研究型毕业设计在食品专业人才培养中的教学改革与实践——以昆明理工大学食品科学与工程专业为例

程桂广，蔡圣宝，项 波，曹建新，赵天瑞

(昆明理工大学 农业与食品学院，云南 昆明 650500)

大学本科工科毕业设计是培养学生综合应用所学知识进行项目设计，实现工程师的综合训练，培养学生设计能力与创新力最重要的教学环节.毕业设计的内容要求较为全面，以昆明理工大学食品科学与工程专业为例，包括了产业(项目)背景综述、厂址选择、工艺技术论证、设计计算、绘图、环境保护、技术经济分析等内容，学生提交的设计成果包括设计说明书和图纸.项目的设计成果应体现先进性、可靠性、可行性、实用性和经济性等.

多年来，很多学校在工科毕业设计的教学中进行了有益的改革创新，力求提高毕业设计的质量，满足科学技术与产业进步的要求.但是存在的问题依然不少，其中一类问题就是设计选题，存在的问题有：毕业设计选题老旧、缺乏时效性、重复率高、综合应用知识的能力较差、设计深度不够、内容平平常常和缺乏创新[1-2]；设计选题不当不科学，题目设计不合理不能引起学生的兴趣，有的题目过宽过大学生难以完成，有的过于简单则达不到工作量和工作难度的要求[3-4]；有的题目与实际结合不紧密，应用性不强，学生的积极性不高[1,5-6].这些问题的根本都集中在选题上，即是否能够为学生提供具有时代科技水平，与产业水平相结合，与专业和科研相结合的设计题目.

在毕业设计选题上，就题目来源而言，分为生产实际、科研、自拟课题3种类型.教学要求应尽量选择与生产、科学研究课题相结合的现实题目，亦可自拟题目.所谓自拟课题就是单纯从完成教学任务的角度出发，结合专业和产业水平现状，由指导教师拟定题目发给学生来做，直观地称为假题真做.从目前的情况看，大多数院校的大多数专业所进行的毕业设计属于自拟课题的工程设计.来源于生产的题目就是典型的真题真做，也就是要设计一个工厂或者某种产品生产线，这不是每个专业每个教师都能具有的条件.来源于科研的题目，也就是以教师的科研项目研究成果为基础，以科研项目合作企业为背景，将研究成果应用于工程设计中，这就是研究型毕业设计.

研究型毕业设计是以研究类课题的技术研究结果为重要依据，结合食品工程原理与工厂客观需求，培养学生在实践过程中主动思考、自主实践与自主创新精神，并充分利用职业知识，提高分析能力、创新能力及综合素质的一种教学模式[7-8].客观上，学生的毕业设计不可能直接应用于施工图设计，也就是不可能达到生产实际的设计水平与要求，那么，研究型毕业设计则是最接近于真实工程设计的教学方法.

1 食品专业研究型毕业设计课题的创建

毕业设计的题目来源及选题是关系到设计教学质量的关键环节[9].食品工业的特点之一是产品种类多，市场变化快，这个市场变化的推动力就是产品创新.与许多的工科专业相比，食品科学与工程专业的一个重要特点在于基础理论较为集中，研究的内容较为广泛，具有原材料多样化与生产工艺多样化的特点[10]；再一个就是食品开发的研究条件较容易实现，多数院校的食品专业都具有相对完善的基础实验与研究所需的仪器设备.但是，传统的毕业设计选题范围窄而陈旧[1,10]，开展研究型毕业设计的比例并不高，同学们做的毕业设计与真实的工厂设计相比差距还很大.解决问题的方法在于：一是在教研活动中注重开展毕业设计教学方式的集体探讨与创新，二是鼓励每一位教师积极在教学科研中认真设计每一组学生的毕业设计课题，创建研究型毕业设计.

结合食品专业知识结构与食品产业的特点，研究型毕业设计课题的创建包括但不限于图1所示的途径，就图1所属的4个选题途径分别阐述如下.

图1 毕业设计题目的构建

1.1 结合教师的科研项目

教师的研究项目本身凝聚了教师的知识素养与思想结晶，具备一定的前瞻性和应用性[11].在教学与科研工作中，教师的基金课题或多或少与产业有关，而国家科技计划到省市的科技计划项目、以及企业委托开发的横向课题都是典型的产学研课题，这些课题的目的就是要实现技术与产品创新，促进食品工业与农业生产的共同发展.基于农业产业的快速发展对食品工业提出的研发要求，多数教师都承担了一项或是几项产业化开发课题，应充分利用好这样的产业化开发课题，首先将本科生安排在项目研究过程中进行科研工作的培养，再指导他们将研究成果进行工厂化设计，实现真题真做，实现教学与科研有机结合的研究型毕业设计.

