面向工程能力培養的“食品裝備實驗”課程優化

李 陽，吳曉琴，陳啟和，張 輝，陳士國

（浙江大學生物系統工程與食品科學學院，浙江杭州 310058）

0 引言

由教育部、工業和信息化部、中國工程院聯合發布的《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0 的意見》，形成了以智能裝備、人工智能、大數據等為代表的新工科建設計劃，這是一次面向戰略性新興產業需求，變革工程教育領域人才培養模式的行動布局[1-2]。教育部啟動的一流本科專業建設“雙萬計劃”中明確要求，一流本科專業建設需不斷完善協同育人和實踐教學機制，優化人才培養機制，強化實踐教學，不斷提升人才培養的目標達成度和社會滿意度[3]。工程教育專業認證要求人才培養以學生為中心，以能力達成為導向，并強調教學過程持續改進[4]。面對新一輪全球科技與產業變革，瞄準“雙萬計劃”及工程教育對我國復合型工程人才的培養導向，新工科建設為高等工程教育的改革探索提供了一個全新視角和“中國方案”，也為高等學校學生工程能力培養提出了新的要求[5-6]。

食品裝備是食品工業實現加工目的的重要工具，沒有食品裝備就無法形成食品工業，食品裝備的更新與進步為食品工業開辟了廣闊的發展空間。“十三五”期間，我國食品裝備行業以“中國制造2025”發展綱要為指導，全面推進智能制造、綠色制造和優質制造，亟需高素質工程人才支撐食品裝備技術進步及行業發展[7]?！笆称费b備實驗”課程的優化與持續改進，作為浙江大學食品科學與工程專業實施一流本科專業建設及工程教育專業認證的重要環節，正為食品專業學生的工程能力培養探索新體系、新標準及新方法。

1 “食品裝備實驗”課程優化內涵

卓越工程師教育培養計劃要求高校要以強化工程實踐能力、工程設計能力與工程創新能力為核心，重構課程體系和教學內容，加強跨專業、跨學科的復合型人才培養[8-9]。工程教育專業認證更是注重教育產出和實際成效，即畢業生的知識、能力和素質[10]，特別是工程能力和工程素質。

“食品裝備實驗”教學注重學生使用食品機械裝備來解決食品生產中遇到的實際問題，特別是工程問題，并著重培養學生在食品工程領域分析問題及解決問題的能力[11]?！笆称费b備實驗”課程針對目前食品專業學生工程安全意識缺乏，工程實踐能力、工程設計能力及工程創新能力不足的現狀，進行實驗課程內容、課堂教學環節及考評體系改革，優化實驗項目和實驗技術及裝備，強化“食品裝備實驗”課堂的各個關鍵節點，豐富課程考評維度，構建面向工程能力培養的“食品裝備實驗”課程體系。

“食品裝備實驗”課程優化內涵見圖1。

圖1 “食品裝備實驗”課程優化內涵

1.1 課程內容優化

（1） 優化實驗項目。以項目制的實驗代替以往單一的驗證性及演示性實驗，由淺入深地設置基礎實驗項目、單項實驗項目、綜合實驗項目及創新實驗項目?；谑称费b備的水、電、氣基礎知識設置基礎實驗項目，包括食品裝備用電基礎實驗、食品裝備用水基礎實驗及食品裝備用氣基礎實驗?；谑称芳庸卧僮骷跋鄳b備設置單項實驗項目，包括攪拌、均質、包裝、粉碎、干燥、灌裝、離心、殺菌、濃縮等食品加工技術及裝備實驗[12]?；谑称芳庸すに囁婕暗亩嗯_裝備聯合使用的特性設置綜合性、探究性實驗項目，使學生能運用食品裝備實現食品新產品開發?；谑称费b備應用廣泛、實踐性強的特點，以學術訓練為導向，設置創新實驗項目，孵化高質量學科競賽項目、大學生科研訓練計劃（Student Research Training Program，SRTP） 項目及省創國創項目等，實現以賽促教，寓教于賽[13]。在多層次、體系化的實驗項目中，食品裝備及工程知識得以充分體現及實踐，學生的工程實踐能力、工程設計能力及工程創新能力得以全方位培養。

（2） 優化實驗技術及裝備?；谑称费b備前沿技術的發展，將食品加工新技術及新裝備引入“食品裝備實驗”教學中[14]，更新實驗內容，如超高壓技術、超微粉碎技術、非熱殺菌技術、分子蒸餾技術、超臨界流體萃取技術、超濾技術及相應的食品加工裝備[15-16]?；谛录夹g新裝備的優勢及前期實驗課程中學生對食品裝備操作要點的反饋，簡化實驗流程，縮短實驗操作等候時間，提高實驗結果的可辨識性，提升實驗課堂效率。

1.2 教學環節優化

在基礎實驗項目及單項實驗項目教學中，改變以往簡單地“演示+ 操作”的實驗課堂教學形式，依據實驗課堂教學的科學流程，重構課堂教學環節，依次設置6 個關鍵節點：自學、演示、操作、互評、操作優化、總結討論。根據工程能力培養的要求，強化“食品裝備實驗”課堂的各個關鍵節點，豐富每一環節的內容及形式，形成“六節點強化訓練模式”。

