新工科背景下食品工程原理課程教學方法改革探索

牛斌 徐超 王銀平 林順順 張艷杰

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，構成了新工科建設的“三部曲”，奏響了人才培養主旋律，開拓了工程教育改革新路徑。新工科專業要求培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。食品科學與工程是一門應用性比較強的學科，畢業生主要從事生產一線的工作，在新工科背景下，應該更加重視該專業人才實踐能力、創新能力的提高，進而為我國食品工業健康和持續發展提供人員和技術保障。

食品工程原理課程是食品類專業重要的必修課程之一，通過該課程的學習，學生能夠運用其基本理論解決食品工業生產中的一般工藝計算和常用設備的選型配套計算等工程實際問題，使學生具有過程選擇、設備操作、設備工藝設計、食品工程單元操作實驗、食品工程單元操作計算等方面的能力和初步的食品工程單元操作的創新思維能力，是連接專業與實際的橋梁。該課程的學習需要用到高等數學、大學物理等知識，也對后續工程制圖、工廠設計等課程起到了支撐作用，在整個專業學習中，起到了承上啟下的作用。因此，在新工科背景下對食品工程原理這門課程進行教學方法改革，對于提高學生專業技能、實踐能力、創新能力有著積極的作用。

1.食品工程原理教學中存在的問題

1.1課程理論性較強、內容繁瑣，學生有畏難情緒

食品工程原理課程中的大部分章節涉及很多公式定律、圖表計算等知識，如果單純死記硬背這些公式，學生記不住，并且也不能靈活運用。但是如果學生自己推導公式，就會運用高等數學、大學物理等知識，如果之前的學習沒有打好基礎，在該課程的學習中，學生就會感覺非常困難。公式推導過程環環相扣，這就要求學生整節課集中注意力，稍不注意就會導致后面的知識點聽不懂，進而自暴自棄，放棄這門課的學習。另外，由于這門課程學習內容較多、學時設置較少，老師在課堂教學中免不了講授大量知識，留給學生消化吸收的時間少，而課下學生的自律性較差，不能及時復習，或者復習時遇到不會的知識點，也不能當面問老師解決而導致復習效果不好。如果學生不能及時掌握當天的知識點，就會影響下一次課的學習，也會影響學生的情緒，進而導致整門課程學習效果不好。

1.2專業課體系設置不合理

食品工程原理課程中的一個重要內容就是介紹食品加工過程中典型設備的工作原理、構造、性能以及工藝尺寸的計算、選型等，這就要求學生對食品工藝、選用設備及其基本作用及原理有一定的了解。而在許多學校，食品工程原理這門課設在第3-4學期，食品工藝學和食品機械與設備設在第5-6學期，學生對食品加工工藝認識不夠，對食品加工了解不夠，這就導致學生表現出只會從理論角度仿照課本上例題解題、對設備結構的空間想象力差、看不懂設備圖紙、不會使用工程手冊等問題。另外，由于食品工藝學和食品機械與設備設在食品工程原理課程之后，學習在學習繁雜的知識點時，不能有效的和實踐結合。比如，學生在學習管路計算時，如果之前了解過牛奶或飲料的工藝及設備，那么在講授該部分知識時，就能調動學生的興趣，講授內容更加細致、具體，而不是簡單的紙上談兵。

1.3理論和實踐結合少，對工程素質培養重視少

實驗課程是檢驗學生是否良好掌握食品工程原理課程中理論知識的一個重要環節。正如前面所說，該課程知識點繁雜、難度較大，而課時設置少，且實驗課時遠小于理論課時，這就導致老師和學生在理論教學上花費太多時間和精力，忽略了實驗課程的學習。由于實驗條件有限，很難讓每一位學生都完整操作整個實驗，很多時候都是老師操作學生看，或者分組操作，學生只能操作一部分實驗，不能在實驗中應用理論知識，更遑論通過實驗加深對理論知識的理解及掌握程度。另外，實驗課程設置不合理，有些學校將實驗課程和理論課程分為獨立的兩部分，而不是兩者有機結合。在學完理論知識以后，立即進行相應的實驗操作，所以學生無法將理論和實踐聯系起來，理論教學和實驗教學無法起到協同育人作用。此外，食品工程原理授課老師多是高校畢業即入職的博士，沒有實踐經驗和企業實習經驗，因此在進行理論教學時，無法及時有效的和實踐相結合。

