“新工科”背景下食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生工程能力培養(yǎng)機(jī)制探索

蘇小軍，李清明，廖盧艷，秦丹，吳衛(wèi)國，劉成國

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙，410128)

目前，第四次工業(yè)革命風(fēng)涌云起，我國全力推進(jìn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略。新工業(yè)革命勢必帶動(dòng)我國工程教育改革，并創(chuàng)建與之適應(yīng)的工程教育體系，以滿足新工業(yè)革命的人才需求[1]。在此背景下，“北京指南”“復(fù)旦共識”“交大篇章”“天大行動(dòng)”等面向“新工科”建設(shè)的重要理念相繼發(fā)布，為工程教育指明了改革方向[2]。“新工科”的核心理念是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。工程能力是一種能夠運(yùn)用工程科學(xué)與技術(shù)去解決工程實(shí)際問題，并能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值的能力[3]。我國食品工業(yè)產(chǎn)值逾12萬億元，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，發(fā)展食品工業(yè)是實(shí)施鄉(xiāng)村振興和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑之一。食品工業(yè)正在積極采用智能制造等創(chuàng)新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)食品制造的產(chǎn)業(yè)升級，綠色制造、人工智能、機(jī)器人、3D打印、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器視覺和生物科學(xué)等先進(jìn)技術(shù)不斷融入到食品產(chǎn)業(yè)中。許多企業(yè)也都在積極部署智能工廠，但由于衛(wèi)生、食品安全、食品物性和品類多樣性等多方面原因，食品生產(chǎn)不能簡單復(fù)制其他行業(yè)的成功路線。這就對食品工程技術(shù)人才的創(chuàng)新和跨界整合能力提出了更高的要求，其必需具備解決新技術(shù)背景下的復(fù)雜工程問題的工程能力。

國內(nèi)許多高校積極推進(jìn)食品科學(xué)與工程專業(yè)新工科建設(shè)，在人才培養(yǎng)模式[4-6]、課程體系構(gòu)建[7-8]、實(shí)踐教學(xué)改革[9-10]和專業(yè)課程建設(shè)[11-13]等方面均展開了深入研究。學(xué)生工程素養(yǎng)的養(yǎng)成在新工科專業(yè)建設(shè)中占有重要地位。歐美許多高校也對食品專業(yè)學(xué)生的工程能力培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方式等進(jìn)行了大量調(diào)研。據(jù)歐洲的一項(xiàng)針對3 000余名食品技術(shù)人員的調(diào)查結(jié)果顯示，雇主對食品技術(shù)人員在工程維護(hù)、環(huán)境和物流運(yùn)輸?shù)确矫娴哪芰o予了差評，認(rèn)為食品技術(shù)人員有必要提高解決與食品相關(guān)復(fù)雜問題的能力[14]。美國食品工藝學(xué)家學(xué)會(huì)(Institute of Food Technologists，IFT)針對普渡大學(xué)食品科學(xué)專業(yè)學(xué)生的調(diào)研也表明，解決實(shí)際工程問題的能力是食品技術(shù)人員的核心能力之一[15]。食品工程人才不僅需要具備滿足現(xiàn)階段食品工業(yè)發(fā)展的工程能力，還應(yīng)具有引領(lǐng)食品產(chǎn)業(yè)升級和創(chuàng)新發(fā)展的能力。但在目前的培養(yǎng)過程中并未形成對復(fù)雜工程問題的理解、具體教學(xué)目標(biāo)的設(shè)置等有效體系。我國地方農(nóng)業(yè)院校是我國食品科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的主力軍之一，農(nóng)業(yè)院校在傳承學(xué)校農(nóng)科優(yōu)勢的同時(shí)，如何創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念，結(jié)合食品產(chǎn)業(yè)需求，培養(yǎng)具有地方特色、適應(yīng)食品產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的高素質(zhì)工程技術(shù)人才仍急需深入探索。

