研究型畢業(yè)設(shè)計在食品專業(yè)人才培養(yǎng)中的教學(xué)改革與實踐
——以昆明理工大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)為例

程桂廣，蔡圣寶，項 波，曹建新，趙天瑞

(昆明理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)與食品學(xué)院，云南 昆明 650500)

大學(xué)本科工科畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識進行項目設(shè)計，實現(xiàn)工程師的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力與創(chuàng)新力最重要的教學(xué)環(huán)節(jié).畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容要求較為全面，以昆明理工大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)為例，包括了產(chǎn)業(yè)(項目)背景綜述、廠址選擇、工藝技術(shù)論證、設(shè)計計算、繪圖、環(huán)境保護、技術(shù)經(jīng)濟分析等內(nèi)容，學(xué)生提交的設(shè)計成果包括設(shè)計說明書和圖紙.項目的設(shè)計成果應(yīng)體現(xiàn)先進性、可靠性、可行性、實用性和經(jīng)濟性等.

多年來，很多學(xué)校在工科畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)中進行了有益的改革創(chuàng)新，力求提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量，滿足科學(xué)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)進步的要求.但是存在的問題依然不少，其中一類問題就是設(shè)計選題，存在的問題有：畢業(yè)設(shè)計選題老舊、缺乏時效性、重復(fù)率高、綜合應(yīng)用知識的能力較差、設(shè)計深度不夠、內(nèi)容平平常常和缺乏創(chuàng)新[1-2]；設(shè)計選題不當(dāng)不科學(xué)，題目設(shè)計不合理不能引起學(xué)生的興趣，有的題目過寬過大學(xué)生難以完成，有的過于簡單則達不到工作量和工作難度的要求[3-4]；有的題目與實際結(jié)合不緊密，應(yīng)用性不強，學(xué)生的積極性不高[1,5-6].這些問題的根本都集中在選題上，即是否能夠為學(xué)生提供具有時代科技水平，與產(chǎn)業(yè)水平相結(jié)合，與專業(yè)和科研相結(jié)合的設(shè)計題目.

在畢業(yè)設(shè)計選題上，就題目來源而言，分為生產(chǎn)實際、科研、自擬課題3種類型.教學(xué)要求應(yīng)盡量選擇與生產(chǎn)、科學(xué)研究課題相結(jié)合的現(xiàn)實題目，亦可自擬題目.所謂自擬課題就是單純從完成教學(xué)任務(wù)的角度出發(fā)，結(jié)合專業(yè)和產(chǎn)業(yè)水平現(xiàn)狀，由指導(dǎo)教師擬定題目發(fā)給學(xué)生來做，直觀地稱為假題真做.從目前的情況看，大多數(shù)院校的大多數(shù)專業(yè)所進行的畢業(yè)設(shè)計屬于自擬課題的工程設(shè)計.來源于生產(chǎn)的題目就是典型的真題真做，也就是要設(shè)計一個工廠或者某種產(chǎn)品生產(chǎn)線，這不是每個專業(yè)每個教師都能具有的條件.來源于科研的題目，也就是以教師的科研項目研究成果為基礎(chǔ)，以科研項目合作企業(yè)為背景，將研究成果應(yīng)用于工程設(shè)計中，這就是研究型畢業(yè)設(shè)計.

研究型畢業(yè)設(shè)計是以研究類課題的技術(shù)研究結(jié)果為重要依據(jù)，結(jié)合食品工程原理與工廠客觀需求，培養(yǎng)學(xué)生在實踐過程中主動思考、自主實踐與自主創(chuàng)新精神，并充分利用職業(yè)知識，提高分析能力、創(chuàng)新能力及綜合素質(zhì)的一種教學(xué)模式[7-8].客觀上，學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計不可能直接應(yīng)用于施工圖設(shè)計，也就是不可能達到生產(chǎn)實際的設(shè)計水平與要求，那么，研究型畢業(yè)設(shè)計則是最接近于真實工程設(shè)計的教學(xué)方法.

