基于培養(yǎng)解決CEP能力的“食品工廠課程設(shè)計(jì)”教學(xué)改革

步婷婷 劉琦 楊開(kāi)

［摘 要］ 復(fù)雜工程問(wèn)題（complex engineering problems，CEP）是工程教育專業(yè)認(rèn)證中的核心指標(biāo)。“食品工廠課程設(shè)計(jì)”是食品專業(yè)中重點(diǎn)突出CEP特征的綜合性實(shí)踐教學(xué)課程。項(xiàng)目在工程教育認(rèn)證背景下圍繞CEP的技術(shù)因素進(jìn)行了重點(diǎn)拆分，以O(shè)BE教育理念“反向設(shè)計(jì)—正向?qū)嵤掷m(xù)改進(jìn)”為核心，從擴(kuò)展內(nèi)外工程實(shí)踐資源、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、完善考核評(píng)估等方面探索了課程教學(xué)改革，以期提升學(xué)生解決CEP的能力和培養(yǎng)工程倫理教育水平，以提高對(duì)畢業(yè)要求達(dá)成的支撐。

［關(guān)鍵詞］ 復(fù)雜工程問(wèn)題；工程教育專業(yè)認(rèn)證；食品工廠課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

［基金項(xiàng)目］ 2019年度浙江工業(yè)大學(xué)課堂教學(xué)改革項(xiàng)目“食品工廠CAD輔助設(shè)計(jì)”（PX-77192583）；2021年度浙江工業(yè)大學(xué)一流課程培育課程項(xiàng)目“食品工廠設(shè)計(jì)”（PX-99214158）

［作者簡(jiǎn)介］ 步婷婷（1992—），女，北京人，博士，浙江工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院講師，主要從事食品功能因子高效制備及營(yíng)養(yǎng)特性研究；楊 開(kāi)（1978—），男，浙江寧波人，博士，浙江工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院教授（通信作者），主要從事食品科學(xué)和農(nóng)產(chǎn)品加工研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.1 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）06-0062-04 ［收稿日期］ 2022-11-01

食品工業(yè)是我國(guó)制造業(yè)中的核心支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著現(xiàn)代食品工業(yè)科技的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了大量難以采用單一、傳統(tǒng)工程方法解決的復(fù)雜工程問(wèn)題（complex engineering problems，CEP），其要素龐雜，且相互之間易產(chǎn)生沖突和非線性作用，對(duì)食品工程教育提出了新的要求和挑戰(zhàn)［1］。我國(guó)于2016年成為國(guó)際工程師互認(rèn)體系第18個(gè)正式會(huì)員，并簽署其中的《華盛頓協(xié)議》，進(jìn)而快速推進(jìn)本科專業(yè)工程教育認(rèn)證［2］。CEP是工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的核心和重要的考察點(diǎn)之一［3］。截至目前，據(jù)中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)網(wǎng)站信息統(tǒng)計(jì)，全國(guó)累計(jì)有59所大學(xué)的食品科學(xué)與工程及食品質(zhì)量與安全兩個(gè)專業(yè)已通過(guò)此項(xiàng)認(rèn)證，其中筆者所在的食品科學(xué)與工程專業(yè)于2017年首次通過(guò)工程教育專業(yè)認(rèn)證。

“食品工廠課程設(shè)計(jì)”是“食品工廠設(shè)計(jì)”的后續(xù)實(shí)踐訓(xùn)練課程，兩門課程均是食品工程專業(yè)認(rèn)證中的主干必修課程［4］，并且是除“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）”外僅有的符合CEP七個(gè)模塊屬性的實(shí)踐類課程，可以全面培養(yǎng)食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生解決CEP的能力［5］。課程組重點(diǎn)針對(duì)原課程學(xué)生學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性不高、解決CEP能力弱、指導(dǎo)教師工程實(shí)踐能力不足、過(guò)程指導(dǎo)監(jiān)督不到位、考核方式不合理等問(wèn)題，基于OBE理念開(kāi)展實(shí)施了“食品工廠課程設(shè)計(jì)”教學(xué)改革，取得了良好的效果。鑒于目前對(duì)食品專業(yè)課程培養(yǎng)CEP能力的教學(xué)改革研究類論文較少，本文可為食品專業(yè)工程認(rèn)證中的核心能力問(wèn)題提供思路及參考。

