基于创新能力培养的“食品工程原理”实验教学改革探索与实践

宋树杰，赵武奇，张清安

（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710119）

0 引言

“食品工程原理”涉及知识面广，是食品科学与工程专业一门重要的基础课程。其实验课程是连接食品工程原理理论知识与实践应用环节的纽带。与其他食品类课程实验不同，“食品工程原理”实验课程属于工程试验范畴，具有显著的工程应用特点[1]。其基本任务是加深学生对食品加工单元操作的理论知识掌握，提高其综合分析能力，培养创新思维、工程素养及动手操作能力。传统教学模式下，实验教学通常依附于课程理论教学，存在着实验内容简单无系统、教学形式单一、学生按部就班完成既定实验操作及报告、学生缺乏实验兴趣和创新动力等问题，学生的综合分析能力、创新思维及工程素养培养方面存在明显不足[2]。针对以上问题，如何在“食品工程原理”实验课程教学过程中，实现提高学生学习的主动性、重视创新与实践能力、提高工程素养，培养创新型专业人才的目标，成为其实验课程教学改革成败的关键。

据此，在结合“食品工程原理”课程特征及教学实例的基础上，从任务驱动式教学设计、项目模块化教学、强调结果分析与讨论、探索多样结果、合理的成绩评价体系等方面进行探索和实践，为提高“食品工程原理”实验教学质量和创新型人才的培养奠定基础，满足“新工科”背景下工科专业学生全面发展的要求。

1 基于创新能力培养的“食品工程原理”实验教学改革

1.1 设计任务驱动式实验教学

任务驱动式教学模式是以学生为中心，将一个相对独立的任务项目交给学生，强调培养学生独立完成任务的能力[3]，可激发学生的学习动力及兴趣，培养其独立思考及综合分析能力。任务驱动式教学模式的关键在于任务的设置与完成，以任务的完成结果检验和总结学习过程。例如，干燥速率曲线的测定实验中，传统的干燥实验只进行某一种物料的干燥，缺乏不同干燥类型间的比较与分析。利用任务驱动式实验教学设计的方法，教师选择不同的物料，分配于不同学生组别，完成不同干燥方式（恒速干燥、降速干燥、升速+降速干燥）的测定，学生需要根据不同食品物料的速率曲线，对实验数据进行综合分析。实验结束后学生需要回答2 个问题：①相同干燥方法不同物料间的干燥速率曲线有何差异，如何解释；②同种物料、不同干燥方法的干燥速率曲线是否有差异，如何解释。在问题启发情境下各种问题也会随之而来，如“物料的状态是否影响干燥速率曲线”“不同干燥方式是否可联合干燥”等。以问题作为启发点，设计任务探究驱动式实验教学模式，适当增加实验的灵活度、难度和挑战度，激发学生学习兴趣，可强化创新思维及工程素养，提高复杂问题的分析与解决能力。

1.2 模块化实验项目

“食品工程原理”实验内容紧密联系生产实际，具有典型食品生产过程中“单元操作”特点[4]。因此，可以将“食品工程原理”实验的“单元操作”整合为工程项目，将学生分成不同的项目组，让每个项目组学生自行查阅相关资料，然后组内沟通合作完成项目，包括实验项目选择、实验方案设计、实验步骤给出、独立完成实验操作、现象观察及数据记录及结果分析与讨论，最后获得研究结论及报告。例如，精馏塔实验中，模块化“酒精蒸馏单元项目”。学生分组后，根据“食品工程原理”精馏塔知识的掌握，自主设计精馏塔的结构及操作流程，并计算部分回流或者全回流条件下的总板效率，并进行组别之间的比较，分析不同总板效率间的差异原因。

