“食品工程原理”課程的教學改革探索與實踐

劉薈萃，陳霞，王樹林，葉英

青海大學農牧學院 （西寧810016）

“食品工程原理”是食品科學與工程類專業本科生學習到的第一門工程類專業課程，是在先修課程高等數學、機械制圖、大學物理等基礎上開設的專業核心課程。課程的教學和學習在專業課程中起著承上啟下的作用，支撐畢業目標中的工程實踐綜合能力，其課程地位尤為重要[1]。但“食品工程原理”教學過程仍存在問題[2-3]。一是教學內容相對滯后，未能緊扣食品行業發展需求。采用的教學方法和手段還是比較傳統，不能充分激發學生的學習興趣。大多數學生還存在死記硬背，不能靈活應用計算公式，未能做到舉一反三等問題，學生的工程實踐綜合能力得不到提高。二是實踐教學形式單一?！笆称饭こ淘怼闭n程的實踐教學環節應包含實驗教學和課程設計兩部分。大部分學校的實踐教學形式單一，同時由于實驗設備臺套數不足，導致學生參與度較低，未能真正鍛煉學生的動手能力。另外，部分學?？赡芤驗橐恍┛陀^原因，未能開設“食品工程原理”課程設計。三是教學考核方式不完善。理論教學和實踐教學環節考核方式更多地注重學生最終的成績，忽略過程性考核，比如理論教學的期末成績占比較高，實踐教學以最終的實驗報告或設計圖紙為主。

由于“食品工程原理”是食品科學與工程專業的必修課，具有從理論知識到工程實踐的過渡作用。因此，針對教學過程中存在的問題，將基于一流本科課程建設的要求，從“食品工程原理”的理論教學、實驗教學和課程設計3個環節進行全面建設和改革（圖1）。

圖1 “食品工程原理”課程教學概況

1 “食品工程原理”理論教學內容、教學方法改革

1.1 優化“食品工程原理”教學內容，同食品行業需求接軌

“食品工程原理”教學內容體系源于化工原理，基于動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞三大傳遞理論，主要包括流體力學基礎、顆粒與流體之間的相對運動、傳熱、溶液濃縮、干燥、吸收與蒸餾、萃取、膜分離等。其中，蒸餾和萃取單元操作主要應用于化工領域，在食品加工中涉及較少。因此，應結合食品行業實際需求，與時俱進，優化“食品工程原理”的教學內容，如圖2所示[4]。

圖2 優化后“食品工程原理”的教學內容及學時分配

1.2 “食品工程原理”課堂教學方法改革

“食品工程原理”課程涉及大量公式推導、物料衡算、熱量衡算和經濟衡算等，難度大、知識點繁雜、內容枯燥。若采用傳統的講授教學方式，很難激發學生的學習興趣，教學和學習效果較差。針對課程的特點，應采用靈活多樣的教學方法和教學手段，激發學生學習的積極性。因此，課程采用雨課堂智慧教學平臺構建“線上+線下”的教學模式，分別在課前、課中、課后3個教學環節，設計不同的線上和線下教學設計方案，改進教學方式和教學手段，提高課堂管理效率和教學效果。

1.2.1 “食品工程原理”線上教學設計

課前預習環節：由于“食品工程原理”課程內容較難，學好課程預習環節非常重要。在預習環節，任課教師通過搜索慕課平臺教學資源，并結合實際情況制作預習課件、課程導學單。通過“雨課堂”智慧教學平臺發布課程預習內容，同時在雨課堂平臺監測學生的預習進展、預習題目完成情況。根據學生預習情況，及時調整線下課堂教學的教學方案。課中教學環節：采用線上與線下相結合的形式進行。在課中教學環節，線上教學主要是播放一些設備或工藝的動畫、視頻，幫助學生直觀了解設備內部構造或實際工藝流程。另外，在課堂教學過程中，同時開啟雨課堂教學，形成課程視頻回放，便于學生課后復習。為及時掌握學生的學習情況、調動學生積極性，杜絕學生玩手機、打瞌睡等，每隔15 min左右通過雨課堂平臺推送題目。學生的課堂答題情況可作為課堂表現成績計入平時成績。課后學習環節：以線上形式鞏固學生的課堂所學。一方面，學生根據自身學習情況，在雨課堂學生端查看課堂回放視頻并復習課堂練習題。另一方面，任課教師通過雨課堂教師端發布課后作業或階段性測驗題，根據學生答題情況，及時進行針對性輔導，從而提高學生的學習效果。

1.2.2 “食品工程原理”線下教學設計

在線下課堂教學環節，針對學生預習情況講授重難點。但針對不同章節，適當調整教學手段，幫助學生消化難度較大的定律、公式推導、工藝計算等。為充分調動學生的學習積極性，參與到教學活動中。在課堂教學中，靈活應用多種教學手段，如案例式教學、比較式教學、問題啟發式教學（詳見表1）[5]。盡可能使復雜問題簡單化，將身邊的案例、經典科學故事、食品生產實際案例等與復雜工程問題聯系起來。同時，引導學生采用所學理論知識解釋生活的常見現象。另外，根據課程內容和食品工業實際需求或發展前沿，融入課程思政元素，培養學生的工匠精神、科學精神、哲學思想、綠色發展和健康中國理念等，增強學生民族自豪感、專業學習自信心和榮譽感，成為能擔當能作為的好青年[6-8]。

