系統案例法在“食品機械與設備”課程的創新實踐

張匯，熊智強，艾連中

上海理工大學醫療器械與食品學院，上海食品微生物工程技術研究中心（上海 200093）

“食品機械與設備”是由多學科綜合而成的交叉課程，涉及食品科學、食品工藝學、機械工程和化學工程等學科，是食品科學與工程專業的核心課，也是“新工科”背景下食品工程人才培養體系中的重點課程之一。該課程主要介紹食品加工過程中所用到的機械設備的主要結構、工作原理、使用性能及應用對象等，教學的目的是培養學生工程理念、理論聯系實踐、歸納總結、將食品專業的理論基礎知識融會貫通等能力，同時培養學生綜合分析、解決問題的能力，為學生畢業后解決食品工廠生產中相關機械與設備運行問題及設備選型打下良好的基礎[1]。中國擁有食品科學與工程專業的高校均開設“食品機械與設備”課程，足見該課程在食品工程人才培養中的重要性。

案例教學法（case-based teaching）是一種以案例為基礎的教學法，起源于19世紀70年代哈佛大學法學院，后經哈佛大學商學院推廣應用獲得成功，逐漸成為一種風靡全球、被認為代表未來教育方向的成功教育模式[2]。近年來中國高等教育界大力提倡和推動案例教學法的應用，但遺憾的是，大多數授課教師僅僅是將案例教學簡單地理解為“舉例教學”或“案例分析”，而沒有真正理解和把握案例教學法的內涵與精髓，尤其是在工程教育背景下，案例教學法的價值沒有得到充分體現。如何整合知識點，集成創新多模塊系統案例，以系統案例理解食品機械與設備的工程理念，是“新工科”教育亟需改革和創新的模式。

伴隨著新冠肺炎疫情的發展，各高校都開展線上教學，但全面鋪開的線上教學模式，對教師和學生均帶來巨大挑戰。上海理工大學積極應對疫情，提前布局，全面開放校內智慧教室，積極引導教師開展線上線下混合教學模式改革。為提升“食品機械與設備”課程教學效果，實現停課不停學的目標，在前期教學實踐基礎上，對課程教學方法進行改進和探索，研究“系統案例”結合線上線下模式在該課程教學中的應用，以實際完整案例為載體，將多章節、多模塊的課程教學進行創新集成，探索碎片化知識點在不同案例中的集成方式，構建以案例交叉點為課程難點和重點的講授方法，形成以“食品機械與設備課程”為代表的工程專業課程“落地式”教學。對“食品機械與設備”課程的教學現狀及其教學改革情況進行分析，探討系統案例教學法在新形勢下的教學模式和評價體系，并在教學內容和方法上提出改革建議，以期實現新形勢下教學質量的全面提升。

1 課程教學現狀及教學改革情況

1.1 教學現狀

食品產業原料和成品種類繁多，加工工藝不盡相同，造成食品機械設備的千差萬別，很多設備都需要進行特殊設計和改造，因此要求學生具備良好的工程素養和實踐能力，同時給課程教學也提出更高要求。大多數院校開設的“食品機械與設備”課程都以理論教學為主，輔助碎片式的案例為輔，系統性的案例組合教學非常薄弱。該課程是一門與工程機械緊密相關的課程，如果按照傳統填鴨式教學，將陷入過多講述機械原理而忽略食品加工特性的局限，無法調動學生的課堂積極性，不利于學生的發展，也不利于教師自身教學能力的提高。我國“食品機械與設備”課程的教學主要存在以下問題。

1.1.1 理論教學與實際生產線脫節

現代食品生產多采用自動化連續生產，而不是單元設備的簡單連接，沒有現場實習和系統案例的介紹，僅依靠課堂教學展現獨立單元操作的原理和構造，無法使學生理解工業化生產中機械設備的布局、連接和中央控制等工程概念。“食品機械與設備”課程教學過程與實際聯系薄弱，涉及機械理論、工程概念和化工原理的內容教授過程較為生澀，學生理解不透徹，不能較好地培養學生對食品機械設備的理解，無法訓練理論結合實際的意識和解決工程管理實際問題的能力。

1.1.2 前后修學課程銜接不夠

“食品機械與設備”課程涉及食品工程、機械工程、食品生產設計、食品單元操作、化工原理等課程，而這些課程間缺乏清晰的連接紐帶，未形成連續的教育體系，使得不同課程間知識點脫節或重復，在一定程度上增加了學生綜合多門課程知識解決復雜工程問題的難度。