1 食品專業(yè)研究型畢業(yè)設(shè)計課題的創(chuàng)建

畢業(yè)設(shè)計的題目來源及選題是關(guān)系到設(shè)計教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[9].食品工業(yè)的特點之一是產(chǎn)品種類多，市場變化快，這個市場變化的推動力就是產(chǎn)品創(chuàng)新.與許多的工科專業(yè)相比，食品科學(xué)與工程專業(yè)的一個重要特點在于基礎(chǔ)理論較為集中，研究的內(nèi)容較為廣泛，具有原材料多樣化與生產(chǎn)工藝多樣化的特點[10]；再一個就是食品開發(fā)的研究條件較容易實現(xiàn)，多數(shù)院校的食品專業(yè)都具有相對完善的基礎(chǔ)實驗與研究所需的儀器設(shè)備.但是，傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計選題范圍窄而陳舊[1,10]，開展研究型畢業(yè)設(shè)計的比例并不高，同學(xué)們做的畢業(yè)設(shè)計與真實的工廠設(shè)計相比差距還很大.解決問題的方法在于：一是在教研活動中注重開展畢業(yè)設(shè)計教學(xué)方式的集體探討與創(chuàng)新，二是鼓勵每一位教師積極在教學(xué)科研中認(rèn)真設(shè)計每一組學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計課題，創(chuàng)建研究型畢業(yè)設(shè)計.

結(jié)合食品專業(yè)知識結(jié)構(gòu)與食品產(chǎn)業(yè)的特點，研究型畢業(yè)設(shè)計課題的創(chuàng)建包括但不限于圖1所示的途徑，就圖1所屬的4個選題途徑分別闡述如下.

圖1 畢業(yè)設(shè)計題目的構(gòu)建

1.1 結(jié)合教師的科研項目

教師的研究項目本身凝聚了教師的知識素養(yǎng)與思想結(jié)晶，具備一定的前瞻性和應(yīng)用性[11].在教學(xué)與科研工作中，教師的基金課題或多或少與產(chǎn)業(yè)有關(guān)，而國家科技計劃到省市的科技計劃項目、以及企業(yè)委托開發(fā)的橫向課題都是典型的產(chǎn)學(xué)研課題，這些課題的目的就是要實現(xiàn)技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新，促進食品工業(yè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的共同發(fā)展.基于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對食品工業(yè)提出的研發(fā)要求，多數(shù)教師都承擔(dān)了一項或是幾項產(chǎn)業(yè)化開發(fā)課題，應(yīng)充分利用好這樣的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)課題，首先將本科生安排在項目研究過程中進行科研工作的培養(yǎng)，再指導(dǎo)他們將研究成果進行工廠化設(shè)計，實現(xiàn)真題真做，實現(xiàn)教學(xué)與科研有機結(jié)合的研究型畢業(yè)設(shè)計.

1.2 結(jié)合學(xué)生的大創(chuàng)項目

在大學(xué)里，從以前的“學(xué)生課外科技活動”，到現(xiàn)在的“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”、“互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等科研活動，其目的一是培養(yǎng)學(xué)生的研究能力，二是鍛煉學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新精神.在“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的精神指引下，大學(xué)里的研究學(xué)習(xí)風(fēng)氣非常濃厚，還有各種專業(yè)、專題的設(shè)計大賽等，這些過程都為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計提供了寶貴的素材.這類畢業(yè)設(shè)計選題有利于推進理論教學(xué)與實踐教學(xué)的統(tǒng)一，有利于實踐命題與教學(xué)需要的統(tǒng)一[11].關(guān)鍵在于如何指導(dǎo)并使其升華.

