links in teaching model so as to achieve the overall teaching effect and quality improvement.It is a problem that must be faced and solved to build first-class professional and first-class courses.In view of the fact that the course on the Principle of Food Engineering is strong in engineering and difficult to learn and to teach，the method of continuous improvement in course teaching is put forward.

Key words：engineering ability;Principle of Food Engineering;teaching model