“新工科”背景下食品科学与工程专业学生工程能力培养机制探索

苏小军，李清明，廖卢艳，秦丹，吴卫国，刘成国

(湖南农业大学 食品科学与技术学院，湖南 长沙，410128)

目前，第四次工业革命风涌云起，我国全力推进创新驱动发展和“中国制造2025”等重大战略。新工业革命势必带动我国工程教育改革，并创建与之适应的工程教育体系，以满足新工业革命的人才需求[1]。在此背景下，“北京指南”“复旦共识”“交大篇章”“天大行动”等面向“新工科”建设的重要理念相继发布，为工程教育指明了改革方向[2]。“新工科”的核心理念是培养学生解决复杂工程问题的能力。工程能力是一种能够运用工程科学与技术去解决工程实际问题，并能够产生经济效益和社会价值的能力[3]。我国食品工业产值逾12万亿元，是国民经济的支柱产业，发展食品工业是实施乡村振兴和可持续发展战略的重要途径之一。食品工业正在积极采用智能制造等创新技术来实现传统食品制造的产业升级，绿色制造、人工智能、机器人、3D打印、虚拟现实、机器视觉和生物科学等先进技术不断融入到食品产业中。许多企业也都在积极部署智能工厂，但由于卫生、食品安全、食品物性和品类多样性等多方面原因，食品生产不能简单复制其他行业的成功路线。这就对食品工程技术人才的创新和跨界整合能力提出了更高的要求，其必需具备解决新技术背景下的复杂工程问题的工程能力。

国内许多高校积极推进食品科学与工程专业新工科建设，在人才培养模式[4-6]、课程体系构建[7-8]、实践教学改革[9-10]和专业课程建设[11-13]等方面均展开了深入研究。学生工程素养的养成在新工科专业建设中占有重要地位。欧美许多高校也对食品专业学生的工程能力培养目标和培养方式等进行了大量调研。据欧洲的一项针对3 000余名食品技术人员的调查结果显示，雇主对食品技术人员在工程维护、环境和物流运输等方面的能力给予了差评，认为食品技术人员有必要提高解决与食品相关复杂问题的能力[14]。美国食品工艺学家学会(Institute of Food Technologists，IFT)针对普渡大学食品科学专业学生的调研也表明，解决实际工程问题的能力是食品技术人员的核心能力之一[15]。食品工程人才不仅需要具备满足现阶段食品工业发展的工程能力，还应具有引领食品产业升级和创新发展的能力。但在目前的培养过程中并未形成对复杂工程问题的理解、具体教学目标的设置等有效体系。我国地方农业院校是我国食品科学与工程专业人才培养的主力军之一，农业院校在传承学校农科优势的同时，如何创新人才培养理念，结合食品产业需求，培养具有地方特色、适应食品产业未来发展的高素质工程技术人才仍急需深入探索。

1 强调多学科融合，培养复合型工程人才

食品科学与工程专业是一个集理、工、农、医等多学科知识融合的综合性、应用性都很强的交叉学科[16]。食品工业中大数据、人工智能、机器人、生物技术等新技术的应用都需要多学科知识作为支撑。地方农业院校要建设好新工科，必须让食品科学与工程等传统工科专业适应食品产业的升级改造，按照新的社会需求培养人才；必须发挥农业高等院校的农业学科优势，多学科融合，构建面向需求的“新工科”知识体系，促进多学科知识链、创新链与产业链深度融合，培养具有解决复杂工程问题能力的食品工程人才。克莱姆森大学的研究表明，参与跨学科产品开发课程的食品专业学生在产品开发知识和技能方面显著高于未参与该课程学习的学生[17]。

湖南农业大学食品科学与工程专业成立于1986年，进入新世纪后发展迅速，先后成为国家特色专业建设点、湖南省“十三五”专业综合改革试点专业和湖南农业大学品牌建设专业，2019年更是被评为国家级一流本科专业建设点。湖南农业大学作为地方农业院校，在农学、园艺学和动物科学等方面具有学科优势[18]。食品科学与工程专业在发挥传统学科优势的同时，结合湖南及周边省份对食品工程人才的需求进行顶层设计，构建了以食品学科为主、包括原料学、物性学、智能制造、人工智能、大数据、生命科学等专业在内的多学科专业交叉融合体系，适应食品工业未来发展的“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的人才培养模式；秉承“学科交叉、突出特色、求实创新、服务社会”的办学理念，突出“学研产良性互动”办学特色，注重人才培养、科学研究、社会服务和文化传承有机结合，培养具有宽广知识面和多领域适应能力的食品类专业复合型工程人才。

2 构建“重实践、强能力”教学体系，突出培养工程实践能力

科学完善的教学体系是培养新工科人才工程能力的关键。本专业采纳国内外高水平大学的成功经验，充分调研用人单位意见，深入了解食品产业对工程人才的需求，构建人才工程能力框架。以教师为主体，学生、教育专家和用人单位参与，围绕工程能力框架，制定了新版人才培养计划。新计划注重宽厚基础与就业导向相结合，构建了模块化工程课程体系，合理制定了认知实习和专业实习内容，强化了工程能力的培养。本专业通过不断优化教学内容，强化多学科交叉融合和建设食品工程课程群，解决了课程内容重复、相互脱节的问题，构建了学科交叉融合、专业基础厚实、适应新工科人才培养需求的课程体系，培养了具有扎实专业知识和技能的跨专业、跨学科复合型工程人才。并在专业选修课程中柔性设置专业方向课程，满足学生个性化发展需求，为学生提供较多出口通道。

