基于干酪加工大案例教学的“食品工程原理”课程教学改革探索与实践

张路遥 武金萍 卫晓怡

摘要：“食品工程原理”课程的理论教学难度大、实践教学的局限性造成本科生知识体系掌握不足和实践训练缺乏等问题，结合实际生产数据开发的切达干酪虚拟仿真操作平台，采用干酪加工作为载体的大案例贯穿全课程教学，衔接各个单元操作及章节内容，通过学生的虚拟仿真实验操作充分发挥其主观能动性，并结合学生反馈信息，将重点难点的理论知识进行针对性课堂讲解，以增强教学效果的一种教学方法。结果表明，教学班与对照班相比成績极显著提高，对提高学生兴趣、发挥主动性、避免填鸭式教学的弊端等方面起到积极作用。

关键词：大案例;“食品工程原理”课程;教学改革;探索;实践

中图分类号：G642     文献标志码：A    doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2020.01.027

Abstract：The difficulty of theoretical teaching and the limitation of practical teaching in the course of Food Engineering Principle lead to the lack of knowledge system and practical training for undergraduates. Combining with the virtual simulation operation platform of cheddar cheese based on actual production data，a large case of cheese processing was used as the carrier to run through the whole course，linking up the operation of each unit and the content of chapters，giving full play to the subjective initiative of students through the operation of virtual simulation experiment，and combining with students' feedback，it will be emphasized. In order to enhance the teaching effect，the theoretical knowledge such as points and difficulties should be explained in class. The results showed that the test scores of the teaching class were significantly higher than those of the control class. The method plays a positive role in improving students' interest，giving play to their initiative and avoiding the drawbacks of cramming teaching.

Key words：large case;the Principle of Food Engineering course;teaching reform;explore;practice

“食品工程原理”是食品科学与工程类专业的一门重要专业基础课程，课程在自然科学和应用科学之间架起一座桥梁，在培养学生综合素质的过程中有着特殊的地位和作用，是研究和介绍食品工业生产中传递过程与主要单元操作的基本原理、内在规律、常用设备及过程计算方法[1-3]。使学生掌握传递过程及单元操作的基本原理，初步掌握食品开发、设计、加工工艺及相关单元操作，以及关键设备的使用、维护和保养等方法。

学校的食品质量与安全专业“食品工程原理”课程为48 课时，且学校对课程中所涉及到的工程设备比较缺乏，学生对生产过程中的设备认识与了解较少，还存在着工程类基础知识较为薄弱的问题。由于课时少、专业培养重点不同，如果采用对各单元操作进行泛讲“简版”教学模式，会造成无法将授课内容讲解清楚和透彻，学生的设计计算能力没有得到很好的培养，无法深入掌握单元操作的传递原理和设计计算，教学效果不佳[4-5]。在有限的教学课时下应精选教学内容，合理分配课时，并给学生足够的自主学习空间。

大案例教学源于传统的案例教学，具有处理形象、直观等特点，同时还具有系统性、整体性特征，使案例的数量实现简约化，把理论知识学习内容在同一个典型载体即大案例中表现阐述出来[6-7]。由于课程具有一定的教学难度，理论难度大，涉及到物理、数学、物化等基础课程的知识，课程强调工程思维、工程运算及设计技能的能力，学生难以理解掌握及运用，进一步影响到其学习兴趣、积极性及创新能力的培养。

采用“干酪加工大案例”的教学模式进行教学改革，以干酪加工的虚拟仿真操作作为载体，贯穿全课程大部分教学过程，发挥学生的学习主动性，整理、全面和系统地掌握该课程的理论知识。

1   案例教学设计方案及教学手段

1.1   干酪加工大案例教学设计

“食品工程原理”包含12章教学内容，其中的单元操作相关理论知识点大部分相对独立，学生对于这些操作的学习缺乏一定的整体性和系统性，并且对工程操作在食品加工中的应用缺乏一定的感性认识;而且课程中涉及不同的学科内容，知识面较广，基础理论多，学生必需具备高等数学、物理化学、大学物理等一系列课程的基础知识，若基础不牢固，则会使学生学习过程中理解性差、兴趣降低，更缺乏积极主动性。食品质量与安全专业工学背景不足，初学时不了解课程整体结构与整体认识，不理解课程中知识点的相互联系及知识脉络，感到知识点繁琐、混乱;课程常常运用大量经验公式、半经验公式来计算，并且需要记忆的理论、公式太多，学生无法掌握合适的学习方法。

实践教学结合了虚拟仿真操作，除流动阻力、传热、精馏等多个实验教学项目外，应用了切达干酪生产工艺仿真平台（东方仿真软件技术有限公司）进行实验教学，此仿真平台的操作设立在第一次实验教学，且学生可课下上机操作。

