“以學為中心”的“食品工程原理”課程教學改革與實踐

王寶貝，林孌，郭鳳仙，陳培琳，李琳,，陳洪彬

1.泉州師范學院海洋與食品學院（泉州 362000）；2.華南理工大學食品科學與工程學院（廣州 510640）；3.東莞理工學院化學工程與能源技術學院（東莞 523808）

隨著我國經濟的蓬勃發展，工程科技創新和產業創新人才的培養成為新時期國家“新工科”建設的核心目標[1]。食品工業是我國國民經濟和民生保障的重要支柱產業。食品產業鏈的延伸和拓展、食品工業工程化制造的革新和應用亟需大量新型工程科技人才的支撐，致使食品新工科建設迫在眉睫[2]。新工科建設在產業轉型升級和區域經濟發展中起著至關重要的作用。因此，培養既有扎實理論基礎和專業素養，又能將理論知識應用于實際生產中的應用型卓越工程人才成為食品專業新工科建設的重中之重。

“食品工程原理”是食品科學與工程專業的一門專業基礎課程，是后續“食品機械與設備”“食品工藝學”等專業課程的先修課程，是由理及工的關鍵所在。該課程涉及的動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞“三傳”原理和工程性問題與食品產業生產第一線息息相關。因此，課程在食品工程創新人才培養中起著承前啟后和由理及工的重要紐帶作用[3-4]。本文旨在通過介紹泉州師范學院“食品工程原理”課程近年來將“以學為中心”的教學理念融入教學過程進行教學改革與實踐的案例，希望能對同類課程的教學實踐改革提供參考。

1 “食品工程原理”授課過程存在問題

“食品工程原理”課程旨在培養學生的工程觀點和工程意識，使其掌握良好的工程學習方法、培養學生的自主學習及終身學習能力。課程涉及“高等數學”“大學物理”“物理化學”等先修課程的內容，具有知識點繁多、理論原理抽象、工程性和綜合性較強等特點[5]。長期以來課程教學效果不太理想，其原因主要有幾方面：課程本身涉及抽象的理論和枯燥的工程問題，學生學習興趣不大；學生基礎知識薄弱，對課程產生畏學現象，自主性不強；教學多采用以教師為中心的講授式，忽視學生在教學中的主體作用，學生的學習積極性不大；學生課前不預習、課上聽不懂、課后不復習，惡性循環進一步產生厭學情緒。要打破這種僵局，亟需一種新的教學模式來提升課堂內涵，激發學生的興趣、調動學生自主學習的積極性，進而實現課堂由“低階”向“高階”的轉變。

2 教學改革思路

“以學為中心”的教學理念旨在將“以教師為主體”的教育模式向“以學生為主體”的教育模式轉變，最大限度地激發學生的求知潛能，提高學生的學習積極性和創造性，進而提高教學效率[6-8]。課程將“以學為中心”的教學理念融入“食品工程原理”的教學過程中，以期提升學生對課程的興趣，調動學生的主觀能動性，實現自主學習，從而提升授課效果。具體措施包括：針對學生基礎知識薄弱、畏學的情況，借助線上教學平臺引導學生預習，提高預習效率；在教學中融入案例教學，幫助學生理解抽象理論；同時結合教學案例引入思政元素，將立德樹人的根本任務適時融入課程教學；通過思維導圖作業引導學生主動思考并及時歸納總結知識點；通過小組作業培養學生自主學習能力、團隊協助能力；強化過程性考核，公平公正地評價學生學習效果。

2.1 線上平臺預習輔導，實時掌握動態學情

在線開放課程極大拓寬教學時空，教師不再受時空限制，能及時為學生提供多種形式的輔導，這在很大程度上彌補專業課時有限帶來的問題。鑒于課程涉及的理論較為抽象、工程性問題復雜，課前預習能很好地幫助學生提高課堂效率，讓學生“聽得懂”。然而，絕大部分學生在課前都無法做到主動預習。因此，課程借助超新星學習平臺在授課前一天發布授課內容和課件，并將主要的知識點整理成課前作業，引導學生帶著問題“預習”。通過課前作業的完成，學生對課堂內容有了初步認識，在一定程度上克服學生的畏學心理，提高學生課堂參與度。此外，線上課前作業還能幫助教師及時掌握實時學情，教師可以根據課前作業的完成情況，在課堂上有針對性地深入講解易錯的知識點，以提升授課效果。

