基于培养工程技术人才的食品科学与工程专业生产实践教学改革探索

姚沛琳，雷柠檬，殷勤，赵宏，张兴桃

当前，食品行业正朝着专业化、规模化发展，已成为我国现代工业体系的第一大产业.在人才需求上，需要更多高素质、高技术、高技能的应用型人才，因此培养能够引领未来食品产业发展的工程实践能力和创新能力强的食品科学与工程专业人才迫在眉睫［1］.自2017年以来，教育部积极推进新工科建设，并且不断地再深化、再拓展、再突破，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式，助力高等工程教育强国建设［2］，立足于培养工程实践和创新能力强、具有国际竞争力的卓越工程技术人才.

作为一所地方高校，食品科学与工程专业立足地方和区域经济发展需要，紧紧围绕“地方性、应用型”的办学定位，依据“实基础、强能力、高素质”应用型本科人才培养总目标，根据皖北农业大区、资源大区的特点，实施产学研及工学结合的应用型人才培养模式.在新形势下，如何创新人才培养模式，培养适应地方经济发展和现代食品工业需求的卓越工程技术人才，成为地方高校亟待解决的问题.

本研究以“新工科”建设为背景，以提高学生工程实践能力为目标，探索食品科学与工程专业生产实践教学新模式，以期解决生产实践教学存在的问题，为地方应用型高校生产实践教学改革提供借鉴.

1 食品科学与工程专业生产实践教学面临的问题和解决措施

现代食品工业发展迅速，信息技术不断融入到食品产业中，对生产工艺、设备操作、企业管理等产生了巨大影响，与传统家庭作坊式生产有着显著差异，自动化、智能化、复杂化水平不断提升，科技创新已经成为产业发展的助推器和强大支撑力［3］.这些现状都对食品专业工程技术人才培养提出了新的要求，其中生产实践教学是学生将理论知识转化为实践能力，培养学生工程思维，了解真实食品加工生产过程的重要环节.但由于受时间、空间、基础条件的限制，导致培养的学生工程实践能力差，创新能力薄弱，跨界融合能力欠缺，难以适应食品产业发展需求.

1.1 面临的问题

（1）课程实践教学设备落后.根据本专业课程实践教学要求，已在实验室建造了啤酒酿造、饮料加工、果蔬加工等小规模的生产线，同时结合工厂参观的方法开展此类课程的实践教学.随着现代食品工业的发展，绿色制造、3D打印、人工智能等先进技术不断融入到食品产业中，现代化食品工厂生产采用计算机中央化控制，已不再是单元设备的简单连接［4］.而实验室小型生产线采用的是单元设备的简单连接，生产流程无法实现自动化连续生产，需要人工进行衔接，导致学生难以对整个食品加工工艺流程系统、全面地认识，造成学生掌握的技能与实际生产环境严重脱节，满足不了现阶段食品工业发展所需的工程能力.

（2）工厂实践过程学生参与度低.本专业生产实习主要采用“工厂实习”的教学模式，时间一般为1周.实习时间短，食品企业出于卫生及安全等因素的考虑，很难给每位学生安排到具体岗位.本专业学生数量大，可用于专业生产实习的企业少，企业接纳能力有限.学生进入企业后，往往安排学生进行现场参观，走马观花地看一下企业的生产工艺，安排有经验的工人给学生做讲座，或者让学生参与简单的生产活动.现代食品加工设备自动化、连续化程度高，内部结构更加复杂，如果学生不深入生产一线亲自对设备进行拆分，很难了解其内部构造和工作原理，对生产工艺，以及产品质量控制方法也只能停留在理论层面.这种模式的生产实习，导致学生在课堂上学习的理论知识转化率低，难以在实践中发现问题和解决问题，部分学生会产生“学习无用论”的想法.

