“三多四階”食品專業實踐教學模式探索

馬磊，劉尊英，李振興

食品科學與工程學院 中國海洋大學（青島 266000）

在當今全球化新趨勢下，多元化、創新型人才成為推動社會進步和發展的主體力量。開展“新工科”建設是構建中國特色、世界水平的工程教育體系，打好提升質量、推進創新人才培養機制攻堅戰的重要舉措[1]。“民以食為天”，食品工業是古老且永恒的常青產業，食品科學與工程這一工科專業肩負著為食品企業和社會培養食品工程師的重要責任，是我國“卓越工程師教育培養計劃”中的重點專業之一[2-3]。我國全力推進創新驅動發展和“中國制造2025”等重大戰略，對工程技術人才提出了更高的要求，迫切需要利用現代教育技術推動人才培養模式改革創新，培養造就一支知識結構、專業素質和綜合能力俱佳，能在未來食品專業領域發揮作用的創新型人才，對學校人才培養、社會服務及產業發展皆具有深遠意義[4-5]。

為了實施滿足工程教育認證的課程目標，自學生入校起，通過專業教育，潛移默化地將設計的思想貫穿至整個四年大學學習中[6]。依托課程組所在的食品科學與工程學院在水產品貯藏與加工國家級重點學科的特色優勢和食品科學與工程專業的綜合優勢，文章重點從主干課“食品工廠設計”實踐教學環節出發，構建了較為完善的工程設計實踐課程體系和管理模式，在強化工程意識、培養學生解決復雜工程問題的能力等方面進行了有益的探索，為相關實踐教學改革提供思路。

1 實踐教改的迫切需要

目前，食品專業的人才培養模式普遍存在“重科學研究輕工程技術、重傳統科學輕創新創業、重理論學習輕實踐實習”的問題[7]，這導致理論教學和實踐訓練未能緊密結合，使得食品專業人才掌握的理論知識與實際生產之間脫節，儲備知識與食品工業發展趨勢脫節，無法滿足食品行業發展的強烈需求。

“食品工廠設計”是食品專業實踐性很強專業核心課程，涵蓋內容廣泛，包括“食品機械與設備”“食品工藝學”“食品安全法規”等食品相關課程。要求學生掌握食品工廠設計的程序及相關設計通則，能夠針對食品生產復雜工程問題的解決方案明確設計目標，開展可行性論證，確定工藝方案，通過工藝計算，能夠進行設備選型，并在設計環節培養創新意識，綜合考慮市場、社會、健康、安全、法律、文化、環保等因素，培育學生的設計理念并鍛煉一定的項目管理能力。然而，大學生尚未踏入社會，缺乏工程經驗，對項目現場的問題知之甚少，對于如何運用所學知識來解決復雜工程問題時常無從下手。

隨著全國高校教學改革的推進，很多高校正積極引入現代教育技術，然而過度機械生硬地利用“翻轉課堂”等新興的教學手段，不僅挫敗了學生的積極性，而且無助于教學效果的改進。另外，高等院校食品專業引進的教師一般來自科研院所，鮮有工廠實踐經歷，缺乏工程教育背景的教師們難以擔當實踐教學重任[8]。加之，由于缺乏課程教學效果評價標準，尤其是過程性的評價結果，難以與課程目標建立客觀聯系，很難用于期末課程達成度評價。因此，教學模式與實際現狀脫節，無法達到理想的結果。

2 三多融合，拓展翻轉實踐

2.1 多資源——擴充案例庫，不斷豐富教學資源

現已出版的工廠設計相關教材多側重理論，實踐內容較少，更新較慢，與現實有一定差距。案例為基礎的教學方法學（Case-based learning，CBL）被廣泛采用，教師精選理論與實踐融合的典型案例，結合工業發展實際，尤其以設計單位或合作企業的生產車間設計為素材，根據不同的教學內容，運用多媒體技術穿插視頻、動畫、圖片展示，讓學生身臨其境。選取現代化工廠與落后工廠進行分析，有針對性地講解注意事項，重點講解共性問題、疑難點，引導學生遵循標準、規范自主選取設備結構、經驗公式、數據的選取等。