1 強(qiáng)調(diào)多學(xué)科融合，培養(yǎng)復(fù)合型工程人才

食品科學(xué)與工程專業(yè)是一個(gè)集理、工、農(nóng)、醫(yī)等多學(xué)科知識融合的綜合性、應(yīng)用性都很強(qiáng)的交叉學(xué)科[16]。食品工業(yè)中大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人、生物技術(shù)等新技術(shù)的應(yīng)用都需要多學(xué)科知識作為支撐。地方農(nóng)業(yè)院校要建設(shè)好新工科，必須讓食品科學(xué)與工程等傳統(tǒng)工科專業(yè)適應(yīng)食品產(chǎn)業(yè)的升級改造，按照新的社會(huì)需求培養(yǎng)人才；必須發(fā)揮農(nóng)業(yè)高等院校的農(nóng)業(yè)學(xué)科優(yōu)勢，多學(xué)科融合，構(gòu)建面向需求的“新工科”知識體系，促進(jìn)多學(xué)科知識鏈、創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈深度融合，培養(yǎng)具有解決復(fù)雜工程問題能力的食品工程人才。克萊姆森大學(xué)的研究表明，參與跨學(xué)科產(chǎn)品開發(fā)課程的食品專業(yè)學(xué)生在產(chǎn)品開發(fā)知識和技能方面顯著高于未參與該課程學(xué)習(xí)的學(xué)生[17]。

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)成立于1986年，進(jìn)入新世紀(jì)后發(fā)展迅速，先后成為國家特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、湖南省“十三五”專業(yè)綜合改革試點(diǎn)專業(yè)和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)品牌建設(shè)專業(yè)，2019年更是被評為國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)作為地方農(nóng)業(yè)院校，在農(nóng)學(xué)、園藝學(xué)和動(dòng)物科學(xué)等方面具有學(xué)科優(yōu)勢[18]。食品科學(xué)與工程專業(yè)在發(fā)揮傳統(tǒng)學(xué)科優(yōu)勢的同時(shí)，結(jié)合湖南及周邊省份對食品工程人才的需求進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，構(gòu)建了以食品學(xué)科為主、包括原料學(xué)、物性學(xué)、智能制造、人工智能、大數(shù)據(jù)、生命科學(xué)等專業(yè)在內(nèi)的多學(xué)科專業(yè)交叉融合體系，適應(yīng)食品工業(yè)未來發(fā)展的“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)模式；秉承“學(xué)科交叉、突出特色、求實(shí)創(chuàng)新、服務(wù)社會(huì)”的辦學(xué)理念，突出“學(xué)研產(chǎn)良性互動(dòng)”辦學(xué)特色，注重人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會(huì)服務(wù)和文化傳承有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)具有寬廣知識面和多領(lǐng)域適應(yīng)能力的食品類專業(yè)復(fù)合型工程人才。

2 構(gòu)建“重實(shí)踐、強(qiáng)能力”教學(xué)體系，突出培養(yǎng)工程實(shí)踐能力

科學(xué)完善的教學(xué)體系是培養(yǎng)新工科人才工程能力的關(guān)鍵。本專業(yè)采納國內(nèi)外高水平大學(xué)的成功經(jīng)驗(yàn)，充分調(diào)研用人單位意見，深入了解食品產(chǎn)業(yè)對工程人才的需求，構(gòu)建人才工程能力框架。以教師為主體，學(xué)生、教育專家和用人單位參與，圍繞工程能力框架，制定了新版人才培養(yǎng)計(jì)劃。新計(jì)劃注重寬厚基礎(chǔ)與就業(yè)導(dǎo)向相結(jié)合，構(gòu)建了模塊化工程課程體系，合理制定了認(rèn)知實(shí)習(xí)和專業(yè)實(shí)習(xí)內(nèi)容，強(qiáng)化了工程能力的培養(yǎng)。本專業(yè)通過不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化多學(xué)科交叉融合和建設(shè)食品工程課程群，解決了課程內(nèi)容重復(fù)、相互脫節(jié)的問題，構(gòu)建了學(xué)科交叉融合、專業(yè)基礎(chǔ)厚實(shí)、適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)需求的課程體系，培養(yǎng)了具有扎實(shí)專業(yè)知識和技能的跨專業(yè)、跨學(xué)科復(fù)合型工程人才。并在專業(yè)選修課程中柔性設(shè)置專業(yè)方向課程，滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需求，為學(xué)生提供較多出口通道。