2.2 案例教學，激發學習興趣，融入思政元素

興趣是最好的教師，對于工程性較強的“食品工程原理”，可以采用案例增加課堂的趣味性，提高學生的學習興趣[9-10]。在授課過程中，根據實際教學需求引入一些常見現象（生活案例），把抽象的問題形象化，通過案例剖析引導學生主動參與課堂討論，進而引出解決問題所需的理論知識，以激發學生的學習興趣，讓學生在輕松愉悅的氛圍中掌握知識。還可列舉工程應用實例，提出需要解決的問題，讓學生以“解決問題”為導向展開學習，提高學生解決實際工程問題的能力。課堂上還要注意結合啟發式、討論式的教學手段引導學生思考、利用所學知識解決實際問題。比如，在講解能量守恒與伯努利方程時，可用歷史上著名的“奧林匹克”號和“豪克”號相撞的故事作為課堂導入，播放短視頻，與學生圍繞“引起兩船相撞的原因”展開討論，引入課堂的主題內容——流體流動的能量守恒。與學生討論生活中還有哪些現象跟流體能量守恒有關，如動車靠站時站臺旁的黃色警戒線、飛機起飛的原理等，引導其用所學的理論知識去解釋身邊的現象（圖1）。又如在講解蒸餾單元操作時，可通過播放一段白酒釀造的短視頻作為課堂引入，通過剖析短視頻中白酒提純的技術原理，引申到課程重點蒸餾分離純化的本質是利用液體混合物中各組分在一定溫度下揮發能力的差異，通過加熱使得混合物形成氣液兩相，各組分在兩相中濃度不同，從而實現混合物的分離。

圖1 流體流動能量守恒案例示意圖

“課程思政”是將思想政治教育融入專業課、通識課的教育實踐活動。將思想政治教育有機融入專業知識教學中，有助于引導大學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀[11]。早在2017年教育部就在《高校思想政治工作質量提升工程實施綱要》中明確指出，應大力推動以“課程思政”為目標的課堂教學改革，梳理專業課程所蘊含的思政教育元素，融入課堂教學環節，實現思想政治教育與知識體系教育的有機統一[11-12]。課程思政講究的是“潤物無聲”的方式，案例教學過程是融入思政元素的一個很好載體[13]。如在介紹我國白酒釀造技術案例時，可引導學生了解我國釀酒技術、白酒純化技術等的發展歷史。向學生展示我國古代食品科技的成就，提升學生民族自豪感，強化學生愛國情懷。此外，白酒的制作需要經過多次的蒸餾、調配才能完成，這其中免不了繁瑣的工藝設計和反復驗證計算，此處可以凝練出不忘初心、努力學習、求真務實、培養工匠精神等思政元素。

2.3 思維導圖作業——引導學生主動思考，及時歸納總結

思維導圖是由英國著名學者Tony Buzan于20世紀70年代提出的一種組織思維的工作方式，有助于將復雜分散的知識點條理化，幫助學生快速掌握整個知識架構、提高學生的學習效率和學習興趣，進而提升課堂教學效果[14-15]。雖然每節課教師都會將上一節課的重點難點與學生共同回顧一遍，但短暫的回顧不足以讓學生完全掌握所學知識點。鑒于課程學時有限，且學生的學習主動性不夠。課程引入思維導圖作業，在每個章節授課結束后，讓學生以作業的形式圍繞章節內容的理解繪制一份思維導圖。學生在完成思維導圖作業的過程中，必須對章節內容進行回顧、深入理解并對知識點進行分類布局，這是一個對知識點深入理解和融會貫通的過程，有助于學生對各個知識點進行梳理、分類總結并強化記憶。該過程讓學生在完成被動的作業中融入主動的思考，引導學生更加深入和透徹地理解課程內容。完成一份思維導圖作業就是完成一次思維的訓練。

2.4 小組作業——培養學生團隊協作能力

小組合作式學習（team-based learning，TBL）是由美國Michaelsen教授提出的一種新的教學方法。該方法提倡學生以團隊形式，根據教師提出的任務，自主完成資料檢索、課題討論，進而提出解決方案。TBL教學法不僅可以激發學生的學習興趣、調動學生的主觀能動性，還可以培養學生的自主學習能力、團隊協助能力[14]。因此，課程在介紹完動量傳遞、質量傳遞、熱量傳遞三個主要理論及相關的單元操作后，采用團隊教學法讓學生自由組隊完成一項小組作業——介紹一種與食品工程原理“三傳”相關的案例。學生從選題、資料檢索、課件制作到上臺匯報、現場回答提問等每個環節都需要團隊成員共同溝通協商、分工合作。團隊要完成好該項任務，需要團隊成員主動深入學習課程的相關理論知識，才能基于科學原理分析與解釋其所選擇的案例。為最大限度調動學生的積極主動性，小組作業成績除了教師評分外，還引入組間評分和組內評分。組間評分要求每個小組給其他小組打分，組內評分則是小組成員給其他成員打分。這可以有效防止個別學生的“摸魚”行為，也能夠引導學生認真聽取其他小組的匯報，不只是專注于自己的匯報。表1列舉2021級學生小組作業選題。從表1可見，小到餐桌上的餃子、吸管，大到水力工程，學生都可以發現其中與流體流動、傳熱相關的原理。雖然選題中不可避免地出現部分重復，但是每個小組介紹的側重點不同，故而影響不大。此外，從多個角度分析類似的案例，正是考驗學生發散性思維的一個很好機會。

