新工科背景下一流本科课程改革探讨——以《食品工程原理》为例

李霁昕，蒋玉梅，毕 阳，米 兰

（甘肃农业大学 食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070）

“新工科”概念是在复旦大学2017年举行的综合性高校工程教育发展战略研讨会上提出的，即：以新理念、新模式培养具有可持续竞争力的新型工程人才[1]。吴岩在“2019年国际机械工程教育大会”上进一步明确关于高校课程改革发展战略，明确了新工科建设指引，推进一流本科课程建设[2]。2019年10月，教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》指出人才培养的核心要素是课程，人才培养的质量直接由课程质量决定。如何提升课程质量、如何“面对新兴工科、完成科学、人文、工程各学科的相互交叉，培养综合性、复合型人才，铸就创新精神”已成为新工科背景下一流本科课程建设所必须解决的问题。本文以《食品工程原理》课程为例，让“以学生发展为中心”的教育理念走入课堂，对新形势下《食品工程原理》课程教学方式进行探讨，以期可以提升教学质量、满足“新工科”背景下对人才培养的要求。

1 《食品工程原理》的课程特点

《食品工程原理》课程是葡萄与葡萄酒工程专业、食品科学与工程专业的专业基础课程之一，课程核心是“三传理论”，即质量传递、热量传递和动量传递，介绍食品工程中单元操作的基本原理及其相关操作设备,为后续课程如《食品工程原理课程设计》、《食品工厂设计》、《食品机械与设备》的学习提供必要的理论知识，为将来学生从事食品机械设计提供坚实的基础。《食品工程原理》课程来源于《化工原理》，包含了化学、食品科学、物理学、高等数学、工程制图等课程的相关知识，涉及多学科交叉，是其前续课程与后续课程之间的桥梁与纽带,具有知识点繁杂、理论性强等特点[3]。我国许多食品学院均设在农业院校，以甘肃农业大学食品科学与工程学院为例，其食品科学与工程专业、葡萄与葡萄酒工程专业的学生均为农业院校中的工科专业学生，理工科基础相对薄弱，在《食品工程原理》课程学习过程中容易出现问题，尤其是畏难厌学、懒学，学习主动性不高的问题一直难以解决。在工程教育认证过程中，根据甘肃农业大学食品科学与工程专业自身情况，针对学生能力培养问题重新修订该课程的教学目标，要求学生完成该课程的学习后能够将数学、化学、食品工程原理等基础知识运用于食品加工单元的模拟与优化，了解工程研究方法，判断复杂食品工程问题的关键环节和参数，具有一定“过程与设备”的选择能力；能够根据生产中的不同要求，对各单元操作进行操作和调节，并在操作发生故障时，寻找产生故障的原因，具有一定的排除故障的能力；能够基于工程科学原理和数学模型方法表达复杂食品工程问题，了解过程强化的方向及改进设备的途径，针对食品生产过程进行分析运算求解，针对食品生产实际集成单元操作过程进行工艺流程设计，并对设计方案进行优化与改进，了解工程及食品的成本构成，理解其中涉及的工程管理原理与经济决策和方法。这对于学生的学习能力与主动性提出了更高的要求，而如何解决学生赖学、怠学问题，调动学生的主动性就成了老师面临的新挑战。

2 转变理念，“以学生发展为中心”

要解决学生赖学、怠学的问题，调动学生的主动性，首先要做到“以学生发展为中心”。“以学生发展为中心”，就是以学生为本，具体到一门课程中，就先要在授课过程中“以学生为中心”。传统的“以教师为中心”的教学倾向于集权型组织，效率较高，但无法发掘学生的创造性思维，不能充分激励学生发挥主动性思维，知识再创造的可能性被大大降低[4]。教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》中明确指出要杜绝单纯知识传递、忽视能力素质培养的现象；要强化课堂的互动，改变“老师讲、学生听”僵硬的教学模式，发挥老师和学生、学生和学生之间的互动性，通过交流沟通，进一步加强队学生批判性思维的培养，开发学生的创新性。而“以学生为中心”的教育理念具有人本性、自主性、引导性和差异性，从学生的发展着手，激发学生的学习兴趣，通过强化学生学习的内部动机，充分调动学生学习的积极性，最大限度地发挥学生的主观能动性，从多维度促进学生和谐发展[5]。