學(xué)生的各種科技活動多數(shù)是以小組為團隊進行的，其題目內(nèi)容通常有2種來源，一是產(chǎn)生于學(xué)生的創(chuàng)新思維，二是來自于專業(yè)指導(dǎo)教師的指導(dǎo).不論何種途徑，總體上在思考項目課題時都考慮到了課題需要研究解決的問題以及可能產(chǎn)生的良好效果與創(chuàng)新，具有較好的實踐價值，學(xué)生的興趣較為強烈，同時又能夠培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神[7,11].因此，指導(dǎo)教師要與同學(xué)們仔細探討項目，對每一個項目都認(rèn)真引導(dǎo)同學(xué)們深入理論學(xué)習(xí)，并結(jié)合食品項目易于動手實驗實踐的特點，努力為同學(xué)們提供研究條件，并在可能的條件下帶學(xué)生到相關(guān)工廠進行參觀學(xué)習(xí)，以豐富同學(xué)們的知識面，提升同學(xué)們在創(chuàng)業(yè)環(huán)節(jié)的知識能力，探討產(chǎn)業(yè)化的可行性方案，這也就為研究型設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ).

1.3 圍繞學(xué)科及產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向選題

確定畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容應(yīng)充分考慮食品科學(xué)與工程專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)，圍繞學(xué)科與產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，重視選題的合理性[12].在設(shè)計選題時，宏觀上要結(jié)合學(xué)科與產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，同時應(yīng)結(jié)合區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢開展教學(xué)，體現(xiàn)知識技術(shù)的時代性.這一點似乎容易做到，那就是將科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究文章、各種文獻資料與產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步作一個學(xué)習(xí)總結(jié)，然后再灌輸給學(xué)生，也就與時俱進了.但是，作為應(yīng)用學(xué)科的專業(yè)，應(yīng)該對科學(xué)理論與技術(shù)的發(fā)展有一個全面的認(rèn)識了解，密切關(guān)注產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的需求，發(fā)現(xiàn)問題并加以研究，也就是體現(xiàn)預(yù)見性，選擇必要的課題，帶領(lǐng)學(xué)生進行預(yù)研究.有了一定的研究成果，可以與企業(yè)聯(lián)系起來，進行深入研究，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步.這樣的題目不僅可以深入到設(shè)計專題，更能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

2 昆明理工大學(xué)食品專業(yè)研究型畢業(yè)設(shè)計的改革與實踐

2.1 研究型畢業(yè)設(shè)計的過程設(shè)計

根據(jù)前述3種途徑選擇的設(shè)計課題，首先就是要進行技術(shù)研究，開展從原料到產(chǎn)品的工藝過程實驗，再將實驗結(jié)果與食品工程原理和工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合起來，進行工程項目的設(shè)計.整個教學(xué)過程可按圖2所示的4個步驟進行.

圖2 研究型畢業(yè)設(shè)計的4個階段

第1階段 實驗室研究.給學(xué)生下發(fā)課題后，要求學(xué)生查閱專業(yè)書籍和論文，系統(tǒng)學(xué)習(xí)產(chǎn)品工藝及最新研究成果，設(shè)計自己的實驗方案，方案提出后，指導(dǎo)教師與學(xué)生一起探討，確定實驗方案，準(zhǔn)備實驗材料與儀器設(shè)備，指導(dǎo)學(xué)生有序開展實驗，獲得實驗室研究的工藝數(shù)據(jù).這一過程的主要目的在于通過實驗過程中不同工藝技術(shù)的對比、工藝參數(shù)的優(yōu)選以及產(chǎn)品配方的設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與科學(xué)素養(yǎng).

第2階段 初步設(shè)計.結(jié)合工廠實際(產(chǎn)能、品種、品質(zhì))編制設(shè)計任務(wù)書，要求學(xué)生按照食品工廠設(shè)計的相關(guān)規(guī)范，結(jié)合各種產(chǎn)品的工藝特點及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以自己實驗研究得到的工藝參數(shù)為主要計算依據(jù)，進行物料計算與設(shè)備選型，做出符合產(chǎn)能與質(zhì)量要求的工藝流程設(shè)計，繪制工藝流程圖，并做出車間平面布置圖.