在传统生产实践教学中，由于学生人数多，实践岗位过于分散，指导教师少，不能对每一位学生的实习情况进行全面了解，往往通过考勤和实习报告进行评价，这种评价模式不能客观评价学生的真实表现，无法激发学生的参与积极性［5］.学生在实习中主要以完成实习报告为主，不注重实习过程，达不到专业生产实习的教学目标.工厂实习如同“企业游记”，学生的工程实践能力得不到提升，违背了工程化人才培养的初衷.

1.2 相应解决措施

针对上述教学中存在的设备落后问题，可以采用食品科学领域的最新工艺，并且将新装备和新技术相结合.同时学院内部必须加大对设备和仪器的支持力度，引进最新设备，以新生产工艺和生产设备为教学样本和模型，融入虚拟仿真实验，使学生掌握最前沿的食品加工工艺和现代化、数字化连续加工装备.在学生参与度问题上，通过将实验操作和软件视频相融合，针对复杂的设备以“Flash动画+讲解”的方式，详细介绍仪器设备的构成、工作原理、内部元器件运行等形式，积极引导学生投入到学习实践中去，提升学习兴趣和积极性.

2 生产实践教学改革

2.1 优化人才培养方案

在最新版的人才培养方案中，对本专业实践教学环节进行了较大的改革，在总学时不变的情况下，减少了部分理论课程学时，增加了实践类课程学时.同时，减少了验证型实验，增加了综合型、设计型、研究型实验比例，特别是专业核心课程，其配套实验课修改成综合性实训及设计类（如食品机械与设备实验及设计、食品工程原理实训与设计、食品加工工艺综合实训、食品发酵及酿造综合实训、食品安全检测综合实训等）.

在实验课的考核评价方面，加大过程考核比例，主要从设计和操作两方面打分.课前让学生知晓每个部分的评分要点，以小组为单位自行文献查阅，基于现有条件设计实验方案.课堂上，教师主要从学生的动手积极性和操作规范性两方面对学生的操作部分进行考核.同时，以专业实验课为依托，引入劳动教育，强调专业能力与综合素质考核并重，强化实践体验，让学生亲历劳动过程，提升育人的实效性.

2.2 建设虚拟仿真实验平台

当前“互联网+教育”发展迅速，随着信息教育与传统教育的深度融合，逐渐形成了“智能+教育”模式，其中虚拟仿真实验教学是重要实践成果之一［6］.虚拟仿真实验教学是在非现实情景下进行的实验教学活动，可以完成现实条件无法完成的实践教学，具有沉浸性、虚幻性、逼真性和交互性等特点［7］.利用虚拟仿真技术，构建虚拟现代化食品加工实践与创新平台，可以让学生足不出户“参观”现代化食品工厂，“实操”生产过程，深化学生对理论知识的理解，提高学生对食品生产的认知，与专业实习中的工厂实践取长补短，起到“以虚补实、以实验虚”的效果.

本专业已搭建集知识学习、工厂虚拟实践、考试考核为一体的乳制品生产厂3D现实虚拟仿真实验平台，目前该系统已经初步用于食品科学与工程专业实习的辅助教学.由于乳制品生产对卫生要求极为严格，生产工艺复杂，生产周期较长，课堂无法提供直观体验，工厂实践无法深入生产一线，因此借助虚拟仿真实验平台，采用线上线下混合式教学模式对生产实践教学进行了改革创新，可以填补课堂教学、实验室小规模生产和真实工厂生产之间的差异，提高学生的工程实践能力.

2.2.1 基于虚拟仿真实验平台的生产实践教学创新理念

（1）沉浸式场景增强学习效果.以酸奶生产为例，借助虚拟仿真技术，1∶1还原了酸奶工厂生产场景，学生可以在3D场景下由虚拟人物导航进行沉浸式学习，场景布置逼真，学生可以多角度观察厂区、车间布局，物料走向，设备结构.给虚拟人物配备Flash动画加讲解，按照酸奶生产工艺对酸奶知识点进行讲解，带领学生犹如真实地游走在生产一线.通过这种沉浸式场景学习可以让每位学生直观地体验现代化食品工厂的生产，引导学生把理论知识向实践转化，增强学习效果.