2.食品工程原理課程教學的實踐與探索

2.1引入BOPPPS教學模式，生活情景吸引學生，重點難點教會學生

BOPPPS教學模式是指將課堂教學分為6個環節，包括導入（Bridge-in）、目標（Objective）、前測（Preassessment）、參與式學習（Participatory learning）、后測（Post-assessment）、總結（Summary）。學生將在導入環節被吸引，在目標模塊中明確教學目標，完成前測部分，找出薄弱的部分，通過在課堂中進行各種形式的參與性學習縮短差距、鞏固知識。通過高效的學習完成后測部分并進行對學習內容進行吸收與總結。整個過程真正實現了以學生為主體的教學模式，發揮了學生的積極主動性。以熱傳導為例，在導入環節，引入生活實例，如為什么彈棉花會使棉被變暖？引起學生興趣，然后引入學習目標，即了解熱導率以及穩定熱傳導，然后通過討論，完成前測部分。在參與式學習中，老師講解傅里葉導熱定律、熱導率等基本定律，引導學生推導平壁及圓筒壁穩定熱傳導基本公式，通過翻轉課堂、提問搶答、慕課隨堂測驗等方式幫助學生加深理解，掌握知識。在后測環節，學生可以通過作業、測驗鞏固本節知識，然后總結反思是否掌握熱導率概念以及是否能夠熟練運用穩定熱傳導基本公式，同時找出在本次課程中不足的地方，下節課完善改進。

將BOPPPS 模式引入食品工程原理課程中，學生的注意力被吸引，學習興趣得到了激發，在課堂上的積極性被充分調動，在課堂上他們成為主導者、合作者和參與者，通過這種改革，以期對提高學生學習效果以及呈現良好的教學效果有促進作用。

2.2調整課程體系，優化課程內容

由于食品工程原理課程的學習中涉及到食品工藝學以及食品機械與設備這兩門課的一些知識，尤其是食品機械與設備，這兩門課中對食品加工過程中常用的機械設備結構及原理有相通之處，因此需要調整這兩門課的開課順序，可以在食品工程原理之前開設食品機械與設備這門課，或者兩門課同時開設，讓學生在有一定的機械基礎上學習食品工程原理，可以降低學習難度，也能夠使任課老師在講解設備原理、選型時，能夠更好的聯系實際。這兩門課的任課教師也要加強溝通，一是避免重復內容的教學；二是講授食品工程原理課程時，可以引入之前學過的食品機械與設備相關知識，喚起學生記憶，吸引他們的注意。

另外，在食品工程原理的授課過程中，可以采用線上線下混合教學，線下講授較為深奧的理論知識，線上利用視頻、虛擬仿真教學等手段，更加形象立體的向學生展示授課內容，兩者相得益彰，幫助學生理解知識，掌握應用。

2.3改善實驗條件，重視企業實踐

實驗是食品工程原理課程的一個重要且不可或缺的環節，既有利于推進學生對理論知識進行驗證和深化，又能訓練學生的動手能力。鑒于有些學校實驗條件有限，實驗設備陳舊，可以通過學院向學校反映，引進最新設備。如果無法引進設備，在現有條件下，可以采取小班制教學，保證每位同學都能在實驗課上動手操作，解決問題。同時，還應該重視實習在食品工程原理授課過程中的作用。一般食品專業學生都會安排實習，包括認識實習、生產實習等，學校在安排實習時，可以讓食品工程原理任課教師參與，提前告訴學生實習企業生產中運用到的食品工程原理相關知識，然后在學生實習的過程中具體指出該知識點的應用，幫助學生進一步理解理論知識在實踐中的應用。另外，可以通過專業技術研究班或者深入企業掛職鍛煉等方式提高教師的實踐能力，這也有助于任課老師在授課時及時將理論聯系實際，提高學生的實踐能力。

總之，在新工科背景下，食品工程原理課程教學方法改革任重而道遠，需要老師、學生、學校、企業等多方協作，最終達到為我國輸送與新工科發展下相適應的復合型卓越食品工程師的目的。

基金項目：

河南農業大學2021年教學改革研究與實踐項目（2021XJGLX065）；河南省高等教育教學改革研究與實踐項目（2021SJGLX348）。

作者簡介：

牛斌（1990-），女，博士，講師；研究方向：淀粉復合物結構功能。