基于工程能力培养的“食品工程原理”教学探索

纪俊敏 魏安池 彭丹 刘伯业

[摘 要] 课程特别是专业基础课程是构成专业培养体系的基本单元，课程教学是人才培养的最基本形式。教师如何在课程教学过程中，做好教学内容的筛选与整合、新型教学形式采用及其他重点环节教学模式改革等工作，实现整体教学效果与质量提升，是建设一流专业和一流课程所必须面临和解决的问题。针对“食品工程原理”课程工程性强但又难学难教的现实情况，提出课程教学过程中不断进行改进的方法。

[关键词] 工程能力;食品工程原理;教学模式

[基金项目] 河南工业大学2019年本科教育教学改革研究与实践专项项目“新工科背景下基于工程思维能力培养的‘食品工程原理教学模式探索”（JXYJ-K201907）

[作者简介] 纪俊敏（1977—），女，河南信阳人，食品科学与工程博士，河南工业大学粮油食品学院油脂工程系讲师，研究方向为粮油食品加工;魏安池（1965—），男，河南鄢陵人，食品科学与工程博士，河南工业大学粮油食品学院油脂工程系副教授，研究方向为粮油食品加工;彭 丹（1979—），女，山东费县人，仪器分析博士，河南工业大学粮油食品学院油脂工程系副教授，研究方向为粮油食品检测。

[中图分类号] G642.3    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）26-0257-03    [收稿日期] 2020-02-06

一、引言

在新工科视域下，行业对高等院校人才培养的要求越来越高，这主要表现在构建工科专业新结构、创新工程教育方式与手段、更新工程人才培养体系、改革核心课程教学内容与方法等方面，以主动适应新技术、新产业、新经济的发展需求。“食品工程原理”是一门理论和实践性都很强的课程，是食品科学与工程、粮食工程及食品安全等专业学生开设的专业基础必修课。该课程教学的基本目标是通过学习食品加工的基本概念、基本原理、基本计算，典型设备的构造、性能和操作，探索强化生产过程及设备的方法与途径，使学生具备较为扎实的食品加工基础理论知识，系统的工程设计计算、典型工程设备构造与选型以及实际食品工程问题的解决能力。因此，加强理论教学与实践的紧密结合是本门课程教学的重点，如何将工程意识和能力的培养渗透于本课程的理论、实验、实践三个教学环节中，培养学生的工程思维意识，强化学生的工程技术观念，使学生通过课程的学习，能够分析和解决工程中的实际问题。笔者结合多年教学，以“食品工程原理”课程教学过程为研究对象，探讨在教学中如何突出工程概念，增强工程意识，提升工程应用能力，以期培养出基础牢、视野宽、能力强、上手快的高级工程技术人才。

二、聚焦工程教学，完成教材内容的分类与重组

选好教材是教好一门课程的第一步，而如何用好教材则需要教师加以认真研究并贯彻执行。对于一部完整教材中的理论教学内容、例题习题以及实验和实践内容要结合授课实际，进行科学分类和筛选，从而为推动理论和实践教学改革奠定坚实的基础。

（一）理论教学内容的分类与分层

“食品工程原理”可基本分为理论教学、实验教学和课程设计三大教学环节，其中，理论教学部分具有基础知识面广、公式繁杂、教学过程枯燥等特点。在之前的教学过程中，理论课学时占比高，实验实习和课程设计所安排的学时不够。根据该专业工程教育认证的有关要求，体现学生中心、成果导向的教学理念，需要对相关理论教学内容进行系统梳理，对基本内容进行分类。分类可从两个方面切入，一是根据知识点的难易度，把教学内容分为基础型和提高型两类;二是根据知识点的衔接度，把教学内容分为章内相关和章间相关两类。依据知识点不同的分类，在教学过程中要对教学方式与方法、教学课时分配等进行相应的安排，从而避免一部教材講到底的情况，实现理论教学的针对性、选择性。在课堂教学组织过程中，每一单元教学过程均要结合一个典型的生产背景依次进行理论的引出、应用方法的介绍与构建，突出基本概念与共性规律，起到开拓思路、激发兴趣的作用。同时适当简化繁琐的理论推导部分，避免学生对抽象知识的厌倦情绪。重点介绍公式及公式中各参数的含义及应用范围，以丰富的例题习题强化公式在工程中的应用，以提高学生学习的兴趣。如在伯努利方程这一节，不再进行公式的推导，只简单介绍伯努利方程是描述能量守恒的方程式，便于学生对公式的记忆和理解。讲授能量转换时，分别列举1912年奥林匹克号与豪克号两艘轮船相撞的一起海上公案，以及地铁列车等黄色安全线的设置原理，以日常案例的形式说明动能与静压能之间的转换关系。另外，对原课程要求仔细讲述的设备结构部分，改为让学生直接观看设备（或设备模型）、视频或仿真动画。如板框压滤机的结构，尤其是滤板、滤框和过滤板的结构，学生通过实验室的设备拆解即可很快弄清楚。