1.2 结合学生的大创项目

在大学里，从以前的“学生课外科技活动”，到现在的“大学生创新创业项目”、“互联网+大学生创新创业大赛”等科研活动，其目的一是培养学生的研究能力，二是锻炼学生的实践能力与创新精神.在“大众创业，万众创新”的精神指引下，大学里的研究学习风气非常浓厚，还有各种专业、专题的设计大赛等，这些过程都为学生的毕业设计提供了宝贵的素材.这类毕业设计选题有利于推进理论教学与实践教学的统一，有利于实践命题与教学需要的统一[11].关键在于如何指导并使其升华.

学生的各种科技活动多数是以小组为团队进行的，其题目内容通常有2种来源，一是产生于学生的创新思维，二是来自于专业指导教师的指导.不论何种途径，总体上在思考项目课题时都考虑到了课题需要研究解决的问题以及可能产生的良好效果与创新，具有较好的实践价值，学生的兴趣较为强烈，同时又能够培养学生的团队协作精神[7,11].因此，指导教师要与同学们仔细探讨项目，对每一个项目都认真引导同学们深入理论学习，并结合食品项目易于动手实验实践的特点，努力为同学们提供研究条件，并在可能的条件下带学生到相关工厂进行参观学习，以丰富同学们的知识面，提升同学们在创业环节的知识能力，探讨产业化的可行性方案，这也就为研究型设计打下了良好的基础.

1.3 围绕学科及产业发展方向选题

确定毕业设计内容应充分考虑食品科学与工程专业的知识结构，围绕学科与产业发展方向，重视选题的合理性[12].在设计选题时，宏观上要结合学科与产业发展方向，同时应结合区域内产业现状与发展趋势开展教学，体现知识技术的时代性.这一点似乎容易做到，那就是将科学研究与产业发展的研究文章、各种文献资料与产业技术进步作一个学习总结，然后再灌输给学生，也就与时俱进了.但是，作为应用学科的专业，应该对科学理论与技术的发展有一个全面的认识了解，密切关注产业发展所面临的需求，发现问题并加以研究，也就是体现预见性，选择必要的课题，带领学生进行预研究.有了一定的研究成果，可以与企业联系起来，进行深入研究，引领产业技术进步.这样的题目不仅可以深入到设计专题，更能启发学生的创新思维，培养学生的创新能力.

2 昆明理工大学食品专业研究型毕业设计的改革与实践

2.1 研究型毕业设计的过程设计

根据前述3种途径选择的设计课题，首先就是要进行技术研究，开展从原料到产品的工艺过程实验，再将实验结果与食品工程原理和工业生产结合起来，进行工程项目的设计.整个教学过程可按图2所示的4个步骤进行.

图2 研究型毕业设计的4个阶段

第1阶段 实验室研究.给学生下发课题后，要求学生查阅专业书籍和论文，系统学习产品工艺及最新研究成果，设计自己的实验方案，方案提出后，指导教师与学生一起探讨，确定实验方案，准备实验材料与仪器设备，指导学生有序开展实验，获得实验室研究的工艺数据.这一过程的主要目的在于通过实验过程中不同工艺技术的对比、工艺参数的优选以及产品配方的设计，培养学生的创新思维与科学素养.

第2阶段 初步设计.结合工厂实际(产能、品种、品质)编制设计任务书，要求学生按照食品工厂设计的相关规范，结合各种产品的工艺特点及产品标准，以自己实验研究得到的工艺参数为主要计算依据，进行物料计算与设备选型，做出符合产能与质量要求的工艺流程设计，绘制工艺流程图，并做出车间平面布置图.

第3阶段 工厂实习.在学生做出了基本的生产工艺流程图，初步做出一个相对合理的生产车间平面布置图后，再带领学生到工厂进行实习.此时，让学生带着自己的设计资料到车间去，让学生自己去核对证实各环节的工艺技术、工艺参数、配套设备与性能，在工厂学习中得到工程师及学校带队教师的共同指导，获得生产中的第一手资料，使得理论研究与工业生产结合起来.

第4阶段 修改和完成设计.在完成工厂实习回到学校后，指导学生及时整理分析工厂技术水平与研究成果及最新水平的差异，再次回到实验室对实验结果与生产的差异进行验证，研制新产品，研讨技术创新，然后修改和完成自己的毕业设计，并在设计中体现自己的创新点.

