利用多學(xué)科交叉提高食品學(xué)科學(xué)生創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐

馬海樂 -

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013) (School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu 212013, China)

利用多學(xué)科交叉提高食品學(xué)科學(xué)生創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐

馬海樂MAHai-le

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013) (SchoolofFoodandBiologicalEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu212013,China)

發(fā)揮多學(xué)科交叉優(yōu)勢進(jìn)行學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)得到國內(nèi)外高等教育的高度重視。針對(duì)目前中國高等教育人才培養(yǎng)中存在的重視知識(shí)傳授、忽視學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的不足，根據(jù)食品學(xué)科人才培養(yǎng)及食品科學(xué)技術(shù)研究面臨的挑戰(zhàn)，通過與工程學(xué)和物理學(xué)的交叉，闡述跨學(xué)科人才培養(yǎng)模式研究的必要性和重要性，介紹食品學(xué)科在利用多學(xué)科交叉提高學(xué)生創(chuàng)新能力的一些研究與實(shí)踐。

食品科學(xué)與工程；學(xué)科交叉；創(chuàng)新能力；人才培養(yǎng)

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、精準(zhǔn)醫(yī)療、大健康等新經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域、新概念層出不窮，傳統(tǒng)的理科和工科已不足以應(yīng)對(duì)時(shí)代的快速變革，新業(yè)態(tài)催生大學(xué)教育的轉(zhuǎn)型，因此2017年在復(fù)旦大學(xué)舉行的“綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)”上達(dá)成的“‘新工科’建設(shè)復(fù)旦共識(shí)”得到教育界的高度重視，隨后教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》?！靶鹿た啤钡膭?chuàng)意高度注重對(duì)學(xué)生科學(xué)、工程、人文交叉融合能力的培養(yǎng)。“食品科學(xué)與工程”作為一個(gè)“軟工科”專業(yè)，目前的培養(yǎng)方案中“重科學(xué)、輕工程”的問題非常突出，學(xué)生交叉創(chuàng)新能力的培養(yǎng)沒有給予足夠的重視。因此有必要針對(duì)這些問題，結(jié)合食品學(xué)科的特色，探討學(xué)生跨學(xué)科創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法的建立。

1 中國食品科學(xué)與工程學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)面臨的挑戰(zhàn)

近百年的諾貝爾獎(jiǎng)有41.02%的獲獎(jiǎng)成果屬于交叉學(xué)科。尤其在20世紀(jì)最后25年，95項(xiàng)自然科學(xué)獎(jiǎng)中，交叉學(xué)科領(lǐng)域有45項(xiàng)，占獲獎(jiǎng)總數(shù)的47.4%[1]。學(xué)科交叉是“學(xué)科際”或“跨學(xué)科”的研究活動(dòng)，交叉點(diǎn)往往就是科學(xué)新的生長點(diǎn)、新的科學(xué)前沿，這里最有可能產(chǎn)生重大的科學(xué)突破，使科學(xué)發(fā)生革命性的變化[2]。

2016年新修訂的《中華人民共和國高等教育法》第五條規(guī)定：高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才，因此學(xué)生創(chuàng)新精神培養(yǎng)是高等教育重要使命之一[3]。國外高水平大學(xué)一直非常重視學(xué)科交叉在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用。盡管近些年中國教育體系有很大的改變，但是整體上還是比較傳統(tǒng)，教師只重視知識(shí)傳授，學(xué)生主動(dòng)創(chuàng)新的意識(shí)尚未形成[1]。因此，如何將科學(xué)研究中的學(xué)科交叉創(chuàng)新思想應(yīng)用于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是中國高等教育值得深入思考的一個(gè)問題。

