基于“三课堂”协同的“食品机械与设备”课程教学改革探索与实践

谢中国，王芙蓉，贺 江，杨祺福，王穗萍

（湖南文理学院 生命与环境科学学院，湖南 常德 415000）

双一流建设背景下，建设一流本科课程，改革创新课程教学模式是提高教学效果的主要渠道[1-2]。第一课堂是贯彻教学大纲、学习教材、实施教学改革的主要场所，教学侧重于理论知识的传授，教师起主导作用，目的是向学生传授理论基础知识；第二课堂是对第一课堂的实践与应用，教学注重实践动手能力的培养，学生起主导作用，目的是提升学生的理论结合实践、知识应用能力；第三课堂是师生进一步学习、探讨、交流的平台，教师和学生共同发挥主导作用，相互促进、深度互动、协同配合，提高学生的理论认知水平和实践动手能力[3-4]。新形势下，传统的第一、第二课堂已不能满足学生学习和发展的需求，而第三课堂不受时间与空间的限制，为教师教学、学生自学、师生交流提供了便捷的平台。建设好“三课堂”要遵循“立足第一课堂，丰富第二课堂，开发第三课堂”的原则，只有把“三课堂”有机融合，构建形成立体化、全方位教学的新局面，促进同向同行，形成协同效应，才能增强人才培养与行业、产业需求的契合度。

1 “食品机械与设备”课程概况

“食品机械与设备”是食品科学与工程类专业的主要专业必修课程，是“食品工艺学”与“食品工厂设计”的桥梁性课程，是一门具有很强工程背景的应用型课程，既要求学生掌握相关理论知识，又要求培养学生的工程素质和创新能力[5]。课程要求学生掌握食品工业常用机械与设备的类型、原理、结构和特点，指导生产实践和设备研发，认识设备（种类、类型）、解剖设备（结构）、了解设备（原理）、选择设备（应用）、设计设备（设计、研究）。学生通过该课程学习，掌握典型食品加工设备的结构、性能和工作原理，懂得如何使用和维护机械设备，学会在不同生产线上选择和搭配合适型号的生产设备。

按照普通高等学校本科专业类教学质量国家标准（食品科学与工程专业），“食品机械与设备”课程内容包括食品分选机械，食品原料的清理与清洗机械，食品输送机械与设备，食品粉碎、搅拌、混合及均质机械，蒸发浓缩设备，干燥及热处理机械与设备，食品杀菌设备等。“食品机械与设备”的基础课程有“机械学基础”“工程制图”“食品工程原理”“食品工艺学”等。“食品机械与设备”课程理论教学32 学时，依据专业自身定位和人才培养目标设实践及课程实习2 周。

2 课程教学中存在的问题

2.1 教学内容陈旧，难以激发学生的学习兴趣

课程教学内容主要体现食品加工或与食品加工密切相关的、常用的通用机械。教师教学要与时俱进，熟悉食品行业采用的主流机械与设备，适时补充国内外先进的机械与设备，部分过时且目前很少采用的设备简要介绍或不介绍。由于部分教师未深入食品行业的生产一线，导致在教学过程中往往列举不出贴近生产实际的案例，难以激发学生的学习热情。

2.2 教学方式单一，未能充分调动学生学习的主动性

部分教师仍延续传统的教学方式，教学方法不先进、也不够灵活，教学主要以教师讲授为主，学生难以从“让我学”转变为“我要学”，如果教学仅停留在第一课堂，而不去创新利用第二、第三课堂教学形式，学生学习的主动性难以提高。

2.3 实训平台建设滞后，不能满足课程教学的实际需要

食品机械设备种类繁多，高校购置的机械设备有限，不可能面面俱到，部分“高精尖”的机械设备更为稀缺。针对“食品机械设备”第二课堂，部分高校相应的实习实训场所缺乏、实习经费预算不充足，导致未能促进学生深入理解、掌握专业知识，难以提高实践能力和综合素质。同时，对第三课堂建设的重视力度不够，已不能适应信息化时代“互联网+教育”的发展。

2.4 考核方式不科学合理，不能激发学生参加实践的积极性

“食品机械与设备”课程考核方式比较单一，往往以笔试形式考核学生对所学知识的掌握情况，而对学生在实践中对相关理论知识的应用、收获及在实践中获得的提升则未考核，导致学生把主要的精力集中学习理论知识，而对实践应用等方面无暇顾及，参加实践的积极性普遍不高。

