新工科背景下农业院校《食品工程原理课程设计》教学问题分析及模式探讨——以甘肃农业大学为例

蒋玉梅，李霁昕

（甘肃农业大学 食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070）

一、前言

《食品工程原理课程设计》是工程教育实践教学环节的重要组成部分［1］，是理论到实践、基础到专业的桥梁［2］；该门课程以化学、物理化学、高等数学、食品工程原理和工程制图等课程学习为基础，综合考察学生的学习、计算、设计、绘图以及计算机软件应用等能力［3］。

现代社会知识更新快，社会对工程技术人才的知识和技能要求不断提高。为适应社会需求，推动高等院校的工程教育改革创新，国家提出了新工科教育理念和教育改革［4］。工程教育改革创新是国家重大战略需求［5］，立德树人，培养多元化、创新型工程人才是高等院校工程教育改革创新的目标之一。

由于历史和专业设置原因，农业院校食品科学与工程专业学生理工科基础相对薄弱，面对《食品工程原理课程设计》这种工程性强的课程，学生学习过程中会出现畏难、懈怠及自主性不强等问题。为实现新工科背景下卓越工程师的培养目标，提高学生工程设计能力以及教学质量，积极探索符合农业院校食品科学与工程专业特色的工程教育发展之路，适应新形势下社会对食品科学与工程专业人才的需求，进行《食品工程原理课程设计》教学模式改革研究具有重要意义。

二、《食品工程原理课程设计》实施问题分析

《食品工程原理课程设计》旨在把学生的知识学习、能力培养和食品工程发展等客观要求进行有机结合，让学生在课程设计过程中扮演核心角色，从而培养学生工程设计思维和能力。但是由于多种因素影响，目前学生进入课程设计核心角色程度不够，具体问题分析如下。

（一）关联理论知识不扎实

《食品工程原理课程设计》涉及大量公式应用与计算，需要具有扎实的“高等数学”“大学物理”“物理化学”“工程制图”“食品工程原理”等课程知识［6］。甘肃农业大学食品科学与工程学院于2015至2018年就《食品工程原理课程设计》相关理论课程的教学模式、学生接受情况的问卷调查分析显示（如图1所示），分别有66.2%、83%、84%、64%的人认为相关理论课程教学模式基本适合；分别有60%、83.3%、90%、80%的同学认为讲授内容基本能够接受。同时期学生食品工程原理课程试卷平均分和及格率分析（如图2所示）显示，食品工程原理课程平均分分别为61.49分、52.78分、54.2分和69.19分，及格率分别为60.23%、33.90%、38.46%和83.44%。二者结合分析发现，学生对食品工程原理课程设计相关理论课程的主观认识和客观接受度有较大的差异，部分学生对相关课程学习难度主观认知不足，学习重视程度不够，导致学习成绩和学习效果不理想。2016年起，专业教学计划中食品工程原理课程实验取消，课时减少为48学时，2016年和2017年学生该课程的平均分和及格率均较2015年有较大幅度下降，说明实验缺失和课时减少会影响学生的学习效果。2018年学生平均成绩和及格率有所提高，是由于教师在课程教学中进行了学生参与题库建设的尝试。

综合分析可知，食品工程与科学专业培养方案中存在部分课程设置缺失和课时不足等问题，部分理论知识讲授和学习缺乏系统性，学生学习效果不理想，进而影响课程设计，学生的设计图往往只是照葫芦画瓢，不理解所表达内容，达不到建立学生的工程思维、培养学生工程实践能力的教学目标。