体验式学习教学[19]、本科生参与食品科学研究项目[20]、利用模拟仿真软件开展实践教学[21-22]等教学方式在食品工程人才培养中都取得了良好的效果。针对食品生产中复杂工程问题，我们采用启发式、互动式教学模式，倡导工程实例教学，采取分组教学方式，系统分析问题并制定方案和撰写研究报告，培养学生科学思考和解决问题的能力。

3 创新培养模式，完善协同全程育人机制

落实“创新型、综合化、全周期”的工程教育理念，结合学院学科优势，创新协同全程育人机制。针对复杂工程问题，从课堂授课、实践教学、成果展示、大学生创新创业、技能竞赛等方面加强对学生的辅导，实现理论与实践的互换、交叉及融合，提高学生实践能力和创新意识，满足学生职业化需求，提高人才培养质量。本专业构建了注重工程能力培养的“三位一体四结合”实践教学模式，将教学、科学研究与学科发展结合并融为一体，将师资队伍建设与学科发展、实践教学与科研、实践教学与理论教学、校内与校外实践相结合，该成果于2019年获得学校教学成果一等奖。实践教学模板如图1所示。

校内建设有“湖南省食品科学技术实验教学示范中心”“中央与地方共建高校特色优势学科实验室”和“农产品加工与贮藏训练中心”等教学实践基地，并搭建了实验教学信息平台，实施智能化和信息化管理。专业点积极将科研成果用于实践教学，如依托 “油茶籽油水酶法提取工艺及产品开发研究”“谷物挤压加工新食品开发及高性能装备研制”等科研成果，在校内实践教学基地建设了油脂精炼生产线和挤压膨化生产线。校内实践基地还建设了焙烤生产线和饮料生产线，其中饮料生产线由30余套设备组装而成，设备按照果汁饮料和酸奶两个模块设置，包括从果蔬原料清洗破碎到高温瞬时杀菌、无菌灌装和原位清洗(clean in place ，CIP)等与实际生产相近的全流程设备，满足培养学生实践能力的需要，提高了学生的工程素养。同时，教师在科研和教学过程中通过不断改进和升级这些生产设备与技术，自我工程能力也得到大幅提高。校外实践教学基地建设则以科研合作为纽带，与省内外植物油脂精炼、肉制品、乳制品、休闲食品、传统发酵食品和果蔬加工等领域知名大型企业和上市公司建立了紧密的合作关系，建设校外实践教学基地18个，其中省级优秀实习基地5个，湖南省高校创新实习基地3个。此外，指导学生组织创办了“食品文化艺术节”、烘焙协会和“创客吧”，为创新创业能力培养提供了良好的条件。

图1 实践教学模块Fig.1 Practical teaching module

4 强化师资队伍，提升工程能力培养水平

提高学生工程能力的重要前提条件之一就是构建好工程能力与实践能力强的师资队伍。新工科交叉融合与紧贴食品产业前沿的特点对教师的教学能力提出了新的要求，需要教师保持对知识结构和工程实践能力的持续更新与提高。近年来各高校不断提高师资队伍门槛，主要是凭学历背景尤其是以SCI论文为显性成果招聘新教师。许多新进教师的科研能力很强，但缺乏工程实践经验和对食品产业的深刻理解，而一些工程能力强、实践经验丰富的人才却因达不到条件而失去进入高校任教的资格。为此，本专业组织老师，尤其是年轻老师，通过团队服务、三区人才、科技特派员等形式积极与企业开展社会服务和科研合作，在为企业开发新产品、解决技术难题过程中提高解决复杂工程问题的能力。目前，本专业80%以上的老师都担任了省市科技特派员或三区人才专家，或与食品企业建立了紧密合作关系。学院与本专业还通过安排新进教师参与工艺实习和生产实习等教学环节，在实习期间与学生一起深入生产一线来提高工程能力。同时，学院与企业对学生进行联合培养，聘请企业工程技术人员担任客座教授和校外实践导师，以完善和强化师资队伍。总的来说，通过多途径对外合作交流和构建各种形式的工程实践平台，使学院教师接受工程培训，提高教师队伍的工程素质，以达到提升工程能力培养水平的目的。

5 结语

根据产业需求设置人才培养目标，构建“厚基础、宽口径、强能力、高素质”人才培养模式和多学科交叉融合的课程体系，落实“创新型、综合化、全周期”工程教育理念，结合学院学科优势，创新协同全程育人机制，使学生工程能力显著提升，培养效果良好。2016年以来，本专业学生获得国家奖学金、全国高校畜禽产品加工创意大赛、全国大学生食品工程虚拟仿真大赛等奖项14项，国家励志奖学金240多人次，40人被评为省级优秀毕业生，获得长沙市创业孵化实践挑战赛冠军团队和校级优秀创业团队多项；获得各级创新创业项目资助40多项，公开发表论文60多篇，毕业学生获得就业单位的高度评价。专业于2019年被评为国家级一流本科专业建设点。