表1 小組作業選題

2.5 建立健全考評體系，強化過程性考核

“以學為中心”是學生自主學習的過程，需要建立多元化的考核評價體系，加強對平時學習過程考核比例，才能更加客觀地考評學生學習效果、促進學生自主學習、提高學生綜合能力[7]。課程改革將過程性成績占比提高到總評的50%，并將過程性考核細化為課堂表現（15%）、個人作業（15%）、小組作業（20%）3個部分，實現對學生知識和能力的全面考查。其中小組作業進一步分為教師評分、組內評分、組間評分。課堂表現成績主要是對學生學習態度的考查，除了出勤外，還包括學生的課程參與度。課上參與討論、回答問題的學生給與適當加分鼓勵。為促進學生主動參與，學期初將列入過程考核的教學環節或內容向學生公開，并且在課程進行中定時在學習群中公布過程性成績，以便讓學生心中有數并積極完成學習任務。

3 課程教改成效分析

3.1 課程成績提高

將教學改革措施在2020級和2021級食品科學與工程專業授課過程中實施后，課堂氛圍從鴉雀無聲變得活躍起來。課堂上的提問、討論環節，學生都能踴躍參與并積極發表自己的看法。特別是在進行小組作業匯報時，演講小組與臺下學生展開激烈的討論交流。近3年“食品工程原理”課程期末考試情況如圖2所示。在試卷難度相當的情況下，改革前（2019級）期末考試不及格率達96.4%，平均分僅為41.7分。教學改革實施1年后，課程的不及格率降至56.0%（2020級），平均分增至56.7分；教改實施第2年，2021級的不及格率進一步將降低至8.8%，平均分增加到72.1分。同時，經過改革后，課程的優良率（80分以上）從改革前的0提高到3.6%，第2年度進一步提高到26.3%。由改革前后學生學習成績分布變化可見，“以學為中心”的教學改革措施在實踐中取得一定成效，且第2年度的成效比第1年度更為顯著。這可能是由于經過一輪的實踐之后，教師能夠熟練運用各項教學改革措施，并且在第一輪教改的基礎上對教學案例和教學內容的設計提升、課件的完善等工作進一步改善和提升教學效果。

圖2 改革前后學生成績對比

3.2 學生滿意度調查

期末結課時，讓參與該課程的學生匿名填寫調查問卷，從學生的角度評價改革措施的成效。分別對2020級和2021級學生發放問卷，分析結果如表2所示。關于線上教學平臺發布課前作業的措施，2個班級中認為課前作業對提升預習效率和課堂學習效果很有幫助的學生分別占52.94%和35.71%，認為有幫助的學生占47.06%和62.86%。對于案例教學措施，100%的2020級受調查學生及95.71%的2021級受調查學生認為有助于激發其學習興趣、幫助理解抽象的知識點。此外，2個班級均有超過90%的學生認為思維導圖有助于督促其主動對課程內容進行歸納總結、加深對知識點的理解和記憶。可見，絕大多數學生對在“食品工程原理”課程中采用線上平臺布置課前作業、案例教育、思維導圖作業等“以學生為中心”的教學改革措施持肯定態度。然而，從調查結果發現學生對小組作業效果的評價明顯低于課前作業和案例教學。2個班級分別有8.82%和15.71%的學生認為小組作業對提升團隊協作能力、語言組織表達能力，以及提升資料檢索、分析問題、解決問題的能力并沒有幫助。2021級的學生對小組作業在這兩方面的效果認為沒有幫助的分別為15.71%和10.00%。這可能是由于小組作業的完成要求學生自主探究、研討和合作，這對學生提出更高的要求，學生需要自主查閱資料、整理思路、學會溝通與互助。在實際執行過程中，有少部分學生合作不主動、參與度不均衡。如何把所有學生的興趣調動起來，讓其主動參與學習，這需要進一步努力。

表2 學生對教改措施的評價

4 結語

將“以學為中心”的教學理念融入“食品工程原理”的教學中，有助于提升學生的主動思考能力和實際動手能力，提高學生的學習積極性和創造性。課前預習輔導，掌握動態學情，及時調整教學方法指導后續教學。采用案例教學、思維導圖和小組作業，激發學生學習興趣、促進學生自主學習、加深知識的理解和記憶、提升團隊協作意識等。提高過程考核比重，科學測評學習效果。這其中，如何調動學生的積極性，對任課教師提出更高要求。任課教師需要在資料檢索、案例搜集、分析、整理等方面投入更多的精力。思政元素的融入要求做到潤物無聲才能起到意想不到的效果，也要求任課教師傾注心血對教學內容進行精巧的設計。