1.1.3 課程評價機制不夠科學

課程的教學質量評價與改進是整個教學活動中最重要的環節之一。“食品機械與設備”課程評價還是以考試形式為主，沒有注重過程考核和實際問題分析能力的考察。在注重教學方法改革、內容更新和手段設計等的同時，課程教學效果和質量的評價容易被忽略，課程教學質量的持續改進缺乏科學的機制。

1.2 教學改革情況

“食品機械與設備”課程是以食品學科的相關課程為基礎，對食品加工生產線所組成設備的集成系統進行設計、改善和實施的一門學科，它綜合運用數學、物理和社會科學的專門知識和技術，結合工程分析和設計的原理與方法，對該系統所取得的成果進行確認、預測和評價，是典型的機械工程原理在食品領域的應用。隨著教育體系的改革、教學手段的多樣化、教學受眾特點變化，“食品機械與設備”課程教學也必須與時俱進，不斷推陳出新。通過中國知網，以“食品機械與設備”為關鍵詞檢索教改論文，共檢索文獻331篇，其中，2015年1月至2020年6月，共有87篇，每年的論文數量分布見圖1。2017年相關教改論文數量最多，為22篇，2017年以后，相關論文數量有下降趨勢，2019年為11篇。在這87篇文獻中，與工程教育教學改革相關的文獻13篇，隨著“新工科”教育理念的轉變，與工程教育教學改革相關的論文呈逐年增加趨勢，其中近2年尤為突出，2019年有4篇，而2020年1～6月該數量達到4篇。由此可見，工程教育改革是“食品機械與設備”課程教學改革的新趨勢。

圖1 2015年1月至2020年6月與“食品機械與設備”課程相關的教改論文及相關工程教育論文

從2015～2020年發表的教改論文來看，“食品機械與設備”課程的教學改革主要圍繞在教學內容、教學方法、教學方式和教學質量評價的改革[3-5]。這些改革措施逐漸向工程教育傾斜，改進教學模式，提高學生參與度，促進學生工程理念的培養。然而，“食品機械與設備”課程始終缺乏系統案例的創新集成，無法讓學生從食品加工生產線的思維下掌握不同機械設備的功能和作用，導致學生解決工程問題能力的缺失。

2 系統案例教學法的優勢及思路

系統案例教學法具有高度的仿真性、靈活的啟發性、鮮明的針對性等特點，在大學“新工科”教育教學中引入案例教學法非常重要。近幾年，“系統案例教學法”這一先進理念在國內外高校中日益受到重視，教師根據教學目的和內容，選擇幾個能涵蓋課程各章節核心理論內容的代表性系統案例，使這個案例貫穿整個教學過程，并通過教師積極引導，學生主動探索，師生平等對話的雙邊活動，促進教學相長，培養學生綜合能力。該理念給學生提供了更多以綜合理論知識解決實際問題為主要任務的教學方式，使得學生在學習過程中更具創新意識，以研究性學習結合知識性學習，增加學生學習的主觀能動性，達到更好的學習效果。由此，系統案例教學法優勢有：一是促進學生獨立思考和創新思維，變被動聽為主動學；二是引導學生注重工程能力的培養，將理論知識轉化為實際生產；三是提供產教學多向交流機會，對教師提出更高要求。

為此，專門設計“食品機械與設備”課程的系統案例教學法基本思路（圖2），主要包括3個方面。

圖2 系統案例教學法基本思路

一是教與學雙線合作。教師和學生是教學過程中的兩大主體，系統案例教學法摒棄單方面灌輸式教學，積極挖掘學生在課堂中的主體作用，通過師生對話和交流共建活躍課堂。

二是課程知識點與系統案例的集成與創新。系統案例教學的核心是案例的選擇和拆解，課程每一章的核心理論內容在案例中都應有所涵蓋，這就需要對課程的知識點和重難點進行集成創新，建立符合實際生產、同時兼顧教學的虛擬仿真案例，在教學過程中，以案例為核心，生動展示課程的教學內容。

三是教師講授與自主學習相結合。系統案例教學法中的案例是學生的“學習資源”和創建的“特定情境”，通過教師的科學引導啟發、學生的積極思考、探索、討論、辯論，與教師的平等溝通，讓學生勇于提出、分析和解決問題，達到自主學習的目的。