一、“食品工廠課程設(shè)計(jì)”中的CEP屬性

CEP中的技術(shù)因素強(qiáng)調(diào)解決問(wèn)題所需的專業(yè)知識(shí)及分析問(wèn)題、實(shí)踐操作及創(chuàng)新思維等［6］。“食品工廠課程設(shè)計(jì)”不僅需要“工程制圖”“食品工程原理”“食品工藝學(xué)”“食品機(jī)械與裝備”“食品衛(wèi)生學(xué)”等食品專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)，還需要結(jié)合土建、給排水、暖通、環(huán)保、工程倫理和經(jīng)濟(jì)概算等其他學(xué)科，是一門綜合性非常強(qiáng)的工程實(shí)踐訓(xùn)練必修課程［7］。“食品工廠課程設(shè)計(jì)”具備CEP技術(shù)因素的特征要素，主要相關(guān)特征歸納如下。

1.需要運(yùn)用深入的工程原理，經(jīng)過(guò)分析才能得到解決。食品工廠工藝設(shè)計(jì)是工廠設(shè)計(jì)的主體和中心，對(duì)全廠生產(chǎn)和技術(shù)的合理性至關(guān)重要，也是決定建廠費(fèi)用、產(chǎn)品質(zhì)量、勞動(dòng)強(qiáng)度的重要制約條件。在進(jìn)行水、電、氣、冷及管路等工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要運(yùn)用工程原理知識(shí)加以分析和計(jì)算，才可獲得優(yōu)化工藝。

2.涉及多方面技術(shù)和其他因素，且相互之間有一定沖突。在食品工廠設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)工藝多樣、環(huán)節(jié)多、流程長(zhǎng)、綜合性高，針對(duì)不同類型食品工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況制訂解決方案，比如在工廠選址時(shí)，需要考慮原料和物流成本，投資建設(shè)和生產(chǎn)成本，水、電、氣和勞動(dòng)力供給，環(huán)保，政策等綜合因素等，且相互間存在一定沖突。

3.受到多因素約束，各方利益不完全一致。食品工廠在廠址區(qū)域選擇、生產(chǎn)車間衛(wèi)生消毒、三廢和噪聲處理與經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)等設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，受到法規(guī)、環(huán)保、工程倫理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素的約束，需要通盤分析考慮，權(quán)衡利弊，實(shí)現(xiàn)符合法規(guī)、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的總體目標(biāo)。

4.需要發(fā)揮創(chuàng)新思維，靈活解決問(wèn)題。在食品工廠設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及工藝和非工藝設(shè)計(jì)，并非所有因素都包含在專業(yè)工程實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中，例如非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的設(shè)計(jì)，通常面臨非唯一解決方案的難題，需要根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝、年產(chǎn)量和現(xiàn)有生產(chǎn)制造技術(shù)等實(shí)際因素，發(fā)揮自主學(xué)習(xí)的積極性，提高文獻(xiàn)資料的查閱歸納能力，建立合適的數(shù)學(xué)或工程模型，創(chuàng)造性地制訂合理的解決方案，靈活應(yīng)對(duì)實(shí)際難題。

二、原有的“食品工廠課程設(shè)計(jì)”課程存在的問(wèn)題

1.學(xué)生主動(dòng)性和積極性不高。課程設(shè)計(jì)一般設(shè)置為考查課，但是食品工廠設(shè)計(jì)的內(nèi)容多、知識(shí)面廣，涉及許多工程運(yùn)算和設(shè)備能力計(jì)算，少數(shù)數(shù)學(xué)能力較弱的學(xué)生存在怕吃苦、嫌麻煩的思想。同時(shí)，本課程安排在大三結(jié)束后的短學(xué)期，大部分學(xué)生面臨考研，承受著備考復(fù)習(xí)和課程設(shè)計(jì)的雙重壓力，學(xué)生對(duì)待本課程的認(rèn)真程度不夠，上課的主動(dòng)性和積極性有待加強(qiáng)，對(duì)課程設(shè)計(jì)的時(shí)間和精力投入有限。