體驗(yàn)式學(xué)習(xí)教學(xué)[19]、本科生參與食品科學(xué)研究項(xiàng)目[20]、利用模擬仿真軟件開展實(shí)踐教學(xué)[21-22]等教學(xué)方式在食品工程人才培養(yǎng)中都取得了良好的效果。針對食品生產(chǎn)中復(fù)雜工程問題，我們采用啟發(fā)式、互動(dòng)式教學(xué)模式，倡導(dǎo)工程實(shí)例教學(xué)，采取分組教學(xué)方式，系統(tǒng)分析問題并制定方案和撰寫研究報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思考和解決問題的能力。

3 創(chuàng)新培養(yǎng)模式，完善協(xié)同全程育人機(jī)制

落實(shí)“創(chuàng)新型、綜合化、全周期”的工程教育理念，結(jié)合學(xué)院學(xué)科優(yōu)勢，創(chuàng)新協(xié)同全程育人機(jī)制。針對復(fù)雜工程問題，從課堂授課、實(shí)踐教學(xué)、成果展示、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、技能競賽等方面加強(qiáng)對學(xué)生的輔導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的互換、交叉及融合，提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，滿足學(xué)生職業(yè)化需求，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。本專業(yè)構(gòu)建了注重工程能力培養(yǎng)的“三位一體四結(jié)合”實(shí)踐教學(xué)模式，將教學(xué)、科學(xué)研究與學(xué)科發(fā)展結(jié)合并融為一體，將師資隊(duì)伍建設(shè)與學(xué)科發(fā)展、實(shí)踐教學(xué)與科研、實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)、校內(nèi)與校外實(shí)踐相結(jié)合，該成果于2019年獲得學(xué)校教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。實(shí)踐教學(xué)模板如圖1所示。

校內(nèi)建設(shè)有“湖南省食品科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”“中央與地方共建高校特色優(yōu)勢學(xué)科實(shí)驗(yàn)室”和“農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏訓(xùn)練中心”等教學(xué)實(shí)踐基地，并搭建了實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息平臺(tái)，實(shí)施智能化和信息化管理。專業(yè)點(diǎn)積極將科研成果用于實(shí)踐教學(xué)，如依托 “油茶籽油水酶法提取工藝及產(chǎn)品開發(fā)研究”“谷物擠壓加工新食品開發(fā)及高性能裝備研制”等科研成果，在校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)了油脂精煉生產(chǎn)線和擠壓膨化生產(chǎn)線。校內(nèi)實(shí)踐基地還建設(shè)了焙烤生產(chǎn)線和飲料生產(chǎn)線，其中飲料生產(chǎn)線由30余套設(shè)備組裝而成，設(shè)備按照果汁飲料和酸奶兩個(gè)模塊設(shè)置，包括從果蔬原料清洗破碎到高溫瞬時(shí)殺菌、無菌灌裝和原位清洗(clean in place ，CIP)等與實(shí)際生產(chǎn)相近的全流程設(shè)備，滿足培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的需要，提高了學(xué)生的工程素養(yǎng)。同時(shí)，教師在科研和教學(xué)過程中通過不斷改進(jìn)和升級這些生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)，自我工程能力也得到大幅提高。校外實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)則以科研合作為紐帶，與省內(nèi)外植物油脂精煉、肉制品、乳制品、休閑食品、傳統(tǒng)發(fā)酵食品和果蔬加工等領(lǐng)域知名大型企業(yè)和上市公司建立了緊密的合作關(guān)系，建設(shè)校外實(shí)踐教學(xué)基地18個(gè)，其中省級優(yōu)秀實(shí)習(xí)基地5個(gè)，湖南省高校創(chuàng)新實(shí)習(xí)基地3個(gè)。此外，指導(dǎo)學(xué)生組織創(chuàng)辦了“食品文化藝術(shù)節(jié)”、烘焙協(xié)會(huì)和“創(chuàng)客吧”，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)提供了良好的條件。