第3階段 工廠實習(xí).在學(xué)生做出了基本的生產(chǎn)工藝流程圖，初步做出一個相對合理的生產(chǎn)車間平面布置圖后，再帶領(lǐng)學(xué)生到工廠進行實習(xí).此時，讓學(xué)生帶著自己的設(shè)計資料到車間去，讓學(xué)生自己去核對證實各環(huán)節(jié)的工藝技術(shù)、工藝參數(shù)、配套設(shè)備與性能，在工廠學(xué)習(xí)中得到工程師及學(xué)校帶隊教師的共同指導(dǎo)，獲得生產(chǎn)中的第一手資料，使得理論研究與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合起來.

第4階段 修改和完成設(shè)計.在完成工廠實習(xí)回到學(xué)校后，指導(dǎo)學(xué)生及時整理分析工廠技術(shù)水平與研究成果及最新水平的差異，再次回到實驗室對實驗結(jié)果與生產(chǎn)的差異進行驗證，研制新產(chǎn)品，研討技術(shù)創(chuàng)新，然后修改和完成自己的畢業(yè)設(shè)計，并在設(shè)計中體現(xiàn)自己的創(chuàng)新點.

2.2 昆明理工大學(xué)食品專業(yè)研究型畢業(yè)設(shè)計的改革與實踐

基于科研服務(wù)于企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研思想，2017屆的畢業(yè)設(shè)計，結(jié)合教師的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)課題，給一個組的學(xué)生安排了“年產(chǎn)2 000～4 000 t食品級酪蛋白生產(chǎn)工藝設(shè)計”；2018屆，結(jié)合企業(yè)委托開發(fā)的橫向課題，安排了“年產(chǎn)300～500 t口服液工廠工藝設(shè)計”、“年產(chǎn)300～500 t壓片糖果生產(chǎn)工藝設(shè)計”和“年產(chǎn)200～500 t速溶茶工廠工藝設(shè)計”，共3個小組.整個教學(xué)過程按上述4個步驟進行.以速溶茶工廠設(shè)計為例，具體過程簡要闡述如下.

速溶茶小組安排了3名學(xué)生，子課題以所用原料不同分別為普洱茶、綠茶和紅茶.首先，學(xué)生在文獻研讀后，整理技術(shù)資料，提出實驗方案，經(jīng)過指導(dǎo)教師的檢查指導(dǎo)，開展實驗.實驗研究了不同茶葉提取的最佳溫度、料液比、提取次數(shù)與時間、茶湯凈化方法、茶湯濃縮方法與技術(shù)參數(shù)、濃縮茶液的噴霧干燥與冷凍干燥，得到較為詳實的工藝技術(shù)與技術(shù)參數(shù).在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生按一定的生產(chǎn)能力進行工廠化設(shè)計，進行物理計算和設(shè)備選型，繪制出生產(chǎn)工藝流程圖和生產(chǎn)車間平面布置圖.然后，在同學(xué)們有了一定設(shè)計成果的前提下，帶領(lǐng)學(xué)生到工廠實習(xí)，在實習(xí)中了解工業(yè)化設(shè)備并熟悉其工作原理、安裝與操作，通過對提取罐提取、高速離心凈化與超濾膜過濾、反滲透膜濃縮、真空蒸發(fā)濃縮的學(xué)習(xí)掌握，仔細對比實驗室與工廠生產(chǎn)在設(shè)備與操作上的差異，并學(xué)習(xí)工廠的食品質(zhì)量安全管理，車間布置設(shè)計與全場總平面設(shè)計，環(huán)節(jié)保護與污水處理.最后，實習(xí)結(jié)束回到學(xué)校，對原來的實驗進行修正補充，完成配方與工藝的最終確定，測定產(chǎn)品的水分、茶多酚、咖啡因、灰分、微生物等相關(guān)指標(biāo)，同學(xué)們自然地能夠?qū)⒃瓉淼某醪皆O(shè)計進行修改、補充和完善，做出更為合理且具有合理創(chuàng)新的項目設(shè)計.