中國絕大多數(shù)高校的食品科學(xué)與工程專業(yè)自1985年前后創(chuàng)辦，創(chuàng)辦者大多是具有農(nóng)學(xué)、園藝、畜牧、農(nóng)機(jī)、化工等專業(yè)背景的老師，他們通過跨學(xué)科的方式進(jìn)入了食品科學(xué)與工程專業(yè)進(jìn)行人才培養(yǎng)與科學(xué)研究，因此具有很好的跨學(xué)科創(chuàng)新素養(yǎng)[4]。但時(shí)過30年，由于對(duì)教師業(yè)務(wù)能力考核片面性地看重學(xué)術(shù)論文、對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件投入嚴(yán)重不足等方面的原因，食品科學(xué)與工程專業(yè)教師的專業(yè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了很大的變化，絕大多數(shù)是正規(guī)學(xué)習(xí)食品科學(xué)與工程專業(yè)的畢業(yè)生，盡管具有扎實(shí)的化學(xué)或生物學(xué)知識(shí)，但是其工程學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)等對(duì)食品加工理論研究與技術(shù)開發(fā)有著重要影響的相關(guān)學(xué)科的教師數(shù)量愈來愈少，導(dǎo)致培養(yǎng)出的學(xué)生知識(shí)面狹窄，科研思路拓寬難度很大，千篇一律地成為了“論文”學(xué)生，其科學(xué)研究不僅不能形成原創(chuàng)性的技術(shù)成果，也難以實(shí)現(xiàn)真正意義上的理論突破，學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)[5]。

2 利用與工程學(xué)的交叉優(yōu)勢，培養(yǎng)食品學(xué)科學(xué)生的創(chuàng)新能力

眾所周知，化工原理、化工熱力學(xué)、機(jī)械工程、控制科學(xué)等工程類學(xué)科，對(duì)食品加工的科學(xué)研究發(fā)揮著非常重要的作用，不僅僅是有利于技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，還有利于食品科學(xué)理論研究創(chuàng)新與工藝技術(shù)優(yōu)化[6-7]。

在科學(xué)研究的整個(gè)鏈條中，要實(shí)現(xiàn)食品工藝技術(shù)的創(chuàng)新，必須率先開展代表先進(jìn)加工技術(shù)水平的實(shí)驗(yàn)室裝備研制；在進(jìn)行食品加工機(jī)理研究與技術(shù)開發(fā)中，加工過程的建模與計(jì)算機(jī)模擬在國際學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)界得到高度重視，對(duì)于提高研究水平和技術(shù)優(yōu)化效率有重要的作用；對(duì)于一個(gè)成熟的研究成果，需要通過關(guān)鍵設(shè)備研制、常規(guī)設(shè)備選型、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、工廠設(shè)計(jì)等工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)食品科學(xué)研究成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2016年8月8日國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中指出，發(fā)展現(xiàn)代食品制造技術(shù)需要遵循高科技、智能化等國際發(fā)展趨勢。隨著智能化時(shí)代的到來，以控制工程、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能制造代表著食品工業(yè)的發(fā)展未來。從這些環(huán)節(jié)可以看出，工程學(xué)對(duì)于食品科學(xué)的理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新有重要的價(jià)值。

江蘇大學(xué)食品學(xué)科在30年的發(fā)展中，教師與學(xué)生一起踐行了工程學(xué)對(duì)食品科學(xué)創(chuàng)新的促進(jìn)作用，在食品生物制造、超臨界流體萃取、快速無損檢測、超聲波加工、催化式紅外加工技術(shù)及裝備開發(fā)方面創(chuàng)造了不少產(chǎn)業(yè)奇跡[8-10]。

(1) 氣體環(huán)流攪拌方式的發(fā)明，解決了傳統(tǒng)微生物發(fā)酵罐因機(jī)械攪拌導(dǎo)致微生物細(xì)胞損傷、攪拌不均勻等不足，并因氣體環(huán)流生物反應(yīng)器的開發(fā)，使得鎮(zhèn)江成為中國最大的生物反應(yīng)器制造業(yè)基地，對(duì)中國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了裝備支撐。