3 系統案例教學內容的集成設計

根據食品科學與工程專業教學質量國家標準，“食品機械與設備”課程內容應包括食品分選機械、食品清理與清洗機械、食品輸送機械與設備、食品粉碎、攪拌、混合和均質機械、蒸發濃縮設備、干燥及熱處理機械與設備、食品殺菌設備等[6]。隨著科技和社會的發展，食品加工裝備也日新月異，使得“食品機械與設備”課程的教學要與時俱進，但教材本身具有滯后性的特點，不能反映食品機械設備發展的最新動態。因此，在課程教學案例的設計過程中，堅持幾個原則：案例來源于食品加工企業的最先進生產線，由在食品工廠生產一線的兼職教師參與案例編寫；案例與課程教學內容相一致；案例適度擴展討論，解決方案不唯一；案例設計科學，能結合學生已掌握的知識，激發學生學習興趣。

中國食品加工設備使用歷史悠久，但在近代，由于科技和經濟的落后，先進的加工裝備開發一直是制約我國食品產業高質量發展的卡脖子技術，很多先進裝備均需國外進口，增加企業生產成本。“食品機械與設備”課程的教學，除了讓學生學習理論知識之外，更應在案例分析過程中，分析歷史和現狀，增強學生的民族自信和文化自信，同時挖掘學生的創新思維，引導學生樹立打破壟斷，向高端食品加工裝備進軍的信心。

4 系統案例在線上線下混合教學課堂中的實施

系統案例教學首先要明確學生的課堂主體地位，而教師則起到掌舵引領作用。教師負責引出案例，將知識點進行串聯，對案例作一定的講解，對重難點和理論原理進行簡明扼要的解釋，并結合實際生產的問題，引導學生對案例進行客觀獨立的分析、討論，并適當加以提示和糾正，預防學生偏離中心話題。我校實施線上線下混合式教學，線上教學以視頻錄制的理論講解為主，學生可隨時在線觀看，重復學習；線下課堂則以學生為主體，以教師輔導、學生討論和成果展示等形式為主，將課堂交還給學生。線上線下混合式教學正好契合系統案例教學的模式，不僅讓教師以最完美的狀態呈現理論教學，同時又讓課堂教學活動豐富而又活躍。圖3總結系統案例教學法在線上線下混合教學課堂中的實施方案。

圖3 系統案例教學法在線上線下混合式教學課堂中的實施方案

實施方案包含3個方面內容：一是線上教學的資料整理和視頻錄制；二是線下課堂的組織，主要包括重難點輔導、課堂討論、典型食品生產線案例分享等；三是教學情況的調查和及時反饋，并對出現的問題和不足進行改進，不斷優化系統案例內容。

5 教學效果的追蹤評價

教學效果評價是依據教學目標對教學進行價值判斷并為教學決策服務的活動，是反映某種教學質量而建立的系統考核機制[7]。為更好進行教學效果評估和學生考核，在“食品機械與設備”課程的課堂中，強化即時反饋和過程考核，采用線上開放式話題留言、線下小組討論、課堂展示等多形式多類型的考核方式，將追蹤教學評價和雙向評價相結合，建立過程性評價體系，時刻關注學生的學習效果和學生對教學的評價。

在教學評價反饋上，借用線上教學工具，根據現代大學生適應的網絡交流，建立學生評價反饋平臺，及時了解學生對每次課堂的意見和建議。通過反饋，教師及時調整和優化案例內容，靈活把握課程的進展，達到教學相長的目的。

在過程考核方面，引入學生評價和教師評價相結合的方式，建立過程性評價體系，共同構成學生的過程考核成績（表1）。此外，通過附加成績的獎勵形式，鼓勵學生積極參與到課堂活動和課外開放性實踐，如根據生產需要設計食品生產線，并根據所學內容，制定設備選型等方案，由此達到良好的教學效果。

表1 教學效果過程評價體系的組成

6 結語與展望

系統案例教學法作為一種新的教學方法，在新形勢下很好地契合線上線下混合教學模式，也對教師提出更高要求。“食品機械與設備”課程中應用系統案例教學結合線上線下教學模式是一項系統改革工程，從改革現狀、改革思路、方案集成、考核評價4個方面系統闡述“食品機械與設備”課程的教學改革與探索，探討新形勢下食品機械與設備課程教學新思路和新方法，培養食品科學與工程專業學生的工程實踐能力、創新能力和綜合素質為目標，取得良好教學效果。

然而，在系統案例教學過程中，還存在案例涉及范圍過大、側重點不明和重復利用等問題，因此，系統案例中涉及的重點、難點和關鍵點如何被有效、合理地掌握成為關鍵。另外，系統案例教學涉及跨章節教學，如何有效拆分案例，合理反映各章節的側重點，并避免案例教學中的重復內容，需要教師有豐富的教學經驗和很強的綜合能力。在今后教學中，需要對這些方面不斷進行優化和完善，提高系統案例教學法在“食品機械與設備”課程中的教學效果。