（二）与实践相关内容的筛选及整合

本文所述与实践相关内容包含习题例题、实验、课程设计、认知实习及工程设计等教学过程与内容。在上述有关实践教学内容的筛选与整合上，要坚持以下几个原则：（1）由浅入深原则，即把那些最能体现本章本节知识点的实践内容挑选出来布置给学生，不要追求多而全，而要注重少而精;（2）自主选择原则，在验证同一理论知识时，要提供给学生不同场景下的实践教学内容，供其选择;（3）激发兴趣原则，实践设计要考虑实用性、生活性和趣味性，以增加学习者的探索欲和兴趣度;（4）多能力培养原则，实践教学内容的筛选和整合，最终目的是培养学生的实际应用能力，因此要把不同的知识点、相互关联密切的内容加以整合，以促进综合能力的提升。

三、培养工程素质，实现翻转课堂

“食品工程原理”作为一门在食品加工过程中涉及的实际工程问题（物理过程、单元操作）和研究方法（实验研究、数学模型）为主线的工程技术基础课程，也是相关专业学生在大学期间接触到较早的具有工程性质的课程。课程的内容和特点要求任课教师在教学模式、教学内容、教学过程以及课程目标等方面进行大胆改革和创新。

（一）以學生为中心，改革传统理论教学模式

采取哪种教学模式是关系到一门课程教学效果的关键因素。对于既有大量理论教学内容，实践性又较强的工程案例课程，需要老师摈弃传统的教学模式与方法。笔者在该教学环节主要采用提前自习式、课堂参与式、讨论交流式等教学模式。在开课初期，将每节课程的任务加以明确，要求全体学生提前做好预习，同时利用共享文档坚持对学生的预习结果信息进行反馈收集，将预习知识点的难易和自我学习掌握度进行分类统计。在第一步的基础上，对课堂重点讲授的内容进行调整和安排。在课堂讲授中，坚持让学生参与过程的介绍、讨论与交流，实现授课过程角色的互换。

（二）例题与习题精选，透过“题”看本质

例题与习题在巩固所学知识、加强理论与实践结合等方面扮演着重要角色。完成例题与习题作业，是学生课后的第一任务，也是传统教学的重要组成环节。首先，要按照理论复习、实践验证及工程相关等不同类型，对章节后的例题和习题进行分类。其次，针对教材中的有关例题和习题，任课教师要做好筛选、补充和完善。保留那些具有典型代表性的习题，补充一些与时代和行业发展相契合的题目。在以上两个环节中，要突出与工程相关概念和内容的把握，最终形成相关章节的必做习题集。通过习题与例题的精选与部署，教师可引导学生透过例题和习题看本质，深入解析例题与习题所涉及的工程问题，分析评价工程问题的解决结果和结论。

（三）案例导向，利用科研成果，丰富课程体系

做好工程案例教学是上好工程应用类课程的关键环节。该环节教学不是孤立的，需要与理论教学密切结合。为此，在工程案例的确定和设计上要坚持与典型生产实际背景结合、坚持与理论知识点和数理推导相结合、坚持案例与解决实际问题相结合。恰当的工程案例能够实现对理论学习的补充和加强，实现理论教学与工程实践训练的同步推进。能够让学生明白和理解学习该课程或章节的作用与意义，激发学生学习的动力和兴趣，提升解决工程问题的能力。由于食品加工业的发展，各种各样的生产任务及新问题得以提出，这就要求学生具有较宽的知识面和灵活解决问题的思路。所以，很有必要适当扩展内容，补充新的成熟性与先进性的工程技术研究成果。例如在讲解气流干燥器这一设备结构和工作过程时，我们补充了对大块湿物料干燥过程中进行结构改造的新方法;在讲蒸馏操作时我们补充了食用油脱臭这一油脂精炼过程中为了降低油脂中的反式脂肪酸采用的双温双塔脱臭工艺原理。

