基于創新能力培養的“食品工程原理”實驗教學改革探索與實踐

宋樹杰，趙武奇，張清安

（陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安 710119）

0 引言

“食品工程原理”涉及知識面廣，是食品科學與工程專業一門重要的基礎課程。其實驗課程是連接食品工程原理理論知識與實踐應用環節的紐帶。與其他食品類課程實驗不同，“食品工程原理”實驗課程屬于工程試驗范疇，具有顯著的工程應用特點[1]。其基本任務是加深學生對食品加工單元操作的理論知識掌握，提高其綜合分析能力，培養創新思維、工程素養及動手操作能力。傳統教學模式下，實驗教學通常依附于課程理論教學，存在著實驗內容簡單無系統、教學形式單一、學生按部就班完成既定實驗操作及報告、學生缺乏實驗興趣和創新動力等問題，學生的綜合分析能力、創新思維及工程素養培養方面存在明顯不足[2]。針對以上問題，如何在“食品工程原理”實驗課程教學過程中，實現提高學生學習的主動性、重視創新與實踐能力、提高工程素養，培養創新型專業人才的目標，成為其實驗課程教學改革成敗的關鍵。

據此，在結合“食品工程原理”課程特征及教學實例的基礎上，從任務驅動式教學設計、項目模塊化教學、強調結果分析與討論、探索多樣結果、合理的成績評價體系等方面進行探索和實踐，為提高“食品工程原理”實驗教學質量和創新型人才的培養奠定基礎，滿足“新工科”背景下工科專業學生全面發展的要求。

1 基于創新能力培養的“食品工程原理”實驗教學改革

1.1 設計任務驅動式實驗教學

任務驅動式教學模式是以學生為中心，將一個相對獨立的任務項目交給學生，強調培養學生獨立完成任務的能力[3]，可激發學生的學習動力及興趣，培養其獨立思考及綜合分析能力。任務驅動式教學模式的關鍵在于任務的設置與完成，以任務的完成結果檢驗和總結學習過程。例如，干燥速率曲線的測定實驗中，傳統的干燥實驗只進行某一種物料的干燥，缺乏不同干燥類型間的比較與分析。利用任務驅動式實驗教學設計的方法，教師選擇不同的物料，分配于不同學生組別，完成不同干燥方式（恒速干燥、降速干燥、升速+降速干燥）的測定，學生需要根據不同食品物料的速率曲線，對實驗數據進行綜合分析。實驗結束后學生需要回答2 個問題：①相同干燥方法不同物料間的干燥速率曲線有何差異，如何解釋；②同種物料、不同干燥方法的干燥速率曲線是否有差異，如何解釋。在問題啟發情境下各種問題也會隨之而來，如“物料的狀態是否影響干燥速率曲線”“不同干燥方式是否可聯合干燥”等。以問題作為啟發點，設計任務探究驅動式實驗教學模式，適當增加實驗的靈活度、難度和挑戰度，激發學生學習興趣，可強化創新思維及工程素養，提高復雜問題的分析與解決能力。

1.2 模塊化實驗項目

“食品工程原理”實驗內容緊密聯系生產實際，具有典型食品生產過程中“單元操作”特點[4]。因此，可以將“食品工程原理”實驗的“單元操作”整合為工程項目，將學生分成不同的項目組，讓每個項目組學生自行查閱相關資料，然后組內溝通合作完成項目，包括實驗項目選擇、實驗方案設計、實驗步驟給出、獨立完成實驗操作、現象觀察及數據記錄及結果分析與討論，最后獲得研究結論及報告。例如，精餾塔實驗中，模塊化“酒精蒸餾單元項目”。學生分組后，根據“食品工程原理”精餾塔知識的掌握，自主設計精餾塔的結構及操作流程，并計算部分回流或者全回流條件下的總板效率，并進行組別之間的比較，分析不同總板效率間的差異原因。

