新工科和工程教育認證理念下“食品機械與設備”實驗課教學的改革與實踐

王標詩，楊勝遠，胡小軍，彭元懷，張世奇，劉淑敏，江 敏

（嶺南師范學院 食品科學與工程學院，廣東 湛江524048）

工程教育認證是國際通行的工程教育質量保障制度，目的在于確保工程教育質量達到預期目標，為相關工程技術人員提供進入社會市場前的教育質量提供一定保證[1]。工程教育專業認證也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[2]。2016年6月，中國工程教育認證機構正式加入《華盛頓協議》，成為第18位正式成員。自從我國開展工程教育認證以來，教學模式從傳統的以教師為中心逐漸轉變為以學生為中心，以學生的知識、能力和綜合素養等方面綜合提升作為產出指標，為我國培養了眾多的高素質應用型復合人才[3]。中國工程教育認證的主要目標是通過專業認證來確保工程教育的質量、促進工程教育改革使其高質量發展，其主要目的是培養學生解決復雜工程問題的能力、提高學生工程設計能力[4]。

為主動應對新一輪產業變革與科技革命，支撐服務創新驅動發展和“中國制造2025”等系列國家重大戰略部署。2017年2月以來，教育部聯合各部門積極推進“新工科”建設，形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等系列文件，全力探索工程教育的中國模式、中國經驗和中國智慧，助推我國高等教育強國建設[5-6]。“新工科”的提出主要是針對傳統的工科建設存在的弊端進行改革使其適應新時代經濟發展對人才的需求，同時也推動了中國新時代高等教育人才培養模式的變革。開展新工科建設是構建國際競爭的新優勢，是服務國家戰略發展的新需求，同時也是落實高校立德樹人的新要求[7]。

“食品機械與設備”是食品科學與工程專業的一門核心課程，該課程主要介紹食品加工中常用機械設備的基本原理、結構、優缺點、操作基本要點和注意事項等，其課程目標體現了食品科學與工程專業在工程能力培養方面的要求，是一門理論與實踐并重的專業課程。該課程不僅有助于學生掌握食品工程基礎理論和知識，而且在學生進行綜合技能訓練（如畢業設計等）和創新能力培養方面都發揮著舉足輕重的作用。在新工科建設和工程教育認證的大背景下，對“食品機械與設備”課程理論教學與實踐教學進行改革勢在必行。筆者從事“食品機械與設備”課程教學工作10年有余，對該課程教學進行了一些探索性的改革和嘗試，并在教學實踐中取得了良好的效果，對提高學生解決復雜工程問題能力有很大促進作用。

1 “食品機械與設備”實驗課程現狀及弊端

學校自建立食品科學與工程專業以來，重視專業課程特別是核心課程的建設工作，但是由于受到主客觀因素的限制，在“食品機械與設備”教學過程中，理論課教學做了很多嘗試和改進，取得不錯的效果，但在實驗教學環節，還存在實踐環節重視不夠、學生工程能力培養弱和實驗考核要求不高等一系列問題。

1.1 實踐教學環節重視不夠

學校食品科學與工程專業建設初期，由于受到實驗場地和儀器設備等條件的限制，“食品機械與設備”教學主要是以理論教學為主，整個課程學時為48學時，實驗學時僅為8學時，嚴重影響學生對食品機械與設備的深入認識和全面理解，由于很難接觸到具體機械設備導致學生學習積極性和熱情不高，學習效果也明顯不好。對有志于從事食品機械與設備相關工作的學生來說，如果并不能很好地把學到的理論知識和實際的食品機械操作結合起來，面對企業大型的食品機械與設備不知所措，難以操控。

1.2 學生的工程應用能力培養較弱

傳統的“食品機械與設備”課程中注重食品機械理論知識的學習，忽視了具有較強工程應用性的實驗課程教學，實驗學時較少。學生在僅有實驗課中接觸到食品機械與設備特別是系列配套設備的機會非常少，對相關設備的運行和操作知之甚少，難以達到其工程應用能力培養的目的。

1.3 實驗課的考核要求不高

“食品機械與設備”課程考核最初是全部理論考核，之后隨著實驗條件的改善，增加了部分實驗課內容，但增加的實驗學時較少，而且實驗課實驗項目一般由實驗課指導教師根據實驗室現有的儀器設備情況具體指定某個實驗內容。上課時實驗指導教師先講解實驗目的、原理、步驟等相關問題，之后由學生按實驗步驟操作完成實驗內容，最后撰寫實驗報告。學生只是被動接受，主動性不夠。考核成績由平時成績、實驗成績和理論考試3個部分組成，實驗成績占比較小。而實驗成績主要以實驗報告成績為主，這種單一的實驗考核方式存在著很多缺陷。一是忽視了過程評價，導致學生只重視寫實驗報告，忽視了實驗過程的學習；二是忽視了實驗操作訓練，這種重結果、輕過程，重知識、輕能力的實驗考核方式達不到應有的效果，不利于充分調動學生的主動性和積極性。

2 “食品機械與設備”實驗課程的改革與實踐

在新工科和工程教育認證的大背景下，食品科學與工程專業課程改革迫在眉睫，需要對相關課程進行調整和優化，作為核心課程的“食品機械與設備”也不能例外，尤其是對學生工程能力影響較大的實驗環節，通過優化實驗內容、改進實驗教學方法、強化實驗教學考核等途徑進行改革。實踐表明，可以明顯提升學生的學習主動性和工程實踐能力。