(2) 超聲波工作模式的創(chuàng)新，大幅度提高了超聲波對(duì)蛋白酶解、非酶催化反應(yīng)、食品陳釀等食品加工過程的促進(jìn)效果，建立了中國第一條超聲輔助酶解制造活性肽的生產(chǎn)線。

(3) 20世紀(jì)80年代末，率先完成了超臨界流體萃取裝備的研制，使南通華安超臨界萃取有限公司成為中國中小型超臨界萃取設(shè)備最大的制造公司，為中國科研人員開展超臨界萃取技術(shù)的科學(xué)研究提供了重要的設(shè)備保障。

(4) 30年前率先從開展農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)研究起步，使得江蘇大學(xué)的食品快速無損檢測技術(shù)科學(xué)研究一直保持國內(nèi)領(lǐng)先地位，這種信息快速感知采集技術(shù)今后在食品智能制造中將發(fā)揮重要的作用。

上述跨學(xué)科創(chuàng)新成績的取得主要源于：

(1) 保持相對(duì)充足的具有工程教育背景的師資。本學(xué)科創(chuàng)辦初期，95%的教師第一學(xué)歷是農(nóng)業(yè)機(jī)械；目前博士生導(dǎo)師隊(duì)伍中仍有1/3第一學(xué)歷是機(jī)械類專業(yè)，因此學(xué)生學(xué)位論文研究課題的工程性明顯強(qiáng)于其它偏理的高校。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有師資隊(duì)伍中工程背景逐漸弱化的現(xiàn)狀，本學(xué)科還邀請(qǐng)機(jī)械學(xué)院、電氣學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院的部分教師進(jìn)入研究生指導(dǎo)小組，參與指導(dǎo)工作。

(2) 保持工程特色的學(xué)生培養(yǎng)模式。本學(xué)科在培養(yǎng)計(jì)劃中增設(shè)和(或)根據(jù)學(xué)生研究課題性質(zhì)補(bǔ)修一些工程類課程。為了彌補(bǔ)目前中國食品學(xué)科學(xué)生工程能力培養(yǎng)弱化的問題，江蘇大學(xué)曾經(jīng)嘗試性地在食品科學(xué)與工程專業(yè)設(shè)立了“食品機(jī)械及其自動(dòng)化”方向，基礎(chǔ)教育部分完全是按照“機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化”專業(yè)的培養(yǎng)方案進(jìn)行，總課程的30%為食品專業(yè)的相關(guān)課程，希望這一探索能夠?yàn)橹袊称窓C(jī)械類人才的培養(yǎng)貢獻(xiàn)一份力量。

(3) 創(chuàng)建多個(gè)以工程能力培養(yǎng)為核心的創(chuàng)新平臺(tái)。本學(xué)科建設(shè)有國家農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)裝備研發(fā)分中心、江蘇省食品智能制造工程技術(shù)研究中心、江蘇省食品智能制造裝備工程實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)部蔬菜脫水加工技術(shù)集成基地等以裝備研制及其智能控制系統(tǒng)開發(fā)主題的創(chuàng)新平臺(tái)。在企業(yè)設(shè)立32個(gè)省級(jí)研究生工作站，聘任了8位產(chǎn)業(yè)教授。

經(jīng)過多年的努力，本學(xué)科建立了具有食品科學(xué)背景學(xué)生如何建立工程思維方式、具有工程背景學(xué)生如何開展食品科學(xué)研究的復(fù)合型人才培養(yǎng)新模式，培養(yǎng)學(xué)生利用工程技術(shù)方法解決食品科學(xué)問題的能力；建立了以可工業(yè)化實(shí)現(xiàn)為導(dǎo)向開展食品加工技術(shù)研發(fā)、以制造過程智能化和質(zhì)量控制精準(zhǔn)化為目標(biāo)提高研發(fā)水平的研究生從事科學(xué)研究的新思路[5,11]。通過上述實(shí)踐，將導(dǎo)師工程實(shí)力強(qiáng)的科研優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為研究生的培養(yǎng)優(yōu)勢，在學(xué)生跨學(xué)科創(chuàng)新能力培養(yǎng)中發(fā)揮了重要作用。