表1 “食品工程原理”主要教學內容體系及其教學方法

2 實驗教學聯系工程實際，虛實結合、以賽促教

“食品工程原理”實驗所用設備均為較大的成套設備，占地面積大，實驗操作繁雜。實驗數據處理過程中大量運用“高等數學”“基礎化學”“物理化學”“食品工程原理”等課程的理論知識，導致學生對“食品工程原理”實驗缺乏足夠的學習興趣。同時傳統的實驗教學中，實驗教學受儀器設備、教學條件和實驗學時不足的限制，且傳統實驗以驗證型實驗為主，存在較難激發學生學習的積極性等亟待解決的各種問題與弊端[9-11]。因此，為解決上述難題，課程的實驗教學采用“虛實結合”“線上+線下”的實驗教學模式（圖3）。

圖3 虛實結合、線上+線下的實驗教學模式及考核方式

2.1 線上環節

線上環節是將虛擬仿真技術引入實驗教學中，輔助實體教學，主要用在實驗的預習和課后復習階段。因虛擬仿真實驗不受時間、空間限制，每個學生都能參與到實驗中，很好解決設備臺套數不足的難題。同時，由于實體實驗設備操作復雜，若有操作失誤，就會存在安全隱患。采用虛擬仿真實驗，不存在操作安全的問題，學生可以反復嘗試。另外，虛擬仿真實驗可將較為復雜的設備進行拆解，學生可以直觀了解其內部構成，這在實體實驗中無法實現。虛擬仿真實驗系統包括實驗原理和實驗步驟介紹、數據記錄和處理、實驗分析、實驗報告，學生可以根據實驗報告詳細檢查實驗失分項。

2.2 線下環節

線下環節還是采用傳統的實體實驗教學，讓學生實地認識設備構成、實驗原理、操作流程及注意事項等，培養學生的動手操作能力，將課堂和虛擬仿真實驗所學理論知識與實際操作聯系起來。在虛擬仿真實驗的課前預習和課上練習基礎上，學生掌握實驗原理、實驗操作、數據采集、注意事項后即可開展“食品工程原理”實體實驗。在實驗過程中，學生根據實驗講義和虛擬仿真實驗的練習，進行實驗設備的調試、參數設定等，記錄實驗數據，初步分析數據合理后即可結束實驗。課后對采集的實驗數據進行分析計算后根據教師要求撰寫實驗報告。

2.3 以賽促教

積極鼓勵學生參加學科競賽如食品專業工程實踐訓練能力競賽，競賽主要考查學生對于食品工程實踐方面的綜合能力，是“食品工程原理”理論教學和實踐教學效果的體現。在以往各屆賽事中，我校學生均能積極報名參加并認真備賽，并且在校級、西部賽區、全國總決賽中表現優異。

3 強化課程設計環節

課程設計是“食品工程原理”理論課程和實驗教學的一個總結性的教學實習環節，是使學生具備理論聯系實際的能力、綜合運用所學知識去分析和解決工程實際問題的能力，為“食品工廠設計”“畢業設計”等后續課程和教學環節提供必要的基礎知識，為學生今后從事食品、化工、生物工程和環保等過程的研究、開發、設計及操作工藝制定打下良好基礎[12-13]。因此，上好“食品工程原理”課程設計至關重要。

3.1 根據專業實際，貼合生產實際設計題目

在題目的設置上立足于實際食品加工過程中的單元操作，如奶粉噴霧干燥器的設計、列管換熱器的設計、連續精餾塔浮閥塔的設計等。設計按組進行，每個學生承擔一部分的設計內容，最終成績小組成員共享。鍛煉學生在設計方案的選擇、計算公式的使用、工藝流程圖的繪制及設計說明書的編寫等方面的綜合能力。

3.2 加強制圖訓練，嚴格按標準繪圖

課程設計的最終設計結果以設計說明書和設計圖紙呈現。因此，應特別注重設計圖紙的規范性。在課程設計期間，邀請工程背景強、制圖水平的教師或邀請機械工程學院工程制圖任課教師嚴格把關圖紙質量，使學生將制圖課程所學應用于課程設計，養成良好制圖習慣，為后續食品工廠設計和畢業設計課程奠定扎實的基礎。

3.3 加強課程設計過程性考核

在課程設計環節，過程性考核同樣重要，最終成績不僅包括設計說明書、設計圖紙，還應包括出勤、設計態度、在小組中的貢獻度等方面。

4 結語

在一流課程建設和專業工程認證的背景下，根據培養方案、結合學生的培養目標，對我?！笆称饭こ淘怼钡睦碚摻虒W、實驗教學和課程設計全方位進行教學改革探索并實踐。在“食品工程原理”課堂理論教學中，優化教學內容，基于雨課堂平臺構建線下線上相結合的教學模式、緊抓課前課中課后環節，同時注重過程性考核。在實驗教學中，引入虛擬仿真技術，采用“虛實結合、線上+線下”的教學模式和過程性考核。在課程設計環節，設計緊貼專業實際，規范過程管理。因此，通過以上手段全面改進“食品工程原理”的各環節教學方式方法，提高教學效果和學生學習效果，為教學工作改進奠定基礎，推動專業建設，并為同類課程建設或教學改革提供參考。