干酪虚拟仿真教学的建立依托学校现代流通国家级实验教学示范中心虚拟仿真实验教学平台，利用动态数学模型，实时模拟切达干酪真实生产操作过程，包括干酪从收奶运输到发酵，成熟出库的一系列过程，学生可以通过对整个工艺流程的操作，掌握切达干酪生产过程中的参数设置调整，最终掌握切达干酪生产的总流程。主要工艺流程为：①预处理。包括脱气、净乳、冷却和储存等工序。②巴氏杀菌。分为巴氏杀菌控制系统和热水加热系统，牛乳经平衡槽、输送泵、热处理前的净乳机后进行加热杀菌，牛乳经增压泵后冷却，加热冷却都在板式交换器中完成。③缓冲。杀菌后牛乳送至缓冲罐储存、搅拌、输送。④发酵、凝乳等。

干酪加工虚拟仿真操作平台界面（2D界面（a）;3D界面（b），（c））见图1。

虚拟仿真实验项目的操作可以使学生直观地了解真实生产中的工艺流程及单元操作概念[8]，最关键的是这一实验项目包含了“食品工程原理”课程中的大部分章节单元操作，如流体输送、传热、过滤、搅拌、均质乳化、蒸发、干燥等。因此，基于此实验项目的大案例，分解每个单元操作作为子案例，可实施课程中大部分章节的案例教学，这种教学方式将独立的单元操作知识点进行整合，具有很强的整体性、层次性和综合性，可以促进学生对课程知识体系的把握程度，增加学习的兴趣和积极性。

1.2   大案例的分解教学设计

在贯穿课程的干酪加工大案例的基础上，对其进行案例分解，而后进行项目教学。例如，在大案例中的“鲜牛奶巴氏杀菌”单元操作为分解案例，首先设置了一系列问题，要求学生自学找到答案或解决的方向，当涉及到“传热”单元操作核心问题“热量的传递和传热速率”时，教师开始介入，将学生的思路一步步引入到“传热”单元操作的学习和训练中来。主要内容讲解完成后，通过作业巩固理论知识，进一步强化学习内容，加深学习印象。最后，再进行虚拟仿真操作，可完善理论与实际结合的学习效果。

1.3   大案例的补充

案例教学旨在使学生掌握单元操作基本原理在食品加工生产实际中的应用，在干酪加工案例的基础上结合日常生活案例，如利用伯努利原理解释飞机如何飞上天、足球曲线射门的现象;利用湿空气的性质解释清晨的露水、空调的除湿等;利用热导率或非稳态传热的理论解释相同温度的物体温感不同或者水银体温表测量时间的原理等，进一步增加学生对于课程的兴趣，增加学习动机。

1.4   大案例的教学方式

（1）划分学习小组，学生说课反馈。案例的分析后，要求学生进行课堂反馈，采取以学生为主，通过学生说课的教学方式，说课是“学習金字塔”中主动学习效果最好的学习方法，对培养学生自主学习能力和教学效果具有重要意义，能极大地调动学生的学习热情，激发学习兴趣。学生需要在课下积极准备资料，主动学习研究推导，增加自我学习兴趣和成就感。此外，学生的语言表达能力和探索知识的动机提高，可以引导学生自主学习“食品工程原理”课程。

在学生说课反馈之后，教师需要进行针对性的讲解，尤其是重点的讲解。教师应该深度备课，了解学生的需求，包括虚拟仿真案例的重点、难点，以及学生知识结构及水平，教师要根据学生的需求及理论掌握状况出发，针对性地讲解重点、突破难点。

（2）在线课程和微课程的建立。课程在SPOC网站进行了建设，包括教学进程、教学大纲、教学课件、课后练习、教师坐班时间、教学具体内容等;学生在课后可在网站进行学习、交流、完成作业，以及微课程的学习。

2   教学改革成效分析

教学改革首次应用对象为食品质量与安全专业2015级，与对照教学班食品质量与安全2014级学生的分数等进行比较，取得了非常显著的成效。

教改班与对照班级期末成绩的概率密度函数比较见图2。

可以直观上看出，2组学生的差异明显，通过统计分析可以得出，教改班级平均分为89.9分，比对照班级平均分70.8分高出19.2分，二者差异极显著（p<0.001）。此外，教学改革班级没有出现不及格学生，说明此教学改革成效极显著。

3   结语

利用干酪加工虚拟仿真平台为载体的贯穿全课程的大案例教学可增加理论知识的系统性，结合子案例教学、学生分组汇报、课堂针对性讲解，配合课下在线课程、微课程的教学手段，以及云盘等现代化网络平台的交流反馈学习，有助于提高教学及学习效果，增加理论知识的系统性、整体性，提升学生理论结合实践生产的能力，这一改革成效与一些相关大案例教学改革结果相似[6-7，9-10]。经过上述教学改革的探索，学生对该课程的兴趣提升，积极性提高，弄清了食品工程的本质和原理，工程计算能力提升，成绩显著提高。

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