四、强化工程实践，提升动手操作能力

（一）实验教学内容工程项目化

本课程按照基础认知实验和综合应用设计实验两大类对实验进行分类。特别是在综合应用设计类型实验中，坚持实验工程项目化的原则，即根据实际工程问题普遍具有复杂性和多变性的特点，引导学生从工程项目管理思维的角度出发，认真完成每一个实验环节。通过项目化实验，强化学生将感性认识上升到理性认识，提升学生的工程思维和工程意识。在整个实验组织过程中，指导老师只提宏观要求，具体过程完全由学生自己完成，这就有利于培养学生分析和解决问题的综合能力，避免了学生“为做而做”的消极思想和只知其然而不知其所以然的被动学习方式。比如调节管路出口阀时，离心泵入口处的真空表和出口处的压力表读数如何变化？让学生自己动手操作一下，就能很自然地找到答案。很多抽象的难以理解的理论，通过实验操作便能轻松解决，并且记忆深刻，可以起到事半功倍的效果。

（二）课程设计内容结合的专业制定

本着“加强基础、增强专业适用性、培养创新能力”的主导思想，课程设计的内容根据学生的专业分别制定，结合企业在生产、销售、服务等环节的需求，切实做到实验与工程实践紧密结合。在工业生产中，一个过程往往可有多种方法来实现，例如固液混合物的分离可以采用离心、沉降、加压过滤和真空过滤等方法;物料的加热或冷却可以采用板式、蓄热式、螺旋板式及列管式等多种换热器;含湿固体物料的干燥则可以采用箱式、气流、滚筒、流化床等干燥设备;同样的蒸发设备可以采用单效、双效、三效等不同效数组合的方式。这些工艺最终都需要进行方案比较，因地制宜地选择一种最佳工程方案。因此，本课程设计基本上是采用一个班一个单元设备的设计任务，但每位学生的设计工艺参数（如进料量、操作温度、压力、流速等）均不相同，尽量做到一人一题，独自设计，避免互相抄袭。同时注重问题的相互研讨与交流，从而体现团队协作的重要性。此外，加强不同设计结果的比较分析，改变以往设计中学生主要侧重于设计方案的先进可行及工艺的可靠性，而忽略了设备的选型和工艺条件的经济性，使学生通过课程设计，树立工程观点，培养工程意识。

五、课程考核融入全过程

“食品工程原理”课程最终按食品工程原理含实验（权重75%）和食品工程原理课程设计（权重25%）综合评价。前者的考核方式为“平时成绩+实验成绩+期末考试成绩”，为突出对工程应用能力的考核，将平时成绩、实验成绩、期末考试成绩三者的比重分别调整为占总成绩的20%、20%和60%。考虑到期末闭卷考试不能翻阅资料，试卷内容偏重于理论分析和计算，对实践能力考核不足，在平时布置的作业和小测试尽量涉及较多的工程应用知识，如工程图表的使用等。平时成绩还涉及理论课与实验课的过程性考核（主要包括学习小组的讨论情况，学生课堂上的表现、实验操作能力、自主回答问题的情况等），考核学生在整个课程学习过程中的参与程度和学习效果，公平、公正地给出平时成绩和实验成绩。期末考核采用闭卷考试，侧重于考核学生对基本概念、基本理论的记忆和理解，对工程问题的综合分析和计算能力。课程设计则主要根据学习态度、设计任务完成情况、设计说明书和设计图纸的质量等综合评定。把考核融入教学的整个学习过程，有利于全面评价学生对“食品工程原理”课程的学习和运用情况。

参考文献

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Teaching Exploration of the Course on Principle of Food Engineering Based on Engineering Ability Training

JI Jun-min，WEI An-chi，PENG Dan，LIU Bo-ye

（College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou，Henan 450001，China）

Abstract：Courses，especially the professional basic courses，are basic units of professional training system.Course teaching is the most basic form of talent training.In course teaching，teachers should do a good job in the selection and integration of teaching contents，the adoption of new teaching methods and the reform of other key links in teaching model so as to achieve the overall teaching effect and quality improvement.It is a problem that must be faced and solved to build first-class professional and first-class courses.In view of the fact that the course on the Principle of Food Engineering is strong in engineering and difficult to learn and to teach，the method of continuous improvement in course teaching is put forward.

Key words：engineering ability;Principle of Food Engineering;teaching model