鼓励学生以实际应用为导向进行“食品工程原理”课程学习

宋云云，刘伟民，陆道礼

（江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江212013）

0 引言

作为食品专业的必修课程，“食品工程原理”以食品加工生产过程中的单元操作为基础，研究各单元操作的原理、设备设计及操作和开发过程[1]，是一门工程应用性和实践性较强的课程。该课程是食品专业的本科生初次接触理论性和工程性较强的课程[2-3]，涉及大量的公式推导和理论计算，学生不易理解，学习起来困难较大。此外，传统的“填鸭式”讲授模式和考核形式不利于完全展现该课程对现代应用型人才的培养，且难以反映学生的真实水平。因此，针对“食品工程原理”课程学习的难点，结合理论教学与实践教学，通过案例教学、情景模拟和工厂实习引导学生通过实际应用进行“食品工程原理”课程学习，从生活出发，立足于工程应用，使学生由浅入深地了解单元操作的原理和设备设计，为培养现代社会所需要的食品专业型人才奠定基础。

1 以实际应用为导向的教学方法

1.1 教学方法概述

“食品工程原理”是一门工程应用性及实践性较强的课程，该课程内容包含大量的物理单元操作原理、食品加工设备设计及选型计算等，但在学校教学中难以还原具有大型生产设备的车间和流水线，教师可以通过工厂实习带领学生现场教学。例如，果汁、乳品生产企业中流体机械运输产品真空泵的选用，酿酒过程中蒸发、蒸馏原理的利用等，通过生产实践加深学生对单元操作过程原理的理解，结合课堂教学使学生能够更好地掌握理论知识，目的在于更合理地设计生产设备，提高学生的综合能力。此外，教师可以借助多媒体手段播放教学视频，或者带领学生参观食品类科研小试或中试流程及装置，以生动形象的案例引导学生进行课程学习。例如，在学习流体输送机械相关内容前，利用如何将质量为1 000 kg的水输送到食品学院6楼的案例，引导学生学习流体输送原理和离心泵的选用及为后续的实验做准备；再如，课前要求学生调查超市食品，记录芒果干、草莓干和干制蔬菜等各类不同的食品及思考其是如何生产的，课上讨论再引出干燥的概念及不同的干燥方式；利用食品加工生产线的蒸煮、烘焙等不同食品加工方式视频，引出三传中的热量传递；通过列举空调和冰箱等实际应用中出现问题的引导，引出制冷循环理论的学习和计算。以实际生活案例为导向，引导学生将实际应用与单元操作原理联系起来，拉近课程与现实的距离，理论教学和实践教学的有机结合在学习过程中将起到事半功倍的效果[4]。

1.2 理论教学中实际应用的引导

在鼓励学生以实际应用为导向进入“食品工程原理”课程学习之前，教师要做好准备工作确保教学活动的顺利进行。首先，教师要对教学案例做筛选，案例必须是成功且有典型意义的，必须能给学生带来一定的启示和体会，能够反映真实的教学情景，是对当前课堂讲授的具体物理单元操作的再现。在此期间，教师必须明确教学目标，根据教学内容选择教学案例，所挑选的案例能够系统概括当前课堂的教学内容，教学案例、教学目标和教学内容相结合的方式有利于保证教与学的一致性，大大提高教学效率；其次，教学案例的设计，教师应该尽量设计与现实生活密切相关的案例，不仅可以引起学生的共鸣，激发学习热情，提高学生自主学习能力，促使其迫切寻求解决问题的方法，还可以通过整合旧的知识开辟学习新知识的路径，构建知识框架进一步提高综合能力[5]。当引入案例教学时，教师应该启发学生提出问题，带着问题去思考、探索及相互讨论，并寻求解决问题的方法。当学生提出自己的观点和思考后，教师应该进行归纳总结，结合具体教学案例，对问题一一答疑，并再次让学生分组讨论。所谓“温故而知新”，通过整合已有知识提出问题并解决问题，结合新原理新方法构建新的知识体系，有助于形成逻辑自洽的知识脉络。例如，讲授对流传热系数对传热过程的影响时，通过精心设计，结合学生未来生活的必然经历，以喂哭闹婴儿奶粉为例，由学生回答在只有开水、不锈钢杯和自来水的情况下如何才能快速喂好孩子，以利于孩子安静长身体这个问题，引导学生理解自然对流（开水倒杯子里放着不动）、强制对流（手晃动不锈钢杯）、换热介质水和空气对传热的不同影响（又分在水中和空气分别不动、晃动的情况，水的对流传热系数比空气的对流传热系数可以大一个数量级左右，在冷水中晃动最快），学会了原理，又解决了实际问题，使得学生记忆深刻。这样实际引导的案例越多，学生越容易感兴趣和掌握，但需要教师教学经验的不断积累。