1.3 強調實驗結果分析與討論

課前的實驗預習并撰寫報告是實驗按時、高質量完成的關鍵。理解“食品工程原理”實驗的目的與意義，掌握實驗基礎技能與方法，分析實驗成敗的關鍵點等，是學生實驗前必須搞清楚的方面。因此，實驗前安排學生輪流講解此次實驗的內容與關鍵點，然后進行簡單討論及教師必要提示與補充，并做出點評。通過實驗前的預習準備，可有效減少實驗盲目性，亦可強化思維訓練。通過實驗實踐表明，課前預習越充分，實驗越不易出錯，操作越順利，實驗結果也更加符合預期。即使由于偶然因素等原因，學生的試驗結果與預期有差異，由于前期準備充分，也可以做出較為合理的解釋。同時，在實驗教學過程中，教師需巡回糾正學生的錯誤操作，并提醒學生觀察并及時記錄實驗中遇到的各種問題及操作細節，為實驗結果分析和判斷提供依據。

“食品工程原理”實驗通常具有的不確定性，如氣列管換熱實驗的實驗結果通常會出現傳熱系數隨著天氣變化的情況，其具體原因為何？按照常規實驗安排，相同的實驗條件得到的結果應該相同。因此，在實驗完成后開展課堂討論，讓學生判斷實驗結果出現差異的原因。實驗后的課堂討論激發了學生深入探討實驗問題的興趣，培養了細致嚴謹的實驗習慣，鍛煉了分析問題和解決問題的能力，也讓學生深入思考了實驗操作、實驗現象及結果間的因果關系。實驗報告中也要求學生要重點寫作結果與討論部分，挖掘實驗數據的規律和特點，實現實驗現象到理論的提升，對理論知識的掌握得到升華。

1.4 探索“試錯法”實驗教學

“食品工程原理”實驗緊密聯系食品工業生產實際，因此操作相對復雜，常出現實驗結果不符合預期，甚至出現無結果實驗失敗的情況。這種情況會造成學生出現心理挫敗感，嚴重影響學生參與實驗的積極性。例如，恒壓過濾實驗中，由于濾液影響因素較多，導致濾餅無法形成，最終導致恒壓過濾失敗。傳統教學模式中，多提倡“正確結果”的理念，導致學生不能認識實驗過程中“不正確”“不正常”的實驗結果及數據。對此，教師應鼓勵學生勇于接受“不正常”的實驗結果，如實記錄實驗結果及數據。根據“不符合預期”的實驗結果，只要給出科學合理的解釋，不會影響成績，甚至得到更高的成績。因此，培養學生實事求是、嚴謹的科學研究態度。通過這種類似“試錯法”的實驗教學模式，加深了“不符合預期”的實驗印象，從深層次激發了學生的實驗興趣。而正確面對“不正常”的實驗結果也是培養學生獨立思考、自主創新的有效途徑。

1.5 建立合理的成績評價體系

學生實驗課程的成績評價是課程模式改革的重要組成部分。成績評價體系需客觀反映學生的綜合實驗能力，還要與教學模式結合發揮考試的導向作用。“食品工程原理”實驗由平時成績（60%）和實驗報告成績（40%）2 個部分組成。平時成績主要包括3 個部分：①實驗預習及講解情況（10%）；②實驗操作（20%），包括實驗操作熟練程度及態度；③課堂表現（30%），包括簽到情況、課堂參與度及實驗問題的發現及分析情況等。實驗報告，包括報告寫作的規范性、實驗結果數據的真實性、結果討論分析的科學性及獨立性、實驗問題及其解決的針對性，還包括課程總結，學生按照分組總結全部實驗，并于課上進行匯報展示，重點講解問題及解決方法、心得等內容。成績評價采用多元化過程性評價制度，監督指導學生嚴謹認真地做好每一個實驗，形成良好的實驗習慣及工程素養。

2 結語

分析傳統“食品工程原理”實驗教學在激發學生實驗動力、提高其綜合分析能力、培養創新思維、工程素養等方面存在問題的基礎上，在結合“食品工程原理”實驗教學課程特征及教學實例，從任務驅動式教學設計、項目模塊化教學、強調結果分析與討論、探索“試錯法”教學、建立合理的成績評價體系等方面進行探索和實踐，為提高“食品工程原理”實驗教學質量和創新型人才的培養奠定基礎，滿足“新工科”背景下工科專業學生的全面發展的要求，促進創新型工程人才的培養。