3 利用與物理學(xué)交叉的優(yōu)勢，培養(yǎng)食品學(xué)科學(xué)生的創(chuàng)新能力

在食品科學(xué)的發(fā)展歷程中，曾經(jīng)因?yàn)槭称芳庸づc化學(xué)的交叉形成了“食品化學(xué)”、與生物的交叉形成了“食品酶學(xué)”和“食品微生物學(xué)”，這些交叉學(xué)科使得食品加工的科學(xué)化水平得以顯著提升。但是，在經(jīng)歷了長期的方法研究與參數(shù)優(yōu)化之后，其加工效率、產(chǎn)品得率、產(chǎn)品活性、能量消耗等關(guān)鍵指標(biāo)提升的難度越來越大。

為此，近年來國內(nèi)外越來越多的學(xué)者，從不同的角度，探索性地將聲、光、電、磁、力等物理學(xué)方法應(yīng)用于食品加工的各個(gè)環(huán)節(jié)中。大量的研究數(shù)據(jù)證明：物理學(xué)方法的應(yīng)用確實(shí)產(chǎn)生了許多意想不到的效果，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景，一種新的食品加工技術(shù)——食品物理加工技術(shù)在國際上悄然興起。

江蘇大學(xué)食品學(xué)科搶抓機(jī)遇，按照跨學(xué)科創(chuàng)新的思路，大范圍開展了超聲波、激光、磁場等非熱物理場，紅外、微波、脈沖強(qiáng)光等熱物理場，人工視覺、人工嗅覺、人工味覺、近紅外、高廣譜等物理快速檢測技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用研究，在國際上創(chuàng)新性地提出了建設(shè)“食品物理加工”學(xué)科的學(xué)術(shù)思想，積極推進(jìn)學(xué)科體系的建設(shè)[12-13]。2010年建設(shè)的“江蘇食品物理加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”為目前中國唯一的專門開展食品物理加工基礎(chǔ)理論與技術(shù)方法研究的省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2014年起創(chuàng)立了每年一次的年會(huì)交流制度，得到行業(yè)學(xué)會(huì)、學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度肯定，被認(rèn)為對(duì)于今后食品科學(xué)領(lǐng)域的科研創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步具有里程碑的意義[14-15]。2015年“食品物理加工技術(shù)及裝備”團(tuán)隊(duì)獲批江蘇省高等學(xué)校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

江蘇大學(xué)食品學(xué)科通過如下實(shí)踐將本學(xué)科食品物理加工的科研特色轉(zhuǎn)變?yōu)槿瞬排囵B(yǎng)優(yōu)勢：

(1) 學(xué)位論文選題。本學(xué)科的4個(gè)學(xué)科方向中，第一個(gè)關(guān)于食品快速物理檢測、第二個(gè)關(guān)于食品物理加工，因此學(xué)位論文選題中，至少有超過50%的研究生選擇以食品物理加工為研究主題，涉及到超聲波、催化式紅外、激光、微波、電場、磁場、超高壓、脈沖強(qiáng)光等物理，在食品酶解、發(fā)酵、殺菌、滅酶、殺蟲、干燥、菌種誘變等食品加工中的應(yīng)用；涉及到將計(jì)算機(jī)圖像、高光譜、近紅外、電子鼻、電子舌等物理技術(shù)應(yīng)用于食品品質(zhì)的快速檢測技術(shù)的研究。通過科學(xué)研究工作，研究生將聲、光、電、磁、力等物理學(xué)原理和現(xiàn)代物理技術(shù)應(yīng)用于改進(jìn)傳統(tǒng)食品加工技術(shù)的跨學(xué)科創(chuàng)新能力得到了充分的訓(xùn)練。