“以学生发展为中心”需要高等院校的管理、服务、课堂管理模式、教师教学方法及教、学评价手段等多方面的协调与支持。食品科学与工程专业在工程教育认证过程中完成了对教学大纲的修改，转变了教学的目的与任务，将教学的重心放在“学”而不是“教”。教师也需要从绝对权威的“教”，转而与学生拉近距离，变为“启发”、“讨论”为主。将教师放在“指导”与“引导”的位置，提高了对教师的要求，教师需要针对课程的性质与特色，对传统的教学模式做一定的改动。

3 运用“以学生为中心”教学理念，探讨《食品工程原理》课程改革

3.1 利用案例教学，激发学生学习热情，提高学生学习主动性

“案例”教学法是一种运用案例进行教学的方法。在教学过程中，要求根据教学大纲规定的教学目的和要求选择特定的案例，在教师的指导下由学生提前进行阅读思考，然后教师和学生共同对案例进行分析讨论，引导学生通过案例去寻找实现途径等[6]。案例教学的一个特点就是不在乎是否可以得到正确答案，重点在于推导答案的思考过程。《食品工程原理》是一门应用型的基础课程，是将实验室的科学实验结果转化为工业生产结果的桥梁性课程。食品的种类五花八门，食品加工工艺千变万化，实现的途径多种多样，这有利于实施案例教学，培养学生的批判性思维。批判性思维的形成有利于创新型人才的成长，学生可以进行批判性思维，但其批判性思维的能力需要通过教师有技巧的教学去加强[7]。

案例教学有助于树立学生的工程观念，以食品加工生产中的真实单元操作或系统为案例，引导学生分析讨论，根据产品性质和工艺要求，通过分析计算，判断设备、系统、工艺设计选择的是否合适，分析设备选型的依据，推导优化集成系统。通过案例分析，将理论课与实践相结合，一方面可激发学生的学习兴趣，培养学生主动学习的能力及批判性思维的习惯，挖掘学生的创造性潜能和创新意识。另一方面可以培养学生将数学、物理学、工程基础、化学及食品科学的相关知识运用于解决复杂的食品工程问题的能力；应用数学、物理学、工程基础、化学及食品科学的基本原理，判断并发现复杂食品工程问题中的关键环节和参数、调节各单元操作，发现并排除故障、改进设备；帮助学生更好的了解食品生产中涉及的各种单元操作，并掌握单元操作过程的基本规律；了解工程研究方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。

3.2 结合研究性学习，培养创造性人才

研究性学习可使学生自觉完成理论向实践的转化，驱动学生自主学习，培养学生综合分析解决问题的能力，发掘其创造潜力。研究性学习倡导的是一种新的学习方式，它强调学生的主动学习，强调探索性学习，根据学生的专业知识，联系学生的个人生活和其所观察接触的社会生活，选择和确定研究项目，并通过个人或小组合作的方式进行[8]。传统《食品工程原理》课程教学中以理论课为主，结合一定学时的课程实验或课程设计，学生被动学习，动手能力较差，无法独立承担相关任务，毕业入职后需要经历再培训。现代大学同时承担着人才培养、科学研究和社会服务的任务，利用这一先天优势，将人才培养与科学研究结合起来，鼓励本科生以自由小组的模式参与科学研究，进行研究性学习，即根据要解决的问题寻求任务，由学生自己解决问题。任务可由教师布置，也可由学生自己寻找其感兴趣又有意义的问题。学习过程中，教师身份主要是指导者与评价者，而由学生担任组织、管理、研究的角色。在任务完成的过程中，学生为解决问题主动探索研究、不断发现问题并解决问题，在此过程中获取知识，并应用这些知识解决问题，将被动学习变为主动学习，完成知识的积累并获取实践经验，将所学理论与实践相结合，在巩固加强专业知识的同时，从社会经验积累、团队协作等方面全方位培养学生能力，开拓学生的视野与思维，为培养创造性人才打下坚实的基础。