2.學(xué)生解決復(fù)雜工程能力較弱。在“食品工廠課程設(shè)計(jì)”課程之前，學(xué)生已進(jìn)行了“食品工廠設(shè)計(jì)”理論課程、“食品工藝學(xué)”“食工原理”“食品機(jī)械與設(shè)備”等相關(guān)課程及其實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，也通過(guò)認(rèn)知實(shí)習(xí)對(duì)食品工廠有了初步了解。但相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程并非中試生產(chǎn)工藝。多數(shù)學(xué)生只會(huì)從理論角度生搬硬套課本和文獻(xiàn)中的公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，缺乏分析和解決CEP的能力。

3.過(guò)程指導(dǎo)及監(jiān)督有待加強(qiáng)。課程教改前的“散養(yǎng)式”課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法由教師布置設(shè)計(jì)主題、任務(wù)和要求，由于課程教師組成員少（2人）而學(xué)生數(shù)量多（75人左右），且整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容廣、工作量大，不利于指導(dǎo)教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題。在課堂設(shè)計(jì)過(guò)程中，有些學(xué)生存在出工不出力、磨洋工等現(xiàn)象，而指導(dǎo)教師人手和精力有限，難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量監(jiān)管。

4.成績(jī)考核方式不夠合理。教改前，課程的考評(píng)方式為教師通過(guò)檢查設(shè)計(jì)說(shuō)明書和圖紙的設(shè)計(jì)完整度、格式規(guī)范性、設(shè)計(jì)方案和路線可行性，公式運(yùn)用和數(shù)據(jù)結(jié)論的合理性評(píng)定學(xué)生成績(jī)。這種考評(píng)方式易造成學(xué)生重設(shè)計(jì)結(jié)果、輕設(shè)計(jì)過(guò)程，易造成從書籍文獻(xiàn)中抄襲的現(xiàn)象，無(wú)法真實(shí)反映學(xué)生對(duì)CEP的分析和解決能力。

三、教學(xué)改革探索

針對(duì)上述問(wèn)題，課程組教師進(jìn)行了以下教學(xué)改革探索。

1.基于OBE理念，實(shí)施教學(xué)改革。基于OBE理念，實(shí)施了“反向設(shè)計(jì)—正向?qū)嵤掷m(xù)改進(jìn)”的課程教學(xué)改革［8］。（1）反向設(shè)計(jì)：圍繞畢業(yè)要求，修訂課程教學(xué)大綱，根據(jù)課程設(shè)計(jì)支撐的考核指標(biāo)點(diǎn)，改革課程目標(biāo)，使其包含《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》新版中培養(yǎng)解決CEP能力的相關(guān)內(nèi)容，制定課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書和指導(dǎo)書。在教學(xué)計(jì)劃及食品工廠設(shè)計(jì)題目方面也需要考慮是否符合培養(yǎng)解決CEP能力的要求。（2）正向?qū)嵤和瓿僧厴I(yè)要求和課程目標(biāo)，指導(dǎo)教師和學(xué)生嚴(yán)格根據(jù)課程設(shè)計(jì)大綱、任務(wù)書和指導(dǎo)書認(rèn)真開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，并保留所有教學(xué)活動(dòng)相關(guān)文檔，實(shí)現(xiàn)資料可查、可證。（3）持續(xù)改進(jìn)：為不斷提升教學(xué)質(zhì)量水平，“食品工廠課程設(shè)計(jì)”課程還進(jìn)行了常規(guī)督導(dǎo)監(jiān)控意見(jiàn)、培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)、內(nèi)外部評(píng)價(jià)反饋意見(jiàn)、教學(xué)資源和保障條件等方面的持續(xù)改進(jìn)。課程改革方式及途徑見(jiàn)圖1。