2.2 昆明理工大学食品专业研究型毕业设计的改革与实践

基于科研服务于企业的产学研思想，2017届的毕业设计，结合教师的产业化研发课题，给一个组的学生安排了“年产2 000～4 000 t食品级酪蛋白生产工艺设计”；2018届，结合企业委托开发的横向课题，安排了“年产300～500 t口服液工厂工艺设计”、“年产300～500 t压片糖果生产工艺设计”和“年产200～500 t速溶茶工厂工艺设计”，共3个小组.整个教学过程按上述4个步骤进行.以速溶茶工厂设计为例，具体过程简要阐述如下.

速溶茶小组安排了3名学生，子课题以所用原料不同分别为普洱茶、绿茶和红茶.首先，学生在文献研读后，整理技术资料，提出实验方案，经过指导教师的检查指导，开展实验.实验研究了不同茶叶提取的最佳温度、料液比、提取次数与时间、茶汤净化方法、茶汤浓缩方法与技术参数、浓缩茶液的喷雾干燥与冷冻干燥，得到较为详实的工艺技术与技术参数.在此基础上，指导学生按一定的生产能力进行工厂化设计，进行物理计算和设备选型，绘制出生产工艺流程图和生产车间平面布置图.然后，在同学们有了一定设计成果的前提下，带领学生到工厂实习，在实习中了解工业化设备并熟悉其工作原理、安装与操作，通过对提取罐提取、高速离心净化与超滤膜过滤、反渗透膜浓缩、真空蒸发浓缩的学习掌握，仔细对比实验室与工厂生产在设备与操作上的差异，并学习工厂的食品质量安全管理，车间布置设计与全场总平面设计，环节保护与污水处理.最后，实习结束回到学校，对原来的实验进行修正补充，完成配方与工艺的最终确定，测定产品的水分、茶多酚、咖啡因、灰分、微生物等相关指标，同学们自然地能够将原来的初步设计进行修改、补充和完善，做出更为合理且具有合理创新的项目设计.

3 研究型毕业设计的实施效果

研究型毕业设计的实施取得了良好的教学效果，具体有以下几点.

3.1 真实性强，学生积极性高

研究型课题的实施，学生明确实验研究的内容或相关产品企业确实在生产，企业需要解决生产中的技术问题，开发新产品，学生能够参与到研究中，深刻体会学以致用，又能与教师一起接触工业社会，真实性强，学生在学习探究的工作中表现出非常高的主观能动性.

3.2 设计基础扎实，工作效率较高

在班级的毕业设计中，全体同学都学习了同样的课程，看过同样或同类型的工厂，不同小组按自己的课题开始做设计，这些环节都是相同的.不同的是，研究型小组在设计中，不仅亲自实践了产品的各个工艺工程，还较为准确地研究了工艺参数，通过实验体会和发现生产工艺的关键点和难点，这些都能直接应用到毕业设计中，因此，他们的设计基础更为扎实，能够把握设计过程，对设计成果具有十足的信心，工作效率高，设计质量好.

3.3 实验→生产→检验，工程训练完整

一般认为，实验研究也就是停留在理论上.但是，如果实验研究是带着企业生产研发的目的要求出发，实验研究就具有了实用性，具备了实实在在的工程性质.在执行这样的课题过程中，将学生的培养融合在实验研究、生产设计到产品检验的完整过程中，使学生得到工程师的综合训练，培养了学生解决复杂工程问题的能力.

3.4 产学研结合，提高学生创新力

产学研结合，其中的“学”主要就在于人才培养，人才的培养是社会进步的循环推动力.研究型毕业设计，将科研活动、科研成果、实践教学与工业社会有机地结合起来，科研来自于生产，科研成果转化为宝贵的教学资源，从而使毕业设计的创新性和应用性得到更好的体现，能够有效提高学生的创新力[11,13-15].

毕业设计教学环节是综合性的实践教学活动，具有突出的“过程性”特点[16]，教学周期长，内容要求多.在毕业设计工作中，教师应力求搭建科技创新实训平台，实现设计选题多样化[17].研究型毕业设计不仅可使学生综合运用所学过的知识和技能解决实际问题，还训练学生如何学习、钻研、探索的科学方法，提供学生自主学习、科学选择、自主完成工作的机会，从而实现工程师的综合训练.如果能够结合学科特点合理地在毕业环节中结合实际课题开展研究型毕业设计，不仅工作内容真实而完整，又能更好地锻炼学生解决复杂工程问题的能力，实现高质量研究型工程人才培养，达成更高的教学目标.