3.3 混合式教学

2017年，甘肃农业大学搭建了混合式教学平台，基于互联网的使用可以让在线课程轻松融合文字、动画、视频、虚拟仿真实验等资源。对于《食品工程原理》这类原理类的课程来说，动画、视频在课程中的应用对于教、学双方都裨益良多。单纯的用文字、图片去形容讲解设备安装工作的原理往往晦涩难懂，而动画、视频却能够轻松的解决这一问题，通过形、色、音全方位的刺激学生的反射系统，激发学生自主学习的兴趣，引导学生学会辩证的思考问题。线上线下结合，有利于师生的互动交流，保障信息的及时反馈。混合式教学平台的搭建基于互联网，适应于“互联网+”时代学生学习的需求。利用互联网，优化整合网上的相关信息、资料、资源，有效解决网上信息资源鱼龙混杂，学生无法精准有效的筛选资源信息的问题，为学生提供大量的、优质的相关课程网络学习资源。同时，利用混合式教学平台，将学生的自主学习纳入教师的监控，教师可以及时的从平台反馈的数据中了解学生学习中的兴趣点及问题，对学生的自主学习提供有针对性、有目标性的指导帮助，在激发学生起学习的积极性、带动学生强烈的求知欲的同时起到引领示范作用，有效提高学生的学习效率与效果。

3.4 虚拟仿真实验平台的应用

虚拟仿真技术是网络技术迅猛发展的产物，运用多媒体、人 工智能、虚拟现实、增强现实等先进的信息技术，营造出与真实实验场景、操作环节一致的软硬件环境[9]。一些食品工程原理课程实验项目耗时长，受教学课时及学生时间的限制，不能进行实验项目的重复操作，不利于学生对实验设备、原理及操作的熟悉；一些项目危险性比较大，学生还未熟悉仪器设备就直接上手操作，安全隐患较大，对于实验安全维护的压力也比较大；还有一些设备结构比较复杂或卸不便，学生也难以通过外观了解其内部结构；而由于设备本身重量、设备占地面积及教学经费等多方面问题的影响，一些实验项目不能在实验课程中开出。引入虚拟仿真实验教学平台，可以有效的解决上述食品工程原理课程实验中的问题，先在虚拟仿真实验平台上反复操作，熟悉实验设备和实验流程，制定切实有效的实验方案，让实操实验变成学生对虚拟实验结果的重复与论证，节约了实验时间，降低了实验的危险性；食品工程原理虚拟仿真实验可以通过三维动画模拟实验设备的组成部分和内部结构，并有简单有趣的设备安装链接练习动画，将抽象的理论知识形象化、具体化，增加了实验的真实性与趣味性，有利于学生学习掌握实验设备的结构及操作原理；对于一些因实验条件限制难以开出的食品工程原理课程实验项目，可以先利用虚拟仿真实验平台进行实验教学，真正做到虚实结合，互相补充。

虚拟仿真实验平台的应用，也是应对突发重大事件的有效武器。2020年新型冠状病毒肺炎的突然爆发，我国高校普遍推迟2020年春季开学时间，教育部发起“听课不停学”的号召，各高校纷纷开展线上教学，实验课教学遇到了前所未有的困难。面对这一情况，不少虚拟仿真实验教学平台在疫情期间免费向高校提供教学资源，尤其是云资源，保障了食品工程原理课程实验在疫情期间有效有序的进行，有效的帮助学生完成食品工程原理理论知识的巩固和深化，让学生工程实践能力进一步得到了锻炼，完成了实验课程对理论课程的补充与深化。

4 结语

习近平总书记2018年在北京大学师生座谈会上的讲话中指出：人才培养体系必须立足于培养什么人、怎样培养人这个根本问题来建设[10]。人才培养涉及方方面面，而“教学”这个方面就是老师的战场。社会在进步，行业在发展，食品市场日新月异，食品生产技术不断革新，为食品相关专业培养人才而设置的《食品工程原理》课程的教学也需要与时俱进,不断更新改革。