2.挖掘內(nèi)外資源，加強(qiáng)師資力量。在內(nèi)部，為增強(qiáng)學(xué)生的復(fù)雜工程設(shè)備設(shè)計(jì)能力，在生產(chǎn)實(shí)習(xí)和本課程之間增設(shè)了“食品工程與設(shè)備綜合設(shè)計(jì)”課程；并將本設(shè)計(jì)課程設(shè)置在生產(chǎn)實(shí)習(xí)之后，有利于學(xué)生結(jié)合工廠工程實(shí)踐經(jīng)歷進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用學(xué)院的中試設(shè)備，為學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)講解生產(chǎn)工藝流程；同時(shí)建立指導(dǎo)教師和學(xué)生的微信群，進(jìn)行實(shí)時(shí)的一對(duì)一課后溝通指導(dǎo)，對(duì)學(xué)生在復(fù)雜工程設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的瓶頸問(wèn)題答疑解惑。

在外部，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，企業(yè)高工可作為學(xué)生的指導(dǎo)教師，針對(duì)總平面設(shè)計(jì)、車間設(shè)計(jì)、工藝布置、設(shè)備選擇、管道布置等內(nèi)容，采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法深入講解，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)答的方式提升學(xué)生對(duì)CEP的思考能力。積極引進(jìn)具有工程背景的青年教師作為助教，青年教師同時(shí)開(kāi)展為期6個(gè)月的工程實(shí)踐，掌握企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)中的工藝流程、設(shè)備及操作條件，并進(jìn)行后續(xù)答辯及考核，以加強(qiáng)師資工程能力。

3.豐富教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)習(xí)興趣。建立線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，線上部分引入了更多素材及案例，為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。在授課過(guò)程中加強(qiáng)案例教學(xué)，尤其是引入課程指導(dǎo)教師主持的食品工程及工廠設(shè)計(jì)項(xiàng)目，采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行相應(yīng)的案例講授，以學(xué)生分小組收集資料討論匯報(bào)等方式，在課堂設(shè)計(jì)教學(xué)中引入虛擬仿真軟件和微助教等課堂互動(dòng)軟件，改變學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)“食品工廠課程設(shè)計(jì)”課程枯燥煩瑣的認(rèn)知，逐步培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)分析和解決CEP的能力。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀，以系統(tǒng)的宏觀視角分析和解決問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)CEP的系統(tǒng)化、科學(xué)化求解。另外，結(jié)合食品工廠設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、建模設(shè)計(jì)等賽事，促進(jìn)學(xué)習(xí)興趣及積極性。

4.設(shè)置半開(kāi)放課題，完善考核評(píng)估。在布置課程設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)的基本要求和格式做了規(guī)定，設(shè)計(jì)說(shuō)明書需8 000字以上，需要用AutoCAD繪制工廠總平面圖、工藝流程圖、車間布置平面和立面圖、重點(diǎn)設(shè)備的三視圖等。而在布置題目時(shí)，采用半開(kāi)放式選題，指導(dǎo)教師經(jīng)過(guò)討論確定符合CEP的題目，學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文進(jìn)行選擇；同時(shí)，經(jīng)課程組教師審核后，學(xué)生可根據(jù)興趣自設(shè)題目。在課程設(shè)計(jì)中，加強(qiáng)了過(guò)程指導(dǎo)和監(jiān)督，如日常考勤、課堂提問(wèn)、隨堂作業(yè)、初步設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)答辯、考評(píng)記錄、問(wèn)題反饋等環(huán)節(jié)，完善達(dá)成度評(píng)價(jià)體系。優(yōu)化考核比例結(jié)構(gòu)，除考勤外，各部分中設(shè)置解決CEP的能力合計(jì)不低于20%（14分以上為達(dá)成），如表1所示。

四、教學(xué)改革效果

“食品工廠課程設(shè)計(jì)”課程經(jīng)過(guò)兩年多時(shí)間的改革與探索，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，課堂表現(xiàn)更加活躍，有效提升了學(xué)生解決CEP的能力，達(dá)到了教學(xué)改革的總體預(yù)期目標(biāo)。

2017級(jí)和2018級(jí)本科生完成“食品工廠課程設(shè)計(jì)”課程學(xué)習(xí)后，針對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、方式及效果等進(jìn)行內(nèi)部反饋評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)學(xué)生的滿意率分別為93.2%和96.5%，而2016級(jí)（改革前）為85.3%，教學(xué)效果明顯有所改善。從學(xué)生提交的課程設(shè)計(jì)作業(yè)及考核評(píng)分結(jié)果來(lái)看，學(xué)生在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中普遍形成了多方案分析、比較和評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)思維，并能結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)行工程原理綜合運(yùn)用，顯著提高了非技術(shù)和技術(shù)因素存在沖突時(shí)，CEP的分析及解決能力，2016—2018級(jí)學(xué)生解決CEP的能力分值分別為14.5、16.8和17.7。2021和2022年，我院本科生參加“歐倍爾杯”“全國(guó)食品專業(yè)工程實(shí)踐訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽”及浙江省國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，并取得優(yōu)異成績(jī)。

