“食品工程原理”课程的教学改革探索与实践

刘荟萃，陈霞，王树林，叶英

青海大学农牧学院 （西宁810016）

“食品工程原理”是食品科学与工程类专业本科生学习到的第一门工程类专业课程，是在先修课程高等数学、机械制图、大学物理等基础上开设的专业核心课程。课程的教学和学习在专业课程中起着承上启下的作用，支撑毕业目标中的工程实践综合能力，其课程地位尤为重要[1]。但“食品工程原理”教学过程仍存在问题[2-3]。一是教学内容相对滞后，未能紧扣食品行业发展需求。采用的教学方法和手段还是比较传统，不能充分激发学生的学习兴趣。大多数学生还存在死记硬背，不能灵活应用计算公式，未能做到举一反三等问题，学生的工程实践综合能力得不到提高。二是实践教学形式单一。“食品工程原理”课程的实践教学环节应包含实验教学和课程设计两部分。大部分学校的实践教学形式单一，同时由于实验设备台套数不足，导致学生参与度较低，未能真正锻炼学生的动手能力。另外，部分学校可能因为一些客观原因，未能开设“食品工程原理”课程设计。三是教学考核方式不完善。理论教学和实践教学环节考核方式更多地注重学生最终的成绩，忽略过程性考核，比如理论教学的期末成绩占比较高，实践教学以最终的实验报告或设计图纸为主。

由于“食品工程原理”是食品科学与工程专业的必修课，具有从理论知识到工程实践的过渡作用。因此，针对教学过程中存在的问题，将基于一流本科课程建设的要求，从“食品工程原理”的理论教学、实验教学和课程设计3个环节进行全面建设和改革（图1）。

图1 “食品工程原理”课程教学概况

1 “食品工程原理”理论教学内容、教学方法改革

1.1 优化“食品工程原理”教学内容，同食品行业需求接轨

“食品工程原理”教学内容体系源于化工原理，基于动量传递、热量传递和质量传递三大传递理论，主要包括流体力学基础、颗粒与流体之间的相对运动、传热、溶液浓缩、干燥、吸收与蒸馏、萃取、膜分离等。其中，蒸馏和萃取单元操作主要应用于化工领域，在食品加工中涉及较少。因此，应结合食品行业实际需求，与时俱进，优化“食品工程原理”的教学内容，如图2所示[4]。

图2 优化后“食品工程原理”的教学内容及学时分配

1.2 “食品工程原理”课堂教学方法改革

“食品工程原理”课程涉及大量公式推导、物料衡算、热量衡算和经济衡算等，难度大、知识点繁杂、内容枯燥。若采用传统的讲授教学方式，很难激发学生的学习兴趣，教学和学习效果较差。针对课程的特点，应采用灵活多样的教学方法和教学手段，激发学生学习的积极性。因此，课程采用雨课堂智慧教学平台构建“线上+线下”的教学模式，分别在课前、课中、课后3个教学环节，设计不同的线上和线下教学设计方案，改进教学方式和教学手段，提高课堂管理效率和教学效果。

1.2.1 “食品工程原理”线上教学设计

课前预习环节：由于“食品工程原理”课程内容较难，学好课程预习环节非常重要。在预习环节，任课教师通过搜索慕课平台教学资源，并结合实际情况制作预习课件、课程导学单。通过“雨课堂”智慧教学平台发布课程预习内容，同时在雨课堂平台监测学生的预习进展、预习题目完成情况。根据学生预习情况，及时调整线下课堂教学的教学方案。课中教学环节：采用线上与线下相结合的形式进行。在课中教学环节，线上教学主要是播放一些设备或工艺的动画、视频，帮助学生直观了解设备内部构造或实际工艺流程。另外，在课堂教学过程中，同时开启雨课堂教学，形成课程视频回放，便于学生课后复习。为及时掌握学生的学习情况、调动学生积极性，杜绝学生玩手机、打瞌睡等，每隔15 min左右通过雨课堂平台推送题目。学生的课堂答题情况可作为课堂表现成绩计入平时成绩。课后学习环节：以线上形式巩固学生的课堂所学。一方面，学生根据自身学习情况，在雨课堂学生端查看课堂回放视频并复习课堂练习题。另一方面，任课教师通过雨课堂教师端发布课后作业或阶段性测验题，根据学生答题情况，及时进行针对性辅导，从而提高学生的学习效果。

1.2.2 “食品工程原理”线下教学设计

在线下课堂教学环节，针对学生预习情况讲授重难点。但针对不同章节，适当调整教学手段，帮助学生消化难度较大的定律、公式推导、工艺计算等。为充分调动学生的学习积极性，参与到教学活动中。在课堂教学中，灵活应用多种教学手段，如案例式教学、比较式教学、问题启发式教学（详见表1）[5]。尽可能使复杂问题简单化，将身边的案例、经典科学故事、食品生产实际案例等与复杂工程问题联系起来。同时，引导学生采用所学理论知识解释生活的常见现象。另外，根据课程内容和食品工业实际需求或发展前沿，融入课程思政元素，培养学生的工匠精神、科学精神、哲学思想、绿色发展和健康中国理念等，增强学生民族自豪感、专业学习自信心和荣誉感，成为能担当能作为的好青年[6-8]。