1.3 强调实验结果分析与讨论

课前的实验预习并撰写报告是实验按时、高质量完成的关键。理解“食品工程原理”实验的目的与意义，掌握实验基础技能与方法，分析实验成败的关键点等，是学生实验前必须搞清楚的方面。因此，实验前安排学生轮流讲解此次实验的内容与关键点，然后进行简单讨论及教师必要提示与补充，并做出点评。通过实验前的预习准备，可有效减少实验盲目性，亦可强化思维训练。通过实验实践表明，课前预习越充分，实验越不易出错，操作越顺利，实验结果也更加符合预期。即使由于偶然因素等原因，学生的试验结果与预期有差异，由于前期准备充分，也可以做出较为合理的解释。同时，在实验教学过程中，教师需巡回纠正学生的错误操作，并提醒学生观察并及时记录实验中遇到的各种问题及操作细节，为实验结果分析和判断提供依据。

“食品工程原理”实验通常具有的不确定性，如气列管换热实验的实验结果通常会出现传热系数随着天气变化的情况，其具体原因为何？按照常规实验安排，相同的实验条件得到的结果应该相同。因此，在实验完成后开展课堂讨论，让学生判断实验结果出现差异的原因。实验后的课堂讨论激发了学生深入探讨实验问题的兴趣，培养了细致严谨的实验习惯，锻炼了分析问题和解决问题的能力，也让学生深入思考了实验操作、实验现象及结果间的因果关系。实验报告中也要求学生要重点写作结果与讨论部分，挖掘实验数据的规律和特点，实现实验现象到理论的提升，对理论知识的掌握得到升华。

1.4 探索“试错法”实验教学

“食品工程原理”实验紧密联系食品工业生产实际，因此操作相对复杂，常出现实验结果不符合预期，甚至出现无结果实验失败的情况。这种情况会造成学生出现心理挫败感，严重影响学生参与实验的积极性。例如，恒压过滤实验中，由于滤液影响因素较多，导致滤饼无法形成，最终导致恒压过滤失败。传统教学模式中，多提倡“正确结果”的理念，导致学生不能认识实验过程中“不正确”“不正常”的实验结果及数据。对此，教师应鼓励学生勇于接受“不正常”的实验结果，如实记录实验结果及数据。根据“不符合预期”的实验结果，只要给出科学合理的解释，不会影响成绩，甚至得到更高的成绩。因此，培养学生实事求是、严谨的科学研究态度。通过这种类似“试错法”的实验教学模式，加深了“不符合预期”的实验印象，从深层次激发了学生的实验兴趣。而正确面对“不正常”的实验结果也是培养学生独立思考、自主创新的有效途径。

1.5 建立合理的成绩评价体系

学生实验课程的成绩评价是课程模式改革的重要组成部分。成绩评价体系需客观反映学生的综合实验能力，还要与教学模式结合发挥考试的导向作用。“食品工程原理”实验由平时成绩（60%）和实验报告成绩（40%）2 个部分组成。平时成绩主要包括3 个部分：①实验预习及讲解情况（10%）；②实验操作（20%），包括实验操作熟练程度及态度；③课堂表现（30%），包括签到情况、课堂参与度及实验问题的发现及分析情况等。实验报告，包括报告写作的规范性、实验结果数据的真实性、结果讨论分析的科学性及独立性、实验问题及其解决的针对性，还包括课程总结，学生按照分组总结全部实验，并于课上进行汇报展示，重点讲解问题及解决方法、心得等内容。成绩评价采用多元化过程性评价制度，监督指导学生严谨认真地做好每一个实验，形成良好的实验习惯及工程素养。

2 结语

分析传统“食品工程原理”实验教学在激发学生实验动力、提高其综合分析能力、培养创新思维、工程素养等方面存在问题的基础上，在结合“食品工程原理”实验教学课程特征及教学实例，从任务驱动式教学设计、项目模块化教学、强调结果分析与讨论、探索“试错法”教学、建立合理的成绩评价体系等方面进行探索和实践，为提高“食品工程原理”实验教学质量和创新型人才的培养奠定基础，满足“新工科”背景下工科专业学生的全面发展的要求，促进创新型工程人才的培养。