結(jié)語(yǔ)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際公認(rèn)的本科工程教育互認(rèn)體系，培養(yǎng)學(xué)生解決CEP的能力是工程教育認(rèn)證的核心問(wèn)題。“食品工廠課程設(shè)計(jì)”設(shè)置有食品專業(yè)知識(shí)向工程能力轉(zhuǎn)化的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，適應(yīng)食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)相關(guān)人才的需求。本項(xiàng)目針對(duì)“食品工廠課程設(shè)計(jì)”課程存在的問(wèn)題，基于OBE理念實(shí)施“反向設(shè)計(jì)—正向?qū)嵤掷m(xù)改進(jìn)”教學(xué)改革探索，通過(guò)挖掘內(nèi)外資源、豐富教學(xué)內(nèi)容、設(shè)置半開(kāi)放課題、完善考核評(píng)估等手段培養(yǎng)學(xué)生解決CEP的能力，教學(xué)結(jié)果顯示該教學(xué)改革有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，解決CEP的能力獲得提升，達(dá)到了教學(xué)改革的總體預(yù)期目標(biāo)。后續(xù)本課程將持續(xù)改進(jìn)，為食品相關(guān)專業(yè)工程實(shí)踐課程教學(xué)改革提供理論和實(shí)踐參考。

參考文獻(xiàn)

［1］李振興.以解決復(fù)雜工程問(wèn)題為導(dǎo)向的食品科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)［J］.山東教育，2022（21）：34-35.

［2］華爾天，計(jì)偉榮，吳向明.中國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》背景下工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐［J］.中國(guó)高教研究，2017（1）：82-85.

［3］林健.如何理解和解決復(fù)雜工程問(wèn)題：基于《華盛頓協(xié)議》的界定和要求［J］.高等工程教育研究，2016（5）：17-26+38.

［4］王周利，岳田利，袁亞宏，等.基于工程認(rèn)證教育的“食品工廠設(shè)計(jì)”課程建設(shè)思考［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2017（9）：86-88.

［5］蘇小軍，李清明，廖盧艷，等.“新工科”背景下食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生工程能力培養(yǎng)機(jī)制探索［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2020，46（18）：287-290.

［6］BURNES B. Complexity theories and organizational change［J］.International journal of management reviews，2005，7（2）：73-90.

［7］李才明，丁寧，顧正彪，等.面向“卓越工程師”培養(yǎng)的《食品工廠設(shè)計(jì)》課程體系改革［J］.教育教學(xué)論壇，2016（33）：75-77.

［8］張慧蕓，陳俊亮，程偉偉，等.基于OBE理念的“食品工廠設(shè)計(jì)”教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2021（3）：111-113.

The Teaching Reform of Food Factory Course Design Based on Enhancing Complex Engineering Problem Solving Skills

BU Ting-ting， LIU Qi， YANG Kai

（College of Food Science and Technology， Zhejiang University of Technology， Hangzhou， Zhejiang 310014， China）

Abstract： The complex engineering problems （CEP） is the core indicator of the accreditation of engineering education. Food factory course design is a comprehensive practical course of the food major with the characteristics of enhancing CEP solving skills. Based on the background of the accreditation of engineering education， the teaching reform of food factory course design was performed to enhance the capacity of solving CEP， on the basis of the OBE education concept of inverse design， forward implementation and continuous improvementation. The resources of engineering practice were expanded， and the teaching contents and the evaluation indexes were also optimized. The teaching reform based on solving complex engineering problems under the background of the accreditation of engineering education could enhance the capacity to solve complex engineering problems and cultivate the engineering ethics education， and meet the graduation requirements.

Key words： complex engineering problem; engineering education accreditation; food factory course design; teaching reform