面向工程能力培养的“食品装备实验”课程优化

李 阳，吴晓琴，陈启和，张 辉，陈士国

（浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州 310058）

0 引言

由教育部、工业和信息化部、中国工程院联合发布的《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0 的意见》，形成了以智能装备、人工智能、大数据等为代表的新工科建设计划，这是一次面向战略性新兴产业需求，变革工程教育领域人才培养模式的行动布局[1-2]。教育部启动的一流本科专业建设“双万计划”中明确要求，一流本科专业建设需不断完善协同育人和实践教学机制，优化人才培养机制，强化实践教学，不断提升人才培养的目标达成度和社会满意度[3]。工程教育专业认证要求人才培养以学生为中心，以能力达成为导向，并强调教学过程持续改进[4]。面对新一轮全球科技与产业变革，瞄准“双万计划”及工程教育对我国复合型工程人才的培养导向，新工科建设为高等工程教育的改革探索提供了一个全新视角和“中国方案”，也为高等学校学生工程能力培养提出了新的要求[5-6]。

食品装备是食品工业实现加工目的的重要工具，没有食品装备就无法形成食品工业，食品装备的更新与进步为食品工业开辟了广阔的发展空间。“十三五”期间，我国食品装备行业以“中国制造2025”发展纲要为指导，全面推进智能制造、绿色制造和优质制造，亟需高素质工程人才支撑食品装备技术进步及行业发展[7]。“食品装备实验”课程的优化与持续改进，作为浙江大学食品科学与工程专业实施一流本科专业建设及工程教育专业认证的重要环节，正为食品专业学生的工程能力培养探索新体系、新标准及新方法。

1 “食品装备实验”课程优化内涵

卓越工程师教育培养计划要求高校要以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心，重构课程体系和教学内容，加强跨专业、跨学科的复合型人才培养[8-9]。工程教育专业认证更是注重教育产出和实际成效，即毕业生的知识、能力和素质[10]，特别是工程能力和工程素质。

“食品装备实验”教学注重学生使用食品机械装备来解决食品生产中遇到的实际问题，特别是工程问题，并着重培养学生在食品工程领域分析问题及解决问题的能力[11]。“食品装备实验”课程针对目前食品专业学生工程安全意识缺乏，工程实践能力、工程设计能力及工程创新能力不足的现状，进行实验课程内容、课堂教学环节及考评体系改革，优化实验项目和实验技术及装备，强化“食品装备实验”课堂的各个关键节点，丰富课程考评维度，构建面向工程能力培养的“食品装备实验”课程体系。

“食品装备实验”课程优化内涵见图1。

图1 “食品装备实验”课程优化内涵

1.1 课程内容优化

（1） 优化实验项目。以项目制的实验代替以往单一的验证性及演示性实验，由浅入深地设置基础实验项目、单项实验项目、综合实验项目及创新实验项目。基于食品装备的水、电、气基础知识设置基础实验项目，包括食品装备用电基础实验、食品装备用水基础实验及食品装备用气基础实验。基于食品加工单元操作及相应装备设置单项实验项目，包括搅拌、均质、包装、粉碎、干燥、灌装、离心、杀菌、浓缩等食品加工技术及装备实验[12]。基于食品加工工艺所涉及的多台装备联合使用的特性设置综合性、探究性实验项目，使学生能运用食品装备实现食品新产品开发。基于食品装备应用广泛、实践性强的特点，以学术训练为导向，设置创新实验项目，孵化高质量学科竞赛项目、大学生科研训练计划（Student Research Training Program，SRTP） 项目及省创国创项目等，实现以赛促教，寓教于赛[13]。在多层次、体系化的实验项目中，食品装备及工程知识得以充分体现及实践，学生的工程实践能力、工程设计能力及工程创新能力得以全方位培养。

（2） 优化实验技术及装备。基于食品装备前沿技术的发展，将食品加工新技术及新装备引入“食品装备实验”教学中[14]，更新实验内容，如超高压技术、超微粉碎技术、非热杀菌技术、分子蒸馏技术、超临界流体萃取技术、超滤技术及相应的食品加工装备[15-16]。基于新技术新装备的优势及前期实验课程中学生对食品装备操作要点的反馈，简化实验流程，缩短实验操作等候时间，提高实验结果的可辨识性，提升实验课堂效率。

1.2 教学环节优化

在基础实验项目及单项实验项目教学中，改变以往简单地“演示+ 操作”的实验课堂教学形式，依据实验课堂教学的科学流程，重构课堂教学环节，依次设置6 个关键节点：自学、演示、操作、互评、操作优化、总结讨论。根据工程能力培养的要求，强化“食品装备实验”课堂的各个关键节点，丰富每一环节的内容及形式，形成“六节点强化训练模式”。