（2）虚实结合克服生产实践教学难题.虚拟仿真实验软件融入与时俱进的生产工艺，数字化连续加工装备，让学生掌握最前沿的生产技术.学生可以足不出户在虚拟场景中参观工厂，学习知识点，操作生产设备，解决了在真实工厂实习中无法深入生产一线实际操作的问题，能够让学生真正掌握食品生产的操作要点.

（3）多样化评价体系考察学生的学习效果.生产实践教学效果的考核要以过程考核为主，这样才能真正培养学生的实践技能和创新能力.虚拟仿真软件把考核方式设置成了类似于游戏的闯关模式，不仅增强了其趣味性，更能体现出其独特的过程考核优势.在单机练习模式下，学生可以按照生产工艺顺序自行完成各知识点的学习，最后可以通过操作质量评分系统看到自己各知识点的得分情况，对于薄弱的环节，可以反复练习（图1）.在局域网模式下，每位教师和学生都具有独立账号，教师端可以设置考核内容，考核结束后，每位学生的成绩以排位赛的形式揭晓.教师可以看到每位学生的操作情况，了解学生的学习效果，及时帮助学生查缺补漏.

图1 酸奶仿真系统的质量操作评分系统

2.2.2 基于虚拟仿真实验平台的生产实践教学设计

以酸奶加工为例，基于虚拟仿真实验平台的生产实践教学首先建立在课堂教学和线下实验教学基础之上.在课堂教学中，通过教师的讲授，学生需要掌握酸奶加工工艺流程和要点.在线下实验教学中，通过实验室小型酸奶生产线，锻炼学生的实验操作能力和团队协作能力.完成课堂教学和线下实验教学学时后，在虚拟仿真实验平台上开展酸奶的生产实践教学，虚拟仿真实验设计架构如图2所示.

图2 虚拟仿真实验设计构架

在虚拟仿真实验平台，首先指导学生完成GMP规范认知的相关知识点，然后在虚拟人物的提示下，在3D场景完成更换工作服、清洗消毒等进入生产线前的卫生管理步骤，加深学生对食品工厂卫生管理知识点的理解和记忆.“生产实践”模块下有“认知学习”和“闯关挑战”两部分内容.在“认知学习”部分，首先，让学生操纵虚拟人物在厂区中漫游，了解工厂布局，并要求学生手绘出工厂平面布局图.其次，操纵虚拟人物在车间漫游，了解车间布局，并手绘出车间平面布局图.最后，让学生按照工艺流程依次学习酸奶加工工序.每个工序里包含的操作要点和关键设备采用Flash动画的形式由虚拟人物进行讲解，生动形象，引人入胜.在“闯关挑战”部分，主要包括两部分内容：一部分是每学完一个工序，完成相应知识点的习题作答，再进入下一个工序的学习；另一部分是通过电脑按键控制设备启停，完成参数设置.借助虚拟仿真实验平台可以让学生熟悉工厂环境，为接下来的工厂实习及毕业设计做准备.

2.3 深化校企合作

习近平总书记在十九大报告中指出，“完善职业教育和培训体系，深化产教融合、校企合作.加快一流大学和一流学科建设，实现高等教育内涵式发展”［8］.作为地方应用型高水平大学建设单位，食品科学与工程专业积极探索“产-学-研”人才培养模式，让社会力量参与专业建设，鼓励教师走进企业，邀请企业优秀人才走进课堂，开展校地联合科创行动，让学生参与教师与企业合作的横向课题，探索并构建多样化的校企合作模式.