圖1 實(shí)踐教學(xué)模塊Fig.1 Practical teaching module

4 強(qiáng)化師資隊(duì)伍，提升工程能力培養(yǎng)水平

提高學(xué)生工程能力的重要前提條件之一就是構(gòu)建好工程能力與實(shí)踐能力強(qiáng)的師資隊(duì)伍。新工科交叉融合與緊貼食品產(chǎn)業(yè)前沿的特點(diǎn)對教師的教學(xué)能力提出了新的要求，需要教師保持對知識結(jié)構(gòu)和工程實(shí)踐能力的持續(xù)更新與提高。近年來各高校不斷提高師資隊(duì)伍門檻，主要是憑學(xué)歷背景尤其是以SCI論文為顯性成果招聘新教師。許多新進(jìn)教師的科研能力很強(qiáng)，但缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對食品產(chǎn)業(yè)的深刻理解，而一些工程能力強(qiáng)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的人才卻因達(dá)不到條件而失去進(jìn)入高校任教的資格。為此，本專業(yè)組織老師，尤其是年輕老師，通過團(tuán)隊(duì)服務(wù)、三區(qū)人才、科技特派員等形式積極與企業(yè)開展社會(huì)服務(wù)和科研合作，在為企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品、解決技術(shù)難題過程中提高解決復(fù)雜工程問題的能力。目前，本專業(yè)80%以上的老師都擔(dān)任了省市科技特派員或三區(qū)人才專家，或與食品企業(yè)建立了緊密合作關(guān)系。學(xué)院與本專業(yè)還通過安排新進(jìn)教師參與工藝實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)，在實(shí)習(xí)期間與學(xué)生一起深入生產(chǎn)一線來提高工程能力。同時(shí)，學(xué)院與企業(yè)對學(xué)生進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，聘請企業(yè)工程技術(shù)人員擔(dān)任客座教授和校外實(shí)踐導(dǎo)師，以完善和強(qiáng)化師資隊(duì)伍。總的來說，通過多途徑對外合作交流和構(gòu)建各種形式的工程實(shí)踐平臺(tái)，使學(xué)院教師接受工程培訓(xùn)，提高教師隊(duì)伍的工程素質(zhì)，以達(dá)到提升工程能力培養(yǎng)水平的目的。

5 結(jié)語

根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求設(shè)置人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”人才培養(yǎng)模式和多學(xué)科交叉融合的課程體系，落實(shí)“創(chuàng)新型、綜合化、全周期”工程教育理念，結(jié)合學(xué)院學(xué)科優(yōu)勢，創(chuàng)新協(xié)同全程育人機(jī)制，使學(xué)生工程能力顯著提升，培養(yǎng)效果良好。2016年以來，本專業(yè)學(xué)生獲得國家獎(jiǎng)學(xué)金、全國高校畜禽產(chǎn)品加工創(chuàng)意大賽、全國大學(xué)生食品工程虛擬仿真大賽等獎(jiǎng)項(xiàng)14項(xiàng)，國家勵(lì)志獎(jiǎng)學(xué)金240多人次，40人被評為省級優(yōu)秀畢業(yè)生，獲得長沙市創(chuàng)業(yè)孵化實(shí)踐挑戰(zhàn)賽冠軍團(tuán)隊(duì)和校級優(yōu)秀創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)多項(xiàng)；獲得各級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目資助40多項(xiàng)，公開發(fā)表論文60多篇，畢業(yè)學(xué)生獲得就業(yè)單位的高度評價(jià)。專業(yè)于2019年被評為國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。