新工科背景下食品工程原理课程教学方法改革探索

牛斌 徐超 王银平 林顺顺 张艳杰

2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，构成了新工科建设的“三部曲”，奏响了人才培养主旋律，开拓了工程教育改革新路径。新工科专业要求培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。食品科学与工程是一门应用性比较强的学科，毕业生主要从事生产一线的工作，在新工科背景下，应该更加重视该专业人才实践能力、创新能力的提高，进而为我国食品工业健康和持续发展提供人员和技术保障。

食品工程原理课程是食品类专业重要的必修课程之一，通过该课程的学习，学生能够运用其基本理论解决食品工业生产中的一般工艺计算和常用设备的选型配套计算等工程实际问题，使学生具有过程选择、设备操作、设备工艺设计、食品工程单元操作实验、食品工程单元操作计算等方面的能力和初步的食品工程单元操作的创新思维能力，是连接专业与实际的桥梁。该课程的学习需要用到高等数学、大学物理等知识，也对后续工程制图、工厂设计等课程起到了支撑作用，在整个专业学习中，起到了承上启下的作用。因此，在新工科背景下对食品工程原理这门课程进行教学方法改革，对于提高学生专业技能、实践能力、创新能力有着积极的作用。

1.食品工程原理教学中存在的问题

1.1课程理论性较强、内容繁琐，学生有畏难情绪

食品工程原理课程中的大部分章节涉及很多公式定律、图表计算等知识，如果单纯死记硬背这些公式，学生记不住，并且也不能灵活运用。但是如果学生自己推导公式，就会运用高等数学、大学物理等知识，如果之前的学习没有打好基础，在该课程的学习中，学生就会感觉非常困难。公式推导过程环环相扣，这就要求学生整节课集中注意力，稍不注意就会导致后面的知识点听不懂，进而自暴自弃，放弃这门课的学习。另外，由于这门课程学习内容较多、学时设置较少，老师在课堂教学中免不了讲授大量知识，留给学生消化吸收的时间少，而课下学生的自律性较差，不能及时复习，或者复习时遇到不会的知识点，也不能当面问老师解决而导致复习效果不好。如果学生不能及时掌握当天的知识点，就会影响下一次课的学习，也会影响学生的情绪，进而导致整门课程学习效果不好。

1.2专业课体系设置不合理

食品工程原理课程中的一个重要内容就是介绍食品加工过程中典型设备的工作原理、构造、性能以及工艺尺寸的计算、选型等，这就要求学生对食品工艺、选用设备及其基本作用及原理有一定的了解。而在许多学校，食品工程原理这门课设在第3-4学期，食品工艺学和食品机械与设备设在第5-6学期，学生对食品加工工艺认识不够，对食品加工了解不够，这就导致学生表现出只会从理论角度仿照课本上例题解题、对设备结构的空间想象力差、看不懂设备图纸、不会使用工程手册等问题。另外，由于食品工艺学和食品机械与设备设在食品工程原理课程之后，学习在学习繁杂的知识点时，不能有效的和实践结合。比如，学生在学习管路计算时，如果之前了解过牛奶或饮料的工艺及设备，那么在讲授该部分知识时，就能调动学生的兴趣，讲授内容更加细致、具体，而不是简单的纸上谈兵。

1.3理论和实践结合少，对工程素质培养重视少

实验课程是检验学生是否良好掌握食品工程原理课程中理论知识的一个重要环节。正如前面所说，该课程知识点繁杂、难度较大，而课时设置少，且实验课时远小于理论课时，这就导致老师和学生在理论教学上花费太多时间和精力，忽略了实验课程的学习。由于实验条件有限，很难让每一位学生都完整操作整个实验，很多时候都是老师操作学生看，或者分组操作，学生只能操作一部分实验，不能在实验中应用理论知识，更遑论通过实验加深对理论知识的理解及掌握程度。另外，实验课程设置不合理，有些学校将实验课程和理论课程分为独立的两部分，而不是两者有机结合。在学完理论知识以后，立即进行相应的实验操作，所以学生无法将理论和实践联系起来，理论教学和实验教学无法起到协同育人作用。此外，食品工程原理授课老师多是高校毕业即入职的博士，没有实践经验和企业实习经验，因此在进行理论教学时，无法及时有效的和实践相结合。