表1 “食品工程原理”主要教学内容体系及其教学方法

2 实验教学联系工程实际，虚实结合、以赛促教

“食品工程原理”实验所用设备均为较大的成套设备，占地面积大，实验操作繁杂。实验数据处理过程中大量运用“高等数学”“基础化学”“物理化学”“食品工程原理”等课程的理论知识，导致学生对“食品工程原理”实验缺乏足够的学习兴趣。同时传统的实验教学中，实验教学受仪器设备、教学条件和实验学时不足的限制，且传统实验以验证型实验为主，存在较难激发学生学习的积极性等亟待解决的各种问题与弊端[9-11]。因此，为解决上述难题，课程的实验教学采用“虚实结合”“线上+线下”的实验教学模式（图3）。

图3 虚实结合、线上+线下的实验教学模式及考核方式

2.1 线上环节

线上环节是将虚拟仿真技术引入实验教学中，辅助实体教学，主要用在实验的预习和课后复习阶段。因虚拟仿真实验不受时间、空间限制，每个学生都能参与到实验中，很好解决设备台套数不足的难题。同时，由于实体实验设备操作复杂，若有操作失误，就会存在安全隐患。采用虚拟仿真实验，不存在操作安全的问题，学生可以反复尝试。另外，虚拟仿真实验可将较为复杂的设备进行拆解，学生可以直观了解其内部构成，这在实体实验中无法实现。虚拟仿真实验系统包括实验原理和实验步骤介绍、数据记录和处理、实验分析、实验报告，学生可以根据实验报告详细检查实验失分项。

2.2 线下环节

线下环节还是采用传统的实体实验教学，让学生实地认识设备构成、实验原理、操作流程及注意事项等，培养学生的动手操作能力，将课堂和虚拟仿真实验所学理论知识与实际操作联系起来。在虚拟仿真实验的课前预习和课上练习基础上，学生掌握实验原理、实验操作、数据采集、注意事项后即可开展“食品工程原理”实体实验。在实验过程中，学生根据实验讲义和虚拟仿真实验的练习，进行实验设备的调试、参数设定等，记录实验数据，初步分析数据合理后即可结束实验。课后对采集的实验数据进行分析计算后根据教师要求撰写实验报告。

2.3 以赛促教

积极鼓励学生参加学科竞赛如食品专业工程实践训练能力竞赛，竞赛主要考查学生对于食品工程实践方面的综合能力，是“食品工程原理”理论教学和实践教学效果的体现。在以往各届赛事中，我校学生均能积极报名参加并认真备赛，并且在校级、西部赛区、全国总决赛中表现优异。

3 强化课程设计环节

课程设计是“食品工程原理”理论课程和实验教学的一个总结性的教学实习环节，是使学生具备理论联系实际的能力、综合运用所学知识去分析和解决工程实际问题的能力，为“食品工厂设计”“毕业设计”等后续课程和教学环节提供必要的基础知识，为学生今后从事食品、化工、生物工程和环保等过程的研究、开发、设计及操作工艺制定打下良好基础[12-13]。因此，上好“食品工程原理”课程设计至关重要。

3.1 根据专业实际，贴合生产实际设计题目

在题目的设置上立足于实际食品加工过程中的单元操作，如奶粉喷雾干燥器的设计、列管换热器的设计、连续精馏塔浮阀塔的设计等。设计按组进行，每个学生承担一部分的设计内容，最终成绩小组成员共享。锻炼学生在设计方案的选择、计算公式的使用、工艺流程图的绘制及设计说明书的编写等方面的综合能力。

3.2 加强制图训练，严格按标准绘图

课程设计的最终设计结果以设计说明书和设计图纸呈现。因此，应特别注重设计图纸的规范性。在课程设计期间，邀请工程背景强、制图水平的教师或邀请机械工程学院工程制图任课教师严格把关图纸质量，使学生将制图课程所学应用于课程设计，养成良好制图习惯，为后续食品工厂设计和毕业设计课程奠定扎实的基础。

3.3 加强课程设计过程性考核

在课程设计环节，过程性考核同样重要，最终成绩不仅包括设计说明书、设计图纸，还应包括出勤、设计态度、在小组中的贡献度等方面。

4 结语

在一流课程建设和专业工程认证的背景下，根据培养方案、结合学生的培养目标，对我校“食品工程原理”的理论教学、实验教学和课程设计全方位进行教学改革探索并实践。在“食品工程原理”课堂理论教学中，优化教学内容，基于雨课堂平台构建线下线上相结合的教学模式、紧抓课前课中课后环节，同时注重过程性考核。在实验教学中，引入虚拟仿真技术，采用“虚实结合、线上+线下”的教学模式和过程性考核。在课程设计环节，设计紧贴专业实际，规范过程管理。因此，通过以上手段全面改进“食品工程原理”的各环节教学方式方法，提高教学效果和学生学习效果，为教学工作改进奠定基础，推动专业建设，并为同类课程建设或教学改革提供参考。