作为地方应用型本科院校，学校、企业、地方三方互利共赢是校企合作的前提，食品科学与工程专业围绕宿州市地方经济和食品产业发展需求，与企业在人才培养、实习基地建设、成果转化、科技创新等方面开展深度合作［9-10］.宿州市食品产业主要以水果制品加工、粮油加工、肉制品加工、焙烤类食品加工为主.基于上述主导产业，与相关信誉效益良好的企业建立了稳固的实践教育基地，开展认知实习、专业实习、毕业实习等实践教学，教学内容以企业需求为切入点，提高培养人才的针对性和实效性，继而为企业输送优秀毕业生.把企业的技术需求与高校的人才优势紧密结合，取长补短，不仅可以培养出实践和创新能力强的学生，还可以加快产业转型升级，助力地方经济高质量发展，实现三方共赢.

2.4 建设应用型、多元化师资队伍

建设应用型、多元化师资队伍是提高学生工程实践能力，培养应用型人才的基础和前提［9］.由于大多数教师都是毕业后直接进入高校任职，缺少企业工作经验，工程实践能力薄弱，专业知识与实际生产脱节.因此，采用“走出去+请进来”模式建设应用型、多元化师资队伍.“走出去”即鼓励专业教师去企业挂职锻炼或与企业合作项目.目前，我院专业核心课教师均具有不少于180天的企业挂职锻炼经历，2021年与企业合作的项目数量达到15项，成果转化2项，取得了突破性进展.加强“双师型”教师队伍建设，60%的教师被认定为“双师型”教师.“请进来”即积极邀请食品企业优秀管理人员、技术人员、一线工人走进课堂，参与指导食品专业的实践教学.目前，食品科学与工程专业具有5门校企合作课程，1门行业共建课程，实现教学与生产对接，学生创新的源泉来源于企业的难题，我院学子在安徽省食品创新设计大赛中屡创佳绩，将高校服务地方工作落到实处.

3 讨论与展望

未来的食品科学与工程专业人才需要多方位培养，因而对教学资源与新技术等提出了更多的要求，例如可以把科研创新平台、信息数据库资源、企业教学实践机会等措施相结合.教学团队积极拓展各类资源，开拓学生对本学科的认知学习和课程实践学习.此外，还需要积极调动企业、社会和国际等多方资源，积极将高端科研资源融入到教学资源中来.在未来食品人才培养中，产教融合、科教融合趋势越发明显，科研产业的资源优势向教学资源的转化将逐步成为食品教育发展的源生动力.

3.1 讨论

传统的生产实践教学通常在线下完成，受时间和空间制约较大.信息技术的快速发展改变了传统教育方式，虚拟仿真技术为生产实践教学注入了新的活力，学生可以不受场地、时间及器材等因素的限制，通过反复实践操作来验证学习效果，巩固学习内容.传统的实践教学模式会逐渐与先进的虚拟仿真技术相结合，混合式教学模式将在生产实践教学中占据主导地位，为弥补传统实践教学的不足与局限提供了新的思路和解决方案［5，11］.

3.2 展望

3.2.1 校地企联合教学越发重要

地方高校与地方经济发展有着密切联系，地方高校承担着为地方输送针对性人才的重要任务，是地方经济建设中不可缺少的重要力量.在新的时代形势下，作为地方高校的食品科学与工程专业，要以地方食品产业为依托，围绕地方经济和食品产业发展需求，与地方食品企业共建科研创新平台、产业实践机会，积极将丰富的社会资源转化为教学资源［12］.在对学生的工程实践能力培养中，产教融合趋势越发明显，产业优势向教学资源转化将逐步成为生产实践教育的内生动力.

3.2.2 工程素养日益强化

食品科学与工程专业是一门应用型学科，以培养具有一定工程素养的人才为目标，因此要构建以能力培养为主线，强化实践、创新的“专业教育与职业教育、创新创业教育”有机结合的实践教学体系.“双师”团队建设为学生工程素养的培养与塑造提供了软件基础，虚拟仿真技术在生产实践教学中的应用和实践基地的建设为学生工程素养的培养与塑造提供了硬件基础，切实提高了学生的工程实践能力，推进了专业内涵的建设和发展.