2.食品工程原理课程教学的实践与探索

2.1引入BOPPPS教学模式，生活情景吸引学生，重点难点教会学生

BOPPPS教学模式是指将课堂教学分为6个环节，包括导入（Bridge-in）、目标（Objective）、前测（Preassessment）、参与式学习（Participatory learning）、后测（Post-assessment）、总结（Summary）。学生将在导入环节被吸引，在目标模块中明确教学目标，完成前测部分，找出薄弱的部分，通过在课堂中进行各种形式的参与性学习缩短差距、巩固知识。通过高效的学习完成后测部分并进行对学习内容进行吸收与总结。整个过程真正实现了以学生为主体的教学模式，发挥了学生的积极主动性。以热传导为例，在导入环节，引入生活实例，如为什么弹棉花会使棉被变暖？引起学生兴趣，然后引入学习目标，即了解热导率以及稳定热传导，然后通过讨论，完成前测部分。在参与式學习中，老师讲解傅里叶导热定律、热导率等基本定律，引导学生推导平壁及圆筒壁稳定热传导基本公式，通过翻转课堂、提问抢答、慕课随堂测验等方式帮助学生加深理解，掌握知识。在后测环节，学生可以通过作业、测验巩固本节知识，然后总结反思是否掌握热导率概念以及是否能够熟练运用稳定热传导基本公式，同时找出在本次课程中不足的地方，下节课完善改进。

将BOPPPS 模式引入食品工程原理课程中，学生的注意力被吸引，学习兴趣得到了激发，在课堂上的积极性被充分调动，在课堂上他们成为主导者、合作者和参与者，通过这种改革，以期对提高学生学习效果以及呈现良好的教学效果有促进作用。

2.2调整课程体系，优化课程内容

由于食品工程原理课程的学习中涉及到食品工艺学以及食品机械与设备这两门课的一些知识，尤其是食品机械与设备，这两门课中对食品加工过程中常用的机械设备结构及原理有相通之处，因此需要调整这两门课的开课顺序，可以在食品工程原理之前开设食品机械与设备这门课，或者两门课同时开设，让学生在有一定的机械基础上学习食品工程原理，可以降低学习难度，也能够使任课老师在讲解设备原理、选型时，能够更好的联系实际。这两门课的任课教师也要加强沟通，一是避免重复内容的教学；二是讲授食品工程原理课程时，可以引入之前学过的食品机械与设备相关知识，唤起学生记忆，吸引他们的注意。

另外，在食品工程原理的授课过程中，可以采用线上线下混合教学，线下讲授较为深奥的理论知识，线上利用视频、虚拟仿真教学等手段，更加形象立体的向学生展示授课内容，两者相得益彰，帮助学生理解知识，掌握应用。

2.3改善实验条件，重视企业实践

实验是食品工程原理课程的一个重要且不可或缺的环节，既有利于推进学生对理论知识进行验证和深化，又能训练学生的动手能力。鉴于有些学校实验条件有限，实验设备陈旧，可以通过学院向学校反映，引进最新设备。如果无法引进设备，在现有条件下，可以采取小班制教学，保证每位同学都能在实验课上动手操作，解决问题。同时，还应该重视实习在食品工程原理授课过程中的作用。一般食品专业学生都会安排实习，包括认识实习、生产实习等，学校在安排实习时，可以让食品工程原理任课教师参与，提前告诉学生实习企业生产中运用到的食品工程原理相关知识，然后在学生实习的过程中具体指出该知识点的应用，帮助学生进一步理解理论知识在实践中的应用。另外，可以通过专业技术研究班或者深入企业挂职锻炼等方式提高教师的实践能力，这也有助于任课老师在授课时及时将理论联系实际，提高学生的实践能力。

总之，在新工科背景下，食品工程原理课程教学方法改革任重而道远，需要老师、学生、学校、企业等多方协作，最终达到为我国输送与新工科发展下相适应的复合型卓越食品工程师的目的。

基金项目：

河南农业大学2021年教学改革研究与实践项目（2021XJGLX065）；河南省高等教育教学改革研究与实践项目（2021SJGLX348）。

作者简介：

牛斌（1990-），女，博士，讲师；研究方向：淀粉复合物结构功能。