3 研究型畢業(yè)設(shè)計的實施效果

研究型畢業(yè)設(shè)計的實施取得了良好的教學(xué)效果，具體有以下幾點.

3.1 真實性強，學(xué)生積極性高

研究型課題的實施，學(xué)生明確實驗研究的內(nèi)容或相關(guān)產(chǎn)品企業(yè)確實在生產(chǎn)，企業(yè)需要解決生產(chǎn)中的技術(shù)問題，開發(fā)新產(chǎn)品，學(xué)生能夠參與到研究中，深刻體會學(xué)以致用，又能與教師一起接觸工業(yè)社會，真實性強，學(xué)生在學(xué)習(xí)探究的工作中表現(xiàn)出非常高的主觀能動性.

3.2 設(shè)計基礎(chǔ)扎實，工作效率較高

在班級的畢業(yè)設(shè)計中，全體同學(xué)都學(xué)習(xí)了同樣的課程，看過同樣或同類型的工廠，不同小組按自己的課題開始做設(shè)計，這些環(huán)節(jié)都是相同的.不同的是，研究型小組在設(shè)計中，不僅親自實踐了產(chǎn)品的各個工藝工程，還較為準(zhǔn)確地研究了工藝參數(shù)，通過實驗體會和發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵點和難點，這些都能直接應(yīng)用到畢業(yè)設(shè)計中，因此，他們的設(shè)計基礎(chǔ)更為扎實，能夠把握設(shè)計過程，對設(shè)計成果具有十足的信心，工作效率高，設(shè)計質(zhì)量好.

3.3 實驗→生產(chǎn)→檢驗，工程訓(xùn)練完整

一般認(rèn)為，實驗研究也就是停留在理論上.但是，如果實驗研究是帶著企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)的目的要求出發(fā)，實驗研究就具有了實用性，具備了實實在在的工程性質(zhì).在執(zhí)行這樣的課題過程中，將學(xué)生的培養(yǎng)融合在實驗研究、生產(chǎn)設(shè)計到產(chǎn)品檢驗的完整過程中，使學(xué)生得到工程師的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力.

3.4 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，提高學(xué)生創(chuàng)新力

產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，其中的“學(xué)”主要就在于人才培養(yǎng)，人才的培養(yǎng)是社會進步的循環(huán)推動力.研究型畢業(yè)設(shè)計，將科研活動、科研成果、實踐教學(xué)與工業(yè)社會有機地結(jié)合起來，科研來自于生產(chǎn)，科研成果轉(zhuǎn)化為寶貴的教學(xué)資源，從而使畢業(yè)設(shè)計的創(chuàng)新性和應(yīng)用性得到更好的體現(xiàn)，能夠有效提高學(xué)生的創(chuàng)新力[11,13-15].

畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)是綜合性的實踐教學(xué)活動，具有突出的“過程性”特點[16]，教學(xué)周期長，內(nèi)容要求多.在畢業(yè)設(shè)計工作中，教師應(yīng)力求搭建科技創(chuàng)新實訓(xùn)平臺，實現(xiàn)設(shè)計選題多樣化[17].研究型畢業(yè)設(shè)計不僅可使學(xué)生綜合運用所學(xué)過的知識和技能解決實際問題，還訓(xùn)練學(xué)生如何學(xué)習(xí)、鉆研、探索的科學(xué)方法，提供學(xué)生自主學(xué)習(xí)、科學(xué)選擇、自主完成工作的機會，從而實現(xiàn)工程師的綜合訓(xùn)練.如果能夠結(jié)合學(xué)科特點合理地在畢業(yè)環(huán)節(jié)中結(jié)合實際課題開展研究型畢業(yè)設(shè)計，不僅工作內(nèi)容真實而完整，又能更好地鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，實現(xiàn)高質(zhì)量研究型工程人才培養(yǎng)，達成更高的教學(xué)目標(biāo).