1.3 实践教学中实际问题的引导

课程的实践教学首先要理清教什么？其次是探讨如何才能用实际应用引导课程学习的问题。作为一门实践性和工程性较强的课程，“食品工程原理”要解决的问题是如何以较低的成本设置参数或者搭建设备进行工业生产。因此，为了加深学生对单元操作原理的理解，作为该课程教学的半壁江山，实践教学不能被弱化。由于食品加工种类繁多，该课程由大量的单元操作组成，每一个单元操作涉及不同的加工生产设备，同一设备在生产过程中又包含不同的单元操作。在实践教学中，对每个单元操作进行现场生产实习教学不太现实，所有的“食品工程原理”实践环节，最终要能帮助学生理解和解决体现在传统过程通量计算的一条主线的各单元操作的工程问题[1]，即具有过程和设备的选择，设备的操作和设备的设计能力。所以，需要根据这一要求选择具有一定代表性且符合该课程培养计划的实践课程题目，既使学生在生产实践中得到了锻炼的机会，巩固了理论知识的掌握，提升学生的综合能力，也契合应用型教育的初衷，为培养现代教育所要求的应用型人才奠定基础。“食品工程原理”实践教学的实施应该实行逐级的分层管理，首先要推动“食品工程原理”实践内容的课程建设，在课程建设的基础上，把食品加工生产的单元操作理论知识和具体实践课程和工厂实习相联系。充分利用大学生综合实验室、微型食品加工设备、实践教学视频及现代的虚拟仿真实践教学，对课堂讲授的单元操作实现情景再现，将实践课堂努力搬至实验室，加深学生对单元操作原理的理解。并且，在课外号召学生积极开展食品安全生产的调研工作，参观工厂流水线和生产车间，组织学生参加相关食品加工设备设计的竞赛单元。同时，拓展课外活动到工厂车间和实习基地，以提高学生的综合实践能力。该课程的实践教学管理任务应该以培养学生创新和实践能力为目标，以学生为主体、教师为指导，以实际应用为导向，激发学生的学习兴趣，加深其对复杂的单元操作原理的理解。

“食品工程原理”实践教学任务设计见表1。

表1 “食品工程原理”实践教学任务设计

例如，江苏大学“食品工程原理”课程实践教学从实际引导学生，经过精心设计，多年实践证明取得了良好的实践教学效果。首先，该课程配合理论教学的实验设置了流体流动管路摩擦阻力系数测定、离心泵性能实验、过滤、传热、吸收、干燥等必做实验项目。为了从实际引导学生，从华东理工大学购买了2套实验装置及配套的虚拟仿真软件，实验前学生在电脑上接受仿真软件的引导和考核，直至过关才进行具体的装置实际操作测定数据，完成实验。其次，在后续的“食品工程原理”课程设计的实践教学中，以乙醇水物系精馏系统设计为例，学生一人一题，对三传的实际问题都进行了考核要求，学生必须设计出能够通过自校验的精馏塔、换热器、物料和能量衡算及管路和泵的配置。由于设计非常综合，在指导设计的教学过程中，教师动用了所能动用的实际引导的资源进行教学，保质保量地完成了实践教学任务，有力支撑了专业第二次通过工程认证和获得国家一流本科专业建设点。

2 实际问题引导的考核与评价

旧有的考核机制无法反映学生的真实水平，基于教学方式的改革，制定了“食品工程原理”实际问题引导的理论和实践教学新的考核与评价方式，各占50%。理论教学总分值定为100分，考核采用理论知识考核方式与实际问题引导的学习技能的考核等2个方面，各占50%。实践问题引导的学习技能考核主要包括课堂有关的实际问题的讨论、在线课程引导的学习、英文材料阅读及视频学习，其中课程讨论成绩及英文材料阅读各占25%，视频学习占50%。理论教学考核主要包括随堂测验、线上和线下考试成绩、作业评价，其中72个随堂测试占20%，15次手写作业和互批成绩即作业评价占20%，线上考试成绩占30%，线下考试成绩占30%。学习技能考核主要是为了提醒学生注意自己的学习状况，遇到问题及时反馈，有利于统一教与学的一致性，也提醒教师关注学生的学习情况。课堂讨论的具体形式是学生以小组形式展开，对于教师提出的实际引导的问题，要求每组学生通过理论知识学习完成相关题目的解答，并最终由教师给出分数。实践教学总分值也定为100分，主要包括课程设计、实验训练和工厂实习，其中课程设计占30%，实验训练占30%，工厂实习主要是指对食品加工流程或单元操作流程的实物了解和视频了解，也需要学生分组进行，需要完成教师给出的学习任务，并以论文或者报告等形式展示自己的调研成果，占40%。

所选用的教材是教研室刘伟民教授主编的《食品工程原理》，该教材是国家级“十二五”规划教材，并且获得江苏省优秀教材和轻工业联合会优秀教材一等奖。同时，开展了线上线下混合教学，线上课程是江苏省精品在线课程，正在参评国家一流在线课程和江苏省首批一流在线课程。将实践教学与理论教学相结合，在新的考核方式下，60～80分合格，80～87分良好，87～100分优秀，优秀率30%，良好率93.3%，教学成果显著。

江苏大学某班“食品工程原理”成绩见表2。

表2 江苏大学某班“食品工程原理”成绩

其中，实验训练成绩是统计的学生利用虚拟仿真训练的预习成绩，总共6个实验，包括阻力系数测定、离心泵性能测定、过滤实验、传热系数测定、吸收实验和干燥实验，每个实验分为软件预测和实验报告，分别占60%和40%。总成绩为6个实验的平均成绩。由此可见，通过虚拟仿真训练，学生的实验成绩基本都能达到80分。

江苏大学某班“食品工程原理”实验训练成绩见表3。

表3 江苏大学某班“食品工程原理”实验训练成绩

3 结语

以实际应用为导向，结合“食品工程原理”课程特点，优化教学内容，寻找符合培养现代应用型人才的教学方式，将由实际问题引导的理论教学与实践教学有机结合起来，再将理论知识应用到实践教学中，将“食品工程原理”理论课、实验课和课程设计课三者有机融合在一起，鼓励学生以实际应用为导向进行“食品工程原理”课程学习。与此同时，基于教学方式的改革，制定了由实际问题引导课程考核与评价的新机制，通过新的考核方式，学生成绩明显提高。最后，在实践教学中，通过分组协作，学生能够相互学习、取长补短，不仅调动了学习氛围，也提高了学生综合实践能力，为食品产业可持续性地培养高素质应用型人才。