在自学环节，要求学生在上课前先自学相关资料，除实验指导手册外，录制每台装备的操作视频，形成实验指导手册加装备操作视频的自学资料库，不断优化完善自学资料的呈现形式。在演示环节，教师严格按照装备操作规范演示其操作流程，着重介绍装备运行过程中所涉及的工程知识。在操作环节，学生以小组为单位进行自主操作，做到安全、规范操作，并实现组间观摩学习。在互评环节，各组学生在自主操作及相互观摩学习的基础上，进行组间互评，交流心得体会。在操作优化环节，学生基于第一次操作经验及组间交流心得，优化实验流程并再次操作装备，做到自主且熟练地操作装备，并再次进行组间相互观摩学习。在总结讨论环节，总结装备操作经验和实验心得，讨论实验操作注意事项，进一步完善实验步骤[17]。

在综合实验项目及创新实验项目教学中，提倡学生基于已掌握的食品装备知识进行自主探索，要求学生自主选题并设计实验方案，以团队合作的形式开展实验项目，并打通课上课下环节，保证实验项目实施过程的连贯性。

1.3 考评体系优化

在传统的实验考评维度（如出勤、实验操作、实验报告等） 的基础上新增对于食品装备的“安全使用”“故障排除”“工艺创新”3 个维度的考评。以工程安全意识培养为着力点，设置食品装备安全使用考评维度，考核学生对实验操作安全要点、实验危险识别及处置能力，如高温、高压、低温、机械损伤等危险隐患，做到安全隐患全覆盖，并进一步考核学生对具体应急预案的掌握程度。以工程实践能力培养为着力点，设置食品装备故障排除考评维度，考核学生对实验原理、实验步骤的掌握程度，根据每台装备的技术特点，设置典型的故障排除点，要求学生能准确地识别及排除故障，并检验学生对实验突发情况的处置能力。以工程设计能力及工程创新能力培养为着力点，设置食品装备工艺创新考评维度，结合综合实验项目及创新实践项目，检验学生实验方案设计的完整性、科学性，依据实验结果考核实验项目的可操作性及完成程度，根据实验技术特点，综合评估实验的新颖性。

2 “食品装备实验”课程实施保障

2.1 场地及装备保障

浙江大学食品装备教学实验室占地面积220 m2，现有教学设备40 余台，总价值约200 万元，其中单价10 万元以上的食品加工中试生产设备6 台，有力支撑了“食品装备实验”课程对实践场地及装备的需求，且能依托智能食品加工技术与装备国家地方联合工程中心，开展教学及科研训练。通过对食品加工各单元操作设备的合理连接及重组，形成中试型的食品加工生产线，对培养学生解决食品加工生产中复杂工程问题的能力创造了有利条件。

2.2 科学合理的过程管理

实验教学的重复性、载体性及资源依赖性等特点使实验教学成为一项重在过程的教学工作[18]。科学合理的实验教学过程管理是一个多方面、多层次的体系，涉及到整体效果与具体流程的关系、管理系统内部与外界实施条件相互关联，需要从动态性、整体性及层次性原则出发，对实验教学过程管理进行最优设计[19]。

食品装备基础实验项目及单项实验项目的过程管理主要包括实验课堂上装备操作、故障排除及应急处置等，以解决具体工程问题为导向，有效改善以往实验教学“重结果、轻过程”的状况，实现教与学的紧密互动，促进实验教学过程中学生的工程能力稳步提升。综合实验项目及创新实验项目的过程管理包括开题报告、项目实施及结题答辩等，在具体的项目执行过程中贯彻“食品装备实验”课程的教学目标及理念，为学生工程创新能力的全面提升提供推动力和着力点。

3 结语

“食品装备实验”课程以工程能力培养为导向，通过构建多层次体系化的实验项目、六节点强化训练模式及三位一体的考评体系，全方位提升学生工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力。“食品装备实验”课程实施3 年来，浙江大学食品科学与工程专业毕业生质量稳步提高，近3 届毕业生就业率达到99%，国内深造率达到32%，出国深造率平均达到43%；有6 人次获得国家奖学金，9 人次获得省级优秀毕业生荣誉；有55 人次获得全国大学生食品工程虚拟仿真大赛、杜邦营养与健康两岸学生创新竞赛、烘焙食品创意大赛、中国传统食品创新大赛等全国性竞赛奖项。在新工科建设的大背景下，面向工程能力培养“食品装备实验”课程的优化与实施，是实现卓越工程师教育培养的有益尝试，也为当前我国食品工业发展亟需的工程性人才培养提供了有效的解决方案。