食品工程设计在项目化创新实践活动中的应用研究

食品工程设计有多种定义，是系统地设计一个系统、组件或过程以满足所需的过程，它通常是创造性的，可迭代的，也是一个开放的过程；它是一个系统的、非线性的决策过程。食品工程设计是可以学习的。上述定义的共同关注点是“过程”，“过程是一种有意识、有目的的活动，而不是偶然的或无意的方法。”与规定的程序不同，过程往往更加开放和不固定。这些定义还表明，解决方案来自于对需求或问题的响应。食品工程设计在工科专业的人才培养项目中日益受到重视。目前关于工程研究和实践的报告主要集中在设计结果和完成产品上。由于设计是一个过程，应该专注于解决方案的开发，应用成熟、可实施的开发方案，把工程设计贯穿在食品科学与工程专业学习训练的整个过程，以培养高质量以及具备工程化思维能力的食品科学与工程专业技术人才。

1 在项目化创新实践活动中培养食品工程设计实践能力的必要性

目前普遍认为食品工程设计是科学、技术、工程和数学等学科领域的大学课程设置的重点，具有整合STEM学科、高级思维技能、学术严谨、经验学习和系统思维的潜力[1]。食品科学与工程专业研究食品的营养健康、工艺设计与社会生产，食品的加工贮藏与食品安全卫生的学科是生命科学与工程科学的重要组成部分，是连接食品科学与工业工程的重要桥梁[2]。食品科学与工程专业要求学生获得科学的思维方法和工程训练。在一定的专业学习背景下，培养学生工程思维与技术是有必要的,一些科技创新实践项目与企业生产结合密切，为满足这些背景与实际生产的需求，学生不仅要学习专业内容，还要培养自身的设计思维习惯，学习如何解决工程中的复杂问题，并在科技活动中体现出自身对食品工程设计认知的独特见解。

研究表明，在设计任务的各个阶段，接受工程预科教育的学生在最初阶段的进步更快，倾向于设计过程分析和解决空间上投入更多的认知努力，他们更多关注的是对给定的潜在设计选项提供一个可行的解决方案[3]。经过工程思维培训的学生所接受的设计教育有助于进一步发展他们的食品工程设计能力，当他们面对新的设计挑战时，他们能够利用这些能力进行实践证明。课题组考察经过项目设计实验组学生的专业综合能力，发现他们有明确的学习目标，在工程训练过程中能寻求更多的资源与手段，可以进行多角度与多维度的沟通，最终能够实现问题的切实解决，对比对照组学生的相应能力，他们的工程实践能力提升显著。此外，在设计项目过程中他们可以充分展示出设计方案和预先设置的语言能力的优势。

2 在项目化创新实践活动中培养食品工程设计实践能力的方向及策略

食品工程设计方向是把目标分解为具体可实施的小目标，再整合实现的小目标，最终达到问题的整体解决[4]。食品工程设计思想本质上是为了实现目标，因此需要结合外围环境，利用诊断测试、概念图或概念清单等工具，将任务分解后进行实施，重点关注过程的可实现性。在实现目标的过程中需要不断修改方法和执行过程[5]。例如，学生利用食品化学理论知识设计新食品的工序工艺就是用理论勾勒出实践的基本路径，并在实践过程中不断修正优化工序工艺的过程。

食品工程设计满足需求的工程解决方案包括关键的设计标准和约束。食品工程设计的挑战是在设计解决方案时，通过模仿实际生产实践中工程师的工作来教授食品工程设计的过程。从指导意义上讲，解决方案可以是一个工作原型，也可以是对工程解决方案的设计[6]。对于食品科学与工程专业学生第一年的食品工程设计挑战，可以要求学生根据工程化食品加工的特点，设计一个辅助食品定量装载的装置，这种设计挑战是典型的初级食品工程设计训练内容[7]。第二年的食品工程设计挑战可以要求学生根据食品原料特点设计一套新食品原料预处理工艺与配套装置。学生们需要通过合作的方式在45 min的时间内完成设计挑战，还需提供解决方案草图，用视频拍摄形式记录整个设计讨论的过程，运用新媒体手段进行设计的案例展示、调研与比赛，从而提升工程化训练过程中的实践生动性和实效性。通过这种方式能够及时得到正向反馈，有利于形成螺旋式提升通道。第3年的食品工程设计，可以让学生根据实际生产进行食品工艺设计与优化。教师可以提供详细的设计方案与技术实施路线，让学生用专业方法去设计产品加工工艺，对加工设备进行选型，利用实验室资源进行小量产品加工，优化工艺参数，并运用微课等技术手段进行设计过程论证与演示，培养他们解决综合问题的工程思维能力与实践能力。第4年，在前面3次的基础上，可以让学生进行新食品资源的产品开发设计，综合利用专业理论知识，应用工程化思维与方法，完成一项有创新性、综合性的食品工程设计任务。整套训练下来，学生完成了从基本认知、过程实践、实际验证、到设计创新4个阶段的训练，最终实现整个专业学习过程中的工程训练的目标。

食品科学与工程专业教师需要对工程设计思维有深刻的认识，在教学实践设计中养成良好的工程思维教学习惯，改革课程体系，优化食品科学与工程专业主干课程、相近课程组成课程群，增大工程化训练性课程与课时比例，引进前沿加工技术课程内容，及时更新、优化教材等，从教师教学能力、学校教学管理、人才培养方案、课程设置、教材建设以及教学设计等方面引导学生建立食品工程设计思维，获得工程问题的解决思路与方案，在人才培养方案的实践教学设置中体现出长时间、多次多循环的培训内容[8]。

行业人才的引进也是食品工程设计在项目化实践活动中的重要环节。引入食品加工行业企业中的高级人才，让企业技术人员走进大学生创新实践活动中，更有针对性地训练并提升学生解决实际生产过程中存在的问题以及生产中急需解决问题的能力，有效激发学生在项目化实践活动中的兴趣、探索欲与征服欲。此外，在与学生互动过程中，企业人员在实际工作中的工程化思维会潜移默化影响到学生在实践活动过程中的思维过程，从而形成双向的互作效应。此外，还可组织学生进入生产实地了解生产企业与产业技术难题以及未来发展新技术，选择合适的食品工程设计项目，进行训练。专业导师也应该善于利用学校的科研平台与中试实验室，为学生的工程思维培训提供可执行的条件与方案。

在高等工程课程中，要善于利用工具，如本地开发的诊断测试、概念图和概念清单，既可以检验学生已有的工程知识，也可作为一种教学策略，能够帮助教师在项目化管理科技创新实践活动中，有针对性地指导与监测学生的发展。此外，学校要协助创造高校工程实践导师的实践能力培训与企业锻炼机会，并配套激励机制；学校要积极参与专业建设，善于利用行业协会与专业学会，与当地企业与同行业专家建立有效连接，建立工程实践基地[9]。

3 结语

随着食品行业的发展，消费者对于食品提出了更高的要求。目前，预制食品大热，孕育出了巨大市场空间，用工程化加工手段实现传统食品的手工化改造成为食品加工业的热点。如何有效地运用现代教育教学手段去指导学生的创新实践活动，如何高效激发学生学习的主动性，如何培养更加符合行业需求的专业工程技术人才成为食品行业的重点内容。而食品工程设计思维无疑为这些问题提供了新的路径，为专业工程技术人才培养与行业急需人才紧密挂钩提供了新的思路。食品工程设计在项目化创新实践活动中的应用成为培养专业工程技术人才的一条重要途径，当然，实施食品工程设计的过程需要长期开展，并不断修正，才能达到预期效果。