通過教學庫建設及教研項目的牽引，教師不斷搜集國內外先進工程設計理念及案例，為學生們打開對接國際的窗口。向學生展示往期優秀畢業設計報告的同時，引導學生分析常見的錯誤案例，結合海洋生物資源利用的特殊性，引入相關設計注意事項。學生通過文獻檢索和資料篩選的過程，提高了信息獲取能力和主動解決問題的能力，開拓了視野。除此之外，建立的題庫、案例庫等教學資源與課程目標建立聯系，形成系列評價標準表格，用于課程達成度評價，最終建立和實施滿足OBE要求的課程過程性評價體系[9]，例如，堂表現評分標準、實踐訓練評分標準、階段性設計評分標準等，實現學習活動與課程目標直接掛鉤。同時，所建立的學生課程目標自我達成評價的問卷表，更直觀反映課程教學目標的達成效果。

目前全球僅有諾丁漢大學和新南威爾士大學兩所大學開設了名為“食品加工工程”的專業，但國內外沒有類似課程。教研組通過開設國內首門具有工程特色的本科生課程“食品加工工程”，使學生系統學習相關理論基礎學習與研究、應用性加工基礎學習與研究、工程應用研究。另外，“食品制造高新技術”“現代食品工程技術進展”等課程，幫助學生深入了解食品工程前沿進展。

2.2 多導師——多師指導，實踐教學無死角

依托“食品工廠設計”課程，學生明確基本建設程序、清潔生產與末端治理、廠址選擇與工廠總平面設計、公用工程、工藝論證與衡算、設備設計與選型、車間布置設計、人員定編與投資估算等相關理論內容。由工程實踐經驗豐富的教師設計并指導實踐訓練環節，聘請企業高級工程師和建筑設計研究院的資深專家結合工廠案例及設計經驗協助指導并參與評估學生設計作品。

全院專業教師結合自身熟悉的科研現狀及生產實際，擬定工廠設計主題，供每位學生自主選題，無雷同題目。關于產品、加工工藝、生產線等選定問題，學生能從畢業設計出題指導教師那里獲取準確充分的信息或指導。學生一人一題自行設計，給設計過程中教師及時發現問題造成了一定困難，故在實踐教學管理中需要發揮師生雙角色，協調推進以學生為中心的有效教學。從確定題目開始，學生也參與題目設計，老師布置主題，學生初選，基于市場調研與細節討論，進一步確定滿足消費需求的產品形式及產量規模等。

工廠設計考核包含六個階段，即廠址選擇、工藝論證、工藝衡算、選型定編、經濟衡算及圖紙繪制。針對上述工作量較大的階段考核評估工作，專門組織以中青年教師為主的考核小組，通過線上平臺及時向學生反饋報告分階段問題。這樣即便在疫情期間，階段性學習與考核也可以有條不紊地進行。

2.3 多模式——多元化教學模式，提升學習效果

應用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，整合信息化實驗教學資源，建立包括實驗課程、綜合創新和實習實訓的三個層次的虛擬仿真實驗教學平臺，實現虛擬仿真實驗教學與理論教學、創新設計、科研促教學、實習實踐四結合，從而建設形成學生受益面大、創新性強、管理高效、示范程度高、易實現資源共享的國家級虛擬仿真實驗教學中心。

通過計算機輔助設計（Computer aided design，CAD），學生掌握了二維工程圖、三維模型圖的繪制，這期間也采取了多種實踐教學手段，邀請設計院老師為學生做培訓講座，學生可以利用網絡資源對不熟練之處加以訓練，鼓勵掌握較好的學生為全班做經驗分享，有效調動學生的積極性、參與度，并提升實操能力。

Blackboard平臺（簡稱Bb平臺）和微信交流群在實踐課程教學中也起到了至關重要的作用。教師可以在網絡平臺布置課前預習資料、教學設計、教學視頻、拓展資料、測試和作業等內容，微信交流群起到了教師和學生實時溝通的作用。課前學生通過Bb平臺和仿真平臺，學習理論知識、工藝視頻，再通過軟件模擬操作。教師通過微信交流群，結合仿真軟件關鍵控制點進行工藝講解，學生即學即用，避免灌輸式教學，提高了學習效果。課后教師通過Bb平臺對學生下達學習任務，學生根據學習任務來復習和鞏固課程內容。完成學習任務后可預約加工實訓課，之后可在實體設備上進行操作。通過預習-實驗-復習-實踐的四段模式掌握學生學習的各個環節，有效加強了教學效果的過程控制[10]。

考核評價方式注重過程性評價，降低一次性考試比例，評價學生在整個實踐過程中對理論知識的運用能力、分析問題能力、溝通組織能力。制定階段考核及最終答辯的評分標準和細則，名次位于末端5%的同學須整改后進行二次答辯。