2.1 優化實驗內容

食品科學與工程專業新的人才培養方案中將“食品機械與設備”實驗學時由原來的8學時增加到18學時，這為實驗內容的整體優化帶來操作空間。新的實驗內容包括三大模塊，即單元操作設備、中試加工生產線和校外食品企業生產參觀學習。具體單元操作內容有食品分離設備、食品粉碎和混合設備、食品殺菌設備，共6學時，其中食品分離設備主要學習板框壓濾機、離心機的操作要點及注意事項，食品粉碎和混合設備主要習膠體磨、均質機的操作要點及注意事項，食品殺菌設備主要學習板式殺菌機、釜式殺菌鍋的操作要點及注意事項；中試生產線包括果酒加工生產線和豆奶加工生產線，共6學時，主要學習果酒和豆奶生產線上用到的設備及設備組裝生產線情況，包括葡萄破碎機、榨汁機、過濾機及發酵罐、包裝機、磨漿機、水處理機等；校外企業參觀學習主要是去珠江啤酒有限公司湛江分公司或可口可樂湛江有限公司參觀學習，了解生產線設備及運行情況。同原來的實驗課內容相比，構建了單元操作到中試生產線再到實際生產線的階梯式教學內容，對學生工程實踐能力具有很大的促進作用。

2.2 改進實驗教學方法

在實驗課教學方法上，采取“線上+線下”的混合式模式，教學方式有翻轉課堂、案例教學法等[5]。首先，將實驗設備提前做成動畫或視頻的形式，借助于雨課堂智慧教學手段進行授課，課前將實驗課學習資料推送給學生，并輔以測試題，要求學生進行提前預習和完成相關測試，測試不達標則不能上實驗課；授課時，采取現場教學和雨課堂互動教學相結合的模式，教師打開單元設備外殼為學生講解設備的內部構造，使學生直觀地了解設備的結構和工作原理，如在講解板框壓濾機時，打開濾板、濾框和濾布等，講解其構造和工作原理，學生有疑問則可以采用“彈幕+投稿”方式進行提問，教師再進行答疑，最后由學生自己動手操作設備，了解設備的運行過程。為強化學生的實際解決問題能力，在具體設備中設置小故障雷區，讓學生通過排雷的方式找到故障，使設備得以正常運行；課后教師就實驗課內容推送相關作業，讓學生進一步鞏固實驗課相關知識。這些操作都可以用手機完成。最后，學生再完成相關實驗報告。

校內中試生產線的教學與單元操作類似，如豆奶生產線，包括從原料清洗破碎到混合均質再到高溫瞬時殺菌和無菌灌裝等與實際生產基本一致的全流程設備，滿足培養學生工程實踐能力的需要，提高了學生的工程素養。校外企業參觀主要借助于案例教學、啟發式教學等手段，參觀前通過雨課堂推送相關企業資料和企業生產線相關內容，選取合適的案例引入，并提出跟生產實際相關的問題，如參觀可口可樂有限公司，可提出玻璃瓶罐裝和塑料瓶罐裝有何差異等問題，讓學生帶著問題去企業找答案，學生在參觀過程中也可以向工廠技術人員直接詢問設備和生產線相關問題。

由于實驗課教學學時有限，完全依賴于實驗課難以達到較為理想的效果，還可以利用課后等時間輔助教學，考慮將教學時長貫穿在整個課程學習期間。筆者通過建立微信群和QQ群為學生與教師線下實時溝通提供了的渠道，教師將課件、動畫、視頻、作業等及時發布到微信群和QQ群里，學生在課程學習期間遇到的問題可隨時到微信群和QQ群里進行咨詢和討論，教師和其他學生都可以對問題進行討論和解答，這大大提高了學生主動學習、分析問題和解決問題的能力。

改進實驗課教學方法，使學生的學習積極性大大提高。教學改革后效果明顯，學生主動性很高，學生會主動分享學習心得體會，參與其他學生問題的討論。這大大提升了學生的學習興趣和動力，學生對相關知識點的把握也更為牢固，并且能及時將所學知識運用到解決實際工程問題上，減少了學生的理論知識與具體實際應用脫節的現象。

2.3 強化實驗教學的考核

實驗課程的全過程考核，是對學生實驗態度、操作水平及綜合運用所學知識解決實際問題能力較為全面的評定，其考核結果能真實地反映出學生對實驗課的學習和掌握情況。為了全面科學地評價學生對實驗課的掌握情況，應建立多元化的考核機制，注重學生學習全過程考核。“食品機械與設備”實驗課程學時為18學時，實驗課程考核占比為30%。在實驗課程考核過程中，除了平時出勤率、課堂參與、實驗預習、實驗操作、實驗報告外，還增加了課程設備選型小環節，就某一食品加工生產線，學生通過實際調查、物料核算等對單元操作的設備進行選型和論證等，這個過程強化了“食品機械與設備”課程的理論，并從設備選型中得到了工程實踐能力的提升。經過改革后，“食品機械與設備”實驗課程總成績包括如下幾個部分：實驗報告占20%，實驗操作占20%，課程設備選型占20%，課前預習和測試占20%，平時上課出勤和參與課堂討論占20%，這很好體現了全過程的考核理念，取得了預期的效果。

3 結語

“食品機械與設備”實驗課程具有很強的實踐性和突出的工程應用特征，為適應新工科和工程教育認證的要求，在實驗課程教學改革中，貫徹以學生為中心、成果導向和持續改進的教學理念。結合多年教學經驗與實踐體會，對“食品機械與設備”實驗課教學內容、教學方法和實驗考核等方面進行大膽改革，探討新工科和工程教育認證理念下“食品機械與設備”實驗課程教學新思路和新方法，強化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，實踐表明，通過改革取得了良好的教學效果。