图1 相关教学模式、学生接受情况问卷调查分析

图2 试卷平均分和及格率分析

（二）课程设计课时有限，学生缺乏实践认知，难以在短时间内进入学习状态

多数高校《食品工程原理课程设计》通常是安排在食品工程原理理论教学结束后进行，不经实践认知学习，最多安排1～2周完成整个设计任务［7］，且部分院校要求学生在不停课的前提下完成设计。由于农业院校学生理工科理论基础相对薄弱，学生普遍反映《食品工程原理》理论知识抽象、公式多、计算多、逻辑思维要求高、难学。《食品工程原理课程设计》是对《食品工程原理》课程理论知识的实践性综合应用，而理论知识及应用计算基础薄弱致使学生难以进入食品工程课程设计环节。加之食品加工千差万别，各产品的生产单元和设备的工艺参数也不尽相同，相应的操作过程、原理及要求也有所差别。在没有实践认知经验的情况下，学生往往刚进入设计状态，设计就结束了。

针对以上问题，甘肃农业大学食品科学与工程学院在学生中就“课程设计中能否理解设计设备结构，独立完成课程设计”“是否需要探索新的教学模式和进行认知实习”等问题进行问卷调查分析（如图3所示）。2015至2018年间分别有60%、56.7%、42%、44%的同学认为可以独立完成课程设计，66%、80%、87%、64%学生可以理解设备设计结构；关于新的教学模式探索，分别有87%、83%、45%、92%的同学认为有必要进行，53.3%、60%、87%、76%的同学认为设计前的认知实习是必要的。结果表明，认为可独立完成设计的学生比例逐年下降，但学生对设备结构的理解并未相应下降，说明课程设计的难点在设计计算部分，学生需要具备较扎实的课程理论知识和理论结合实践的认知。关于新的教学模式和认知必要性的调查也体现了学生希望通过教学模式改革和加强实践认知强化理论学习，以便更好地完成课程设计。

图3 课程设计相关问题调查

（三）设计题目相对固定，抄袭现象难以避免，学生参与度有限

目前，基于传热在食品生产中的重要性［8］，食品科学与工程专业的《食品工程原理设计》课程设计任务大多选择换热器，设计选题单调，雷同现象较为普遍［9］。2015年至2018年期间甘肃农业大学食品科学与工程学院对学生就食品工程原理课程设计的设计题目、模式及对前届学生设计作品的可借鉴度调查分析显示（如图4所示），约80%以上的学生认为历年食品工程原理课程设计题目雷同度高，设计模式相对固定，前届学生设计作品可借鉴度较高，照猫画虎现象较为普遍。关于课程设计教学问题调查显示（如图5所示），学生普遍认为课程设计是不可或缺的教学环节，但设计过程中存在较多的问题需要及时得到指导，教学效果有待进一步提高。

调查分析显示，甘肃农业大学食品科学与工程学院《食品工程原理课程设计》教学模式与其他农业院校类似，教师主要通过集中授课讲解布置课程任务，学生通常参考相关资料和教学课件，按照一定的模板和步骤，进行基础性数据查阅、工艺过程计算和校核、设备设计计算和校核、工艺流程及主要设备工艺图的绘制等工作［10］。设计任务变化不大，学生往往只在指导教师给定条件下进行验证性设计。学生可从往届学生处获得模板，加之互联网的普遍性，学生依葫芦画瓢和抄袭现象难以避免，设计缺乏创意。学生主动性、参与度不足，影响了教学效果。

图4 课程设计题目、模式及对前届学生设计作品可借鉴度调查分析

图5 课程设计教学问题调查分析

（四）教师指导工作量大，考核标准单一

近几年高校扩招，学生人数成倍增加，甘肃农业大学学习《食品工程原理课程设计》的学生人数自2000年后逐年增加，最高时为扩招前的3～4倍，任课教师人数仍为2人，师生比大大减小，一个老师一学期往往要指导2～4个班的学生（约60～200人），老师很难做到与每一个学生面对面指导、交流，存在与其他学校课程设计教学的共同问题——教师的时间和精力明显不足［11］，课程设计成绩主要以图纸和说明书为评定依据，缺乏过程考核与细节监督。