3 四階推進，系統培養工程設計思維

實踐訓練過程不能一蹴而就，而需貫穿四年本科教學，依托各種項目形式循序漸進開展，使實踐訓練不斷迭代推進。

3.1 引導創新設計意識

強化創新創業教育，鼓勵學生不斷了解行業、深入產業并接軌社會。一年級大學生通過食育課堂、社會調查、認知實習等課程初步接觸專業實踐環節。學院每年舉辦“海洋食品創新大賽”，圍繞海洋水產食品創新研發面向全校學生征集創意。然后通過市場調研、產品創意、技術路線、包裝質保等方面對創意書進行考核，經過專家初評，經遴選的產品創意再進入產品開發階段，最終制作實物并形成研發報告。類似競賽方式促使學生了解產業創新的前世今生，尤其適合提升尚未深入接觸專業的低年級學生的學習熱情與實踐參與度。學生既可以在學院提供的公共工藝研發實驗室實施項目，也可以在各類科研實驗室進行實驗。構建“本碩聯動、師生一體”的創新實踐體系，幫助有想法的學生付諸行動。

3.2 熟悉典型單元操作

為幫助學生更好理解食品機械與設備的原理及結構，在教師的指導下，學生親手拆裝典型裝置并操作設備，盡管構件記憶并非學習重點，但這種直觀的教學方式有效幫助學生理解通透且印象深刻。另外，通過多媒體動畫演示、虛擬仿真實驗等方式擴充了單元操作的教學，使其不再受限于時空、場地等因素。

依托學院建設的省級示范工程中心，承載食品學科開展戰略性海洋動植物資源精深加工技術教學、科研任務，其主體部分中試車間擁有50余臺套中試設備[11]，方便學生深入了解從原料處理、提取、分離、濃縮、干燥、滅菌、包裝及儲運等一系列加工步驟。

3.3 強化工藝流程設計

通過專業綜合大實驗、生產實習等實踐，教師在教學設計時堅持四個結合，經典與前沿的結合、科研與生產的結合、知識傳授與價值引導的結合、教師主導與學生主體相結合，構建全過程、全方位育人的教學體系。為提高學生的自主實踐能力，教師不再手把手指導，而是為學生留出自主研發環節，充分發揮主觀能動性。

專業綜合大實驗[12]將學生創新能力培養的實驗課程內容為問題探究、方案構思和實驗實施三大模塊。以海鮮調味料生產加工研究項目中的原料分析為例，通過情景分析、問題考察，有單一的牡蠣擴展為貝類，由貝類引導到蝦類、魚類的新鮮度分析，掌握不同種類水產品鮮度的分析方法，引導學生由特殊到一般，由一般到特殊的辯證過程。聚焦學生對設計方案的構思，通過頭腦風暴、思維導圖、設計方案等方式呈現。

在生產實習中，學生不是靠照方抓藥完成實訓任務，而是通過團隊合作，從方案設定、原料篩選、工藝實施、產品評價等全方位自主完成。學生紛紛表示從類似形式的實習中受益頗多。

3.4 訓練多維全廠設計

在教師引導下，學生從不擅長不熟悉的領域開始探索，通過查閱文獻，了解地方政策與實際，分析市場現狀及前景，結合工廠設計課程鞏固理論知識，通過實習、參觀食品工廠，得到更直觀的認識。在論證企業運行中如何合理安排各類工序時，教師甚至通過樂高積木游戲等模擬方式營造沉浸式實踐模式，保證了每位同學參與思考與討論。

為秉承全面提高學生創新精神、綜合設計和實踐能力的宗旨，發揮食品科學與工程的學科優勢，充分體現實踐教學“虛實結合、相互補充”的原則，建立了“教室—虛擬實驗室—實體實驗室—企業“的本科生工程化能力鏈式培養模式。學院積極建立人才培育和工程化見習實踐基地，盡管曾受疫情影響，但堅持在學校當地及近郊開展了相關畢業實習。

“三多四階”實踐模式實施后，學生實踐訓練成績明顯提高，在各類學科類及創業類競賽中參與度和獲獎級別逐年提升，創新能力有所提升[13-15]，例如某同學在工廠設計中知難而進，創新性地設計了立體化工藝流程和車間布局，并在學術期刊上公開發表，在近年以工廠設計為主題詞的期刊中，其下載量位居全知網前列。

4 結語

相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟亟需工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才。實踐出真知，實踐教學是將專業理論知識轉化為綜合創新能力的重要途徑。通過構建“三多融合、四階推進”的食品專業實踐教學模式，有效利用國家級、省級教學科研平臺開展多元化實踐教學活動，從而使學生的國際視野得到拓拓展，工程實踐能力和創新能力得到培養。