(2) 系列課程開設(shè)。為了滿足研究生高水平開展食品物理加工研究工作的需要，針對(duì)不同層次、不同類別研究生的特點(diǎn)，本學(xué)科開設(shè)出“食品物理加工學(xué)”(學(xué)碩/專碩研究生)、“食品物理加工技術(shù)前沿進(jìn)展”(學(xué)碩研究生)、“食品物理加工工程”(專碩研究生)、“現(xiàn)代食品物理加工技術(shù)與裝備”(博士研究生)、“食品科學(xué)與技術(shù)專題”(博士研究生，1/4內(nèi)容關(guān)于食品物理加工的前沿專題)5門涉及到食品物理加工技術(shù)及裝備的系列課程，學(xué)生有機(jī)會(huì)全面地學(xué)習(xí)食品物理加工的基本知識(shí)，了解國內(nèi)外前沿動(dòng)態(tài)。通過訓(xùn)練，本學(xué)科學(xué)生的物理思維意識(shí)基本形成，學(xué)術(shù)視野顯著拓寬。

數(shù)十年堅(jiān)持利用多學(xué)科交叉提高學(xué)生創(chuàng)新能力的實(shí)踐證明，江蘇大學(xué)食品學(xué)科研究生跨學(xué)科理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐創(chuàng)新能力顯著提升。該學(xué)科在10余年的國家和省學(xué)位論文抽檢中合格率100%，學(xué)生獲得“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽獎(jiǎng)8項(xiàng)、全國大學(xué)生“節(jié)能減排”大賽獎(jiǎng)2項(xiàng)，獲得省級(jí)及行業(yè)企業(yè)課外科技作品獎(jiǎng)近20項(xiàng)；獲全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文和全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名獎(jiǎng)各1篇、省優(yōu)博優(yōu)碩10篇；獲國際農(nóng)業(yè)與生物系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)世界大會(huì)Armand Blanc獎(jiǎng)1項(xiàng)、行業(yè)優(yōu)秀論文10余篇。

4 結(jié)束語

利用學(xué)科交叉優(yōu)勢提升高端人才培養(yǎng)質(zhì)量的模式研究得到國內(nèi)外高等教育的高度重視[16-17]。中國的食品學(xué)科絕大多數(shù)都是從農(nóng)學(xué)學(xué)科派生出來的，在與工學(xué)交叉方面，選擇與機(jī)械工程和控制工程的交叉研究，是糾正目前存在的片面追求高水平論文發(fā)表、不重視技術(shù)創(chuàng)新、不關(guān)心實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的技術(shù)在生產(chǎn)線上能否實(shí)現(xiàn)等現(xiàn)象的需要，更是全世界范圍內(nèi)興起的智能制造的需要；在與理學(xué)交叉方面，過去主要是與化學(xué)和生物學(xué)的交叉，使得食品加工整體的科學(xué)化水平大幅提升，今后與物理學(xué)的交叉，有望成為引領(lǐng)食品加工實(shí)現(xiàn)新一輪原理創(chuàng)新的發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，以未來食品科學(xué)研究的發(fā)展趨勢為驅(qū)動(dòng)，通過學(xué)科交叉，進(jìn)行創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的研究，對(duì)支撐食品產(chǎn)業(yè)的長久可持續(xù)健康發(fā)展有重要的價(jià)值。

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Researchandpracticeofimprovingstudents'innovativeabilityoffooddisciplinebymultidisciplinarycross

It plays an important role in domestic and foreign higher education to use advantages of multi disciplines to cultivate students' innovation ability. Facing the problems existing in food science talent cultivation in our country, paying attention to the knowledge and neglect to cultivation of students' innovative ability, combining the characteristics of the food science, this review presented some research and practice of Jiangsu University in food science students' innovation ability training from food science crossing with engineering, physics and medicine.

Keywords: Food science and engineering; multidiscipli-nary cross; innovation capacity; personnel training

江蘇省研究生教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐課題(重點(diǎn)課題)(編號(hào)：JGZZ16_057)

馬海樂(1963—)，江蘇大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，博士。

E-mail: mhl@ujs.edu.cn

2017—05—27

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.09.044