三、《食品工程原理课程设计》教学模式探讨

基于以上问题分析，针对农业院校学生及课程设置特点，本研究对《食品工程原理课程设计》教学模式进行相关探讨，以期有效提高学生的工程设计能力。

（一）合理组织安排课程设计，引导学生应用计算机辅助设计

鉴于《食品工程原理课程设计》的课时有限，教师在课程设计安排中应重视前期准备，在《食品工程原理》理论和实验教学过程中融入课程设计引导，提前进行课程设计动员，将课程设计时间分散到较长的时间段。同时建议学生自学AUTOCAD工程图和EXCELL等计算机辅助设计软件，利用计算机软件或自编程序进行课程设计，提高设计效率和精准度。农业院校应注重培养学生的自学能力和工程制图能力，以适应今后实际工程设计的需要。

（二）原有设计任务基础上并行自命题，激发学生设计的主动性和创新性

90后大学生思想行为独立意识强、自主性强，思维灵活［12］，基于学生和食品工程发展特点，建议在原有设计任务基础上，并行教师指导下的自主命题，发挥学生的独立思考能力和主观能动性。按照学生的能力与意愿来设定设计任务，自主性、实践能力强的学生可分组进行自主命题任务设计；学习一般且动手能力亦一般的学生，仍然进行原有设计任务，需要注意的是，要根据学生学号设置不同的设计参数，避免抄袭。逐年更新设计任务书，提高学生参与度及其工程设计能力。

（三）利用校企合作，增强学生对单元操作的实物认知学习，夯实设计基础，激发学生设计兴趣

新工科背景下，校企合作模式可以加强食品科学与工程专业学生对生产中加工单元操作、工艺流程和设备结构的认知，课程设计之前安排与课程设计相关的参观实习，讲解单元操作流程、主体设备结构及其与设计的联系，为课程设计奠定良好的基础，激发学生设计兴趣和积极性。

（四）合理应用网络平台，提高教学质量

在课程设计中，可将课堂教学启发和开放指导相结合。教师在课堂上可借助多媒体课件和网络MOOC（MassiveOpenOnlineCourses）视频给出设计任务、提出设计框架、认知设备结构，引导学生建立设计观念，积极思考。同时，利用网络教学平台，实施课程设计指导，师生网络实时互动，教师及时了解学生的设计计算进展，掌握学生的设计问题，建立讨论小组共同讨论，及时指导解决学生课程设计中存在的问题。此模式既可培养学生独立思考能力，又可调动学生的设计兴趣和学习积极性，加强师生及学生间的沟通、交流，提高教学效率和质量。

（五）完善课程设计考核体系

课程设计是在教师指导下由学生独立完成的。学生设计成绩应综合考虑设计资料查阅及准备、设计思想的正确体现、准确的工程计算、设计说明表达、制图质量和设计陈述表达。教师根据学生的查阅资料、设计过程、网络教学平台应用情况、设计说明书、设计图纸和设计陈述质量按“优、良、中、及格、不及格”五级评定成绩。同时鼓励学生创新，利用计算机辅助手段进行设计，有创新或通过编程、计算机辅助完成设计的，可根据设计质量适当给学生设计成绩加分。

三、结语

通过《食品工程原理课程设计》教学问题分析及模式探讨，新模式应用后可有效提高学生课程设计、制图等实践技能；使学生能够将分布在各门课程中的理论知识与实际生产环节有机结合，完成具有自己特色的课程设计，从而培养学生创新精神，提高其动手和实践能力，达到综合训练目的；通过加强课程设计考核，可综合评价学生的设计能力和素质，减少学生偷懒抄袭的现象。不仅如此，新模式对教师素质也提出了更高的要求，教师不仅要具备食品工程原理课程的授课能力，还要能够综合其他课程的相关知识，以及课程设计所涉及的食品生产知识进行授课和答疑。因此，《食品工程原理课程设计》教学模式改革，对高等院校工程教育改革创新，具有积极的推动作用。