2.5 教学效果未达预期，新工科和工程教育认证背景下课程教学亟待改革

“食品机械设备”着重强调的是食品机械的工作原理，内容较为枯燥，且难以理解、记忆，学生学了就忘的现象尤为突出。按照教育部工程认证专业要求，工程教育专业认证的核心理念是坚持以学生为中心的教育理念、产出导向的教育体系、持续改进的质量观。传统的教学模式难以达到上述要求，这就需要从学生培养目标着眼课程体系设置，最好在每一章内容能有相应的工程应用案例，或者突出对某种工程能力的培养支撑，建议适当增加一定设计或者选型方面的教学内容。

3 打造精彩的第一课堂

3.1 精心设计课程导入，激发学生兴趣

应创设与生活相关的教学情境设计课程导入，激发学生兴趣，唤起求知欲望，为上好一堂课奠定基础。通过提问、讨论等多方式进行课程导入。例如，在讲述分选机械设备时，可以介绍农村用到的风车、簸箕、筛子等导入分选机械与设备的教学，并让学生解析其中的原理；从超市的胡萝卜为什么很干净、智能洗碗机引入到清洗机械与设备的讲授；从如何判别受精鸡蛋引出食品光学分选设备的概念。课程导入既能让学生情绪高涨、精神振奋地投入学习，又可以获得良好的学习效果。

3.2 引进学科前沿，优化教学内容

新工科建设背景下，物联网、人工智能、大数据、云计算、通讯网络、信息技术与管理等的快速发展，智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革，智能化也正席卷食品机械行业，这就要求教师的课程教学内容必须涉及到智能化的食品机械，进而培养符合时代发展与产业行业要求的应用型人才[6]。

在讲述食品成型机械时，将食品3D 打印技术等行业的前沿成型技术引进课堂；讲授色选机时既可以介绍工业物联网的内容，又可以插入智能色选机的内容：物联网色选机通过路由器与中心服务器建立网络连接，并且中心服务器的管理平台能对色选机进行远程监测操控[7]。智能色选机配备了“超脑识别技术”和“实时大数据”2 项“黑科技”，可进行深度无监督自学习，主动快速还原客户对物料分选的心理原形，通过迭代寻优和数学建模，帮助客户选出需要的产品。这就要求教师积极从事科学研究、技术开发和工程实践，及时了解和掌握食品科学与工程及相关学科研究、开发和应用的最新进展，不断提高学术水平，更新教学内容，用科研促进教学。

3.3 丰富多媒体教学手段，提高教学效果

教学中应充分运用多媒体技术，多角度地呈现设备结构、原理与操作、维护技巧等。运用多媒体技术，不仅能增加知识信息量，而且能充分调动学生的感官，为学生提供良好的学习情境，有利于调动学生学习的主动性、积极性，提高教学质量和教学效率。

将机械动画演示与机械生产视频相结合，让形象和现实的事例结合，学生能够增加印象，增强记忆程度。动画形象逼真，适合讲述机械设备的原理和结构，简明易懂，加深学生的理解；视频则用于讲述机械设备的操作方法和要点，两者相得益彰，有助于学生的感性认识和理性认识的有机结合。例如，讲授成型机械与设备，可将冲印成型、辊印成型、辊切成型的动画先讲解，然后播放饼干生产的视频，展现冲印成型、辊印成型设备的实际运行场景，使得学生加深对设备的了解和认识，从而进一步掌握设备的原理。

3.4 结合典型的食品加工生产线，提高学生对机械相互联系、融会贯通的整体认识

通过对整条食品加工工艺流程的介绍，有助于对单个加工机械的作用、用途和基本原理的理解。例如，讲述砻谷机时，借机向学生介绍大米的生产线，大米精加工机械包括去杂清理机械、砻谷机、碾米机、抛光机、色选机、计量包装、输送机械设备等一系列机械设备，这样增加了学生对机械设备的整体认识和把握。

3.5 做好教学反思，持续改进教学方法

授课后及时记录每堂课教学的成功与失误，从教法选择、教师备课、学生的认知水平、教学目标的要求与达成度等方面加以分析，对教学效果跟踪与评估，形成“评价-反馈-改进”的机制，持续改进教学方法，提高教学效果。

4 开展内容丰富形式多样的第二课堂活动

4.1 组织学生参观食品工厂，提高感性认识

广泛联系校外食品工厂，组织学生到生产车间参观学习，目的是让学生了解食品工厂的发展理念，参观工厂的现代化机械设备，进一步拓展学生专业视野，提高学习兴趣。湖南文理学院地处常德，常德市正把生物医药与健康食品作为四大千亿支柱产业之一，以粮食、油料、茶叶、果蔬、畜禽、水产、酒业、休闲食品、米粉等九大主导品类为引领的产业集聚发展态势已基本形成，规模以上健康食品类企业200 余家。组织学生参观金健米业股份有限公司等企业的精米车间、鲜湿米粉、乳制品加工生产线，请企业技术负责人向学生介绍生产线的工艺流程、各种机械设备的功能及其工作原理，学生就工艺、设备等问题与企业技术负责人深入互动，并布置学生撰写食品工厂参观报告、心得体会，加深学生对食品行业和相应机械设备的理解。