在自學環節，要求學生在上課前先自學相關資料，除實驗指導手冊外，錄制每臺裝備的操作視頻，形成實驗指導手冊加裝備操作視頻的自學資料庫，不斷優化完善自學資料的呈現形式。在演示環節，教師嚴格按照裝備操作規范演示其操作流程，著重介紹裝備運行過程中所涉及的工程知識。在操作環節，學生以小組為單位進行自主操作，做到安全、規范操作，并實現組間觀摩學習。在互評環節，各組學生在自主操作及相互觀摩學習的基礎上，進行組間互評，交流心得體會。在操作優化環節，學生基于第一次操作經驗及組間交流心得，優化實驗流程并再次操作裝備，做到自主且熟練地操作裝備，并再次進行組間相互觀摩學習。在總結討論環節，總結裝備操作經驗和實驗心得，討論實驗操作注意事項，進一步完善實驗步驟[17]。

在綜合實驗項目及創新實驗項目教學中，提倡學生基于已掌握的食品裝備知識進行自主探索，要求學生自主選題并設計實驗方案，以團隊合作的形式開展實驗項目，并打通課上課下環節，保證實驗項目實施過程的連貫性。

1.3 考評體系優化

在傳統的實驗考評維度（如出勤、實驗操作、實驗報告等） 的基礎上新增對于食品裝備的“安全使用”“故障排除”“工藝創新”3 個維度的考評。以工程安全意識培養為著力點，設置食品裝備安全使用考評維度，考核學生對實驗操作安全要點、實驗危險識別及處置能力，如高溫、高壓、低溫、機械損傷等危險隱患，做到安全隱患全覆蓋，并進一步考核學生對具體應急預案的掌握程度。以工程實踐能力培養為著力點，設置食品裝備故障排除考評維度，考核學生對實驗原理、實驗步驟的掌握程度，根據每臺裝備的技術特點，設置典型的故障排除點，要求學生能準確地識別及排除故障，并檢驗學生對實驗突發情況的處置能力。以工程設計能力及工程創新能力培養為著力點，設置食品裝備工藝創新考評維度，結合綜合實驗項目及創新實踐項目，檢驗學生實驗方案設計的完整性、科學性，依據實驗結果考核實驗項目的可操作性及完成程度，根據實驗技術特點，綜合評估實驗的新穎性。

2 “食品裝備實驗”課程實施保障

2.1 場地及裝備保障

浙江大學食品裝備教學實驗室占地面積220 m2，現有教學設備40 余臺，總價值約200 萬元，其中單價10 萬元以上的食品加工中試生產設備6 臺，有力支撐了“食品裝備實驗”課程對實踐場地及裝備的需求，且能依托智能食品加工技術與裝備國家地方聯合工程中心，開展教學及科研訓練。通過對食品加工各單元操作設備的合理連接及重組，形成中試型的食品加工生產線，對培養學生解決食品加工生產中復雜工程問題的能力創造了有利條件。

2.2 科學合理的過程管理

實驗教學的重復性、載體性及資源依賴性等特點使實驗教學成為一項重在過程的教學工作[18]?？茖W合理的實驗教學過程管理是一個多方面、多層次的體系，涉及到整體效果與具體流程的關系、管理系統內部與外界實施條件相互關聯，需要從動態性、整體性及層次性原則出發，對實驗教學過程管理進行最優設計[19]。

食品裝備基礎實驗項目及單項實驗項目的過程管理主要包括實驗課堂上裝備操作、故障排除及應急處置等，以解決具體工程問題為導向，有效改善以往實驗教學“重結果、輕過程”的狀況，實現教與學的緊密互動，促進實驗教學過程中學生的工程能力穩步提升。綜合實驗項目及創新實驗項目的過程管理包括開題報告、項目實施及結題答辯等，在具體的項目執行過程中貫徹“食品裝備實驗”課程的教學目標及理念，為學生工程創新能力的全面提升提供推動力和著力點。

3 結語

“食品裝備實驗”課程以工程能力培養為導向，通過構建多層次體系化的實驗項目、六節點強化訓練模式及三位一體的考評體系，全方位提升學生工程實踐能力、工程設計能力與工程創新能力?！笆称费b備實驗”課程實施3 年來，浙江大學食品科學與工程專業畢業生質量穩步提高，近3 屆畢業生就業率達到99%，國內深造率達到32%，出國深造率平均達到43%；有6 人次獲得國家獎學金，9 人次獲得省級優秀畢業生榮譽；有55 人次獲得全國大學生食品工程虛擬仿真大賽、杜邦營養與健康兩岸學生創新競賽、烘焙食品創意大賽、中國傳統食品創新大賽等全國性競賽獎項。在新工科建設的大背景下，面向工程能力培養“食品裝備實驗”課程的優化與實施，是實現卓越工程師教育培養的有益嘗試，也為當前我國食品工業發展亟需的工程性人才培養提供了有效的解決方案。