新工科背景下農(nóng)業(yè)院?！妒称饭こ淘碚n程設(shè)計》教學(xué)問題分析及模式探討
——以甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)為例

蔣玉梅，李霽昕

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

一、前言

《食品工程原理課程設(shè)計》是工程教育實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分［1］，是理論到實踐、基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁［2］；該門課程以化學(xué)、物理化學(xué)、高等數(shù)學(xué)、食品工程原理和工程制圖等課程學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，綜合考察學(xué)生的學(xué)習(xí)、計算、設(shè)計、繪圖以及計算機(jī)軟件應(yīng)用等能力［3］。

現(xiàn)代社會知識更新快，社會對工程技術(shù)人才的知識和技能要求不斷提高。為適應(yīng)社會需求，推動高等院校的工程教育改革創(chuàng)新，國家提出了新工科教育理念和教育改革［4］。工程教育改革創(chuàng)新是國家重大戰(zhàn)略需求［5］，立德樹人，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型工程人才是高等院校工程教育改革創(chuàng)新的目標(biāo)之一。

由于歷史和專業(yè)設(shè)置原因，農(nóng)業(yè)院校食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生理工科基礎(chǔ)相對薄弱，面對《食品工程原理課程設(shè)計》這種工程性強(qiáng)的課程，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中會出現(xiàn)畏難、懈怠及自主性不強(qiáng)等問題。為實現(xiàn)新工科背景下卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)，提高學(xué)生工程設(shè)計能力以及教學(xué)質(zhì)量，積極探索符合農(nóng)業(yè)院校食品科學(xué)與工程專業(yè)特色的工程教育發(fā)展之路，適應(yīng)新形勢下社會對食品科學(xué)與工程專業(yè)人才的需求，進(jìn)行《食品工程原理課程設(shè)計》教學(xué)模式改革研究具有重要意義。

二、《食品工程原理課程設(shè)計》實施問題分析

《食品工程原理課程設(shè)計》旨在把學(xué)生的知識學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)和食品工程發(fā)展等客觀要求進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生在課程設(shè)計過程中扮演核心角色，從而培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計思維和能力。但是由于多種因素影響，目前學(xué)生進(jìn)入課程設(shè)計核心角色程度不夠，具體問題分析如下。

（一）關(guān)聯(lián)理論知識不扎實

《食品工程原理課程設(shè)計》涉及大量公式應(yīng)用與計算，需要具有扎實的“高等數(shù)學(xué)”“大學(xué)物理”“物理化學(xué)”“工程制圖”“食品工程原理”等課程知識［6］。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院于2015至2018年就《食品工程原理課程設(shè)計》相關(guān)理論課程的教學(xué)模式、學(xué)生接受情況的問卷調(diào)查分析顯示（如圖1所示），分別有66.2%、83%、84%、64%的人認(rèn)為相關(guān)理論課程教學(xué)模式基本適合；分別有60%、83.3%、90%、80%的同學(xué)認(rèn)為講授內(nèi)容基本能夠接受。同時期學(xué)生食品工程原理課程試卷平均分和及格率分析（如圖2所示）顯示，食品工程原理課程平均分分別為61.49分、52.78分、54.2分和69.19分，及格率分別為60.23%、33.90%、38.46%和83.44%。二者結(jié)合分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對食品工程原理課程設(shè)計相關(guān)理論課程的主觀認(rèn)識和客觀接受度有較大的差異，部分學(xué)生對相關(guān)課程學(xué)習(xí)難度主觀認(rèn)知不足，學(xué)習(xí)重視程度不夠，導(dǎo)致學(xué)習(xí)成績和學(xué)習(xí)效果不理想。2016年起，專業(yè)教學(xué)計劃中食品工程原理課程實驗取消，課時減少為48學(xué)時，2016年和2017年學(xué)生該課程的平均分和及格率均較2015年有較大幅度下降，說明實驗缺失和課時減少會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。2018年學(xué)生平均成績和及格率有所提高，是由于教師在課程教學(xué)中進(jìn)行了學(xué)生參與題庫建設(shè)的嘗試。

綜合分析可知，食品工程與科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案中存在部分課程設(shè)置缺失和課時不足等問題，部分理論知識講授和學(xué)習(xí)缺乏系統(tǒng)性，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想，進(jìn)而影響課程設(shè)計，學(xué)生的設(shè)計圖往往只是照葫蘆畫瓢，不理解所表達(dá)內(nèi)容，達(dá)不到建立學(xué)生的工程思維、培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力的教學(xué)目標(biāo)。

圖1 相關(guān)教學(xué)模式、學(xué)生接受情況問卷調(diào)查分析

圖2 試卷平均分和及格率分析

（二）課程設(shè)計課時有限，學(xué)生缺乏實踐認(rèn)知，難以在短時間內(nèi)進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)

多數(shù)高校《食品工程原理課程設(shè)計》通常是安排在食品工程原理理論教學(xué)結(jié)束后進(jìn)行，不經(jīng)實踐認(rèn)知學(xué)習(xí)，最多安排1～2周完成整個設(shè)計任務(wù)［7］，且部分院校要求學(xué)生在不停課的前提下完成設(shè)計。由于農(nóng)業(yè)院校學(xué)生理工科理論基礎(chǔ)相對薄弱，學(xué)生普遍反映《食品工程原理》理論知識抽象、公式多、計算多、邏輯思維要求高、難學(xué)?！妒称饭こ淘碚n程設(shè)計》是對《食品工程原理》課程理論知識的實踐性綜合應(yīng)用，而理論知識及應(yīng)用計算基礎(chǔ)薄弱致使學(xué)生難以進(jìn)入食品工程課程設(shè)計環(huán)節(jié)。加之食品加工千差萬別，各產(chǎn)品的生產(chǎn)單元和設(shè)備的工藝參數(shù)也不盡相同，相應(yīng)的操作過程、原理及要求也有所差別。在沒有實踐認(rèn)知經(jīng)驗的情況下，學(xué)生往往剛進(jìn)入設(shè)計狀態(tài)，設(shè)計就結(jié)束了。

針對以上問題，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院在學(xué)生中就“課程設(shè)計中能否理解設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)，獨(dú)立完成課程設(shè)計”“是否需要探索新的教學(xué)模式和進(jìn)行認(rèn)知實習(xí)”等問題進(jìn)行問卷調(diào)查分析（如圖3所示）。2015至2018年間分別有60%、56.7%、42%、44%的同學(xué)認(rèn)為可以獨(dú)立完成課程設(shè)計，66%、80%、87%、64%學(xué)生可以理解設(shè)備設(shè)計結(jié)構(gòu)；關(guān)于新的教學(xué)模式探索，分別有87%、83%、45%、92%的同學(xué)認(rèn)為有必要進(jìn)行，53.3%、60%、87%、76%的同學