4.2 开展实训操作，提高学生实践能力

学生去工厂实训常受时间、空间、安全等因素限制，且大型企业机械自动化程度高，无法满足学生的实训操作需求[8]。湖南文理学院现已拥有啤酒加工、饮料加工、鱼糜制品加工、烘焙制品加工等生产线，实训操作能增强学生的动手能力和实践能力。让学生通过观察、亲自动手实验和拆装设备等环节，深入理解设备的结构、原理，掌握操作注意事项；让学生使用喷雾干燥机，这样学生对喷雾干燥的操作流程、工作参数设置、机械结构、旋风分离器的原理等均有直观的认识和了解。

4.3 食品机械模型应用于教学，使学生的理解更深入更具体

学校已购置了双螺杆挤压机、板框压滤机、转鼓真空过滤机等食品机械模型30 余种，适时向学生展示这些机械模型，既能让学生增强对食品机械的空间想象力，又能使机械设备的原理理解起来较为容易。

5 开辟时空开放的第三课堂

5.1 开展虚拟仿真教学，提高实践育人水平

国家虚拟仿真实验教学课程共享平台有30 余项食品科学与工程类实验，结合行业和区域特色及学生发展的需要，从中遴选出鱼糜及其制品工业生产全流程仿真、橙汁浓缩及其饮料生产虚拟仿真教学实验、粮油工程虚拟仿真实验教学项目等试验项目，与第二课堂虚实结合，旨在培养学生的工程实践能力和创新能力，拓展实践教学的广度和深度，培养学生工程意识、实际操作能力、研究设计能力和创新能力的目的[9]。

5.2 提高课后作业难度，将学生的思维引向深处

按照国家“新工科建设”要求与“高阶性、创新性与挑战度”的一流课建设标准布置课后作业，培养学生的工程能力与创新能力；提高作业难度系数，课后作业可将一些社会热点问题、产业发展的瓶颈问题等列为主题，如怎样才能实现电饭锅蒸煮米饭的品质好？以夏威夷果去壳为对象，说明去壳机械设计的原理；试述纳米级粉碎机械的工作原理，如何设计纳米级的超微粉碎机等。这些极富挑战性的题目，教材中很难有现成答案，使得学生课后能积极思考和探索，培养学生的创造力。

5.3 创建网络空间，延伸与拓展课后学习

由于“食品机械与设备”课程课时有限，动画、视频的播放时间也极为有限，很难在课堂内对包罗万象的机械设备均有涉猎。将课件、动画、视频、图片等资料放在QQ 群，利用学生课外自主学习的能力，使学生通过网络更加详细地了解这些设备的原理和动画。将其他的教学资源如中央电视台的《我爱发明》栏目中有关的食品、农产品加工的机械与设备的视频资源给学生自主学习，培养其发现问题、解决问题的能力。

6 “三课堂”融合协同教学模式的构建

“食品机械与设备”课程的教学，既要加大第一课堂教学改革的力度，又要加强第二、第三课堂建设，第三课堂的建设对传统的教学课堂进行了拓展和延伸，有利于教师与学生交流和沟通，实现了现实课堂与虚拟课堂、课内学习和课外学习的有机结合。“三课堂”协同鼓励多维学习，提高学生理论学习、实习实践的主动性。将“食品机械与设备”课程教学的“三课堂”有机融合，既能够发挥第一课堂的主渠道作用，又能够结合第二、第三课堂的实践活动辅助教学，更有利于提高教学的实效性。

同时，构建了基于过程性和终结性考核的多元化评价方式[10]。课程总成绩由线上考核和线下考核构成，其中线上考核主要包括虚拟仿真练习、线上考试、课后拓展、在线签到等，线下考核由期末考试、平时成绩、实验及课程设计组成。

7 结语

“食品机械与设备”课程理论性强，食品机械设备的种类较多、原理性强，通过“三课堂”协同教学模式的构建，对课程教学改革进行有益的探索和实践，使理论和实践相结合、学校和行业相结合、课堂教学和实际操作相结合，提高了课程的教学效果，实现了教学相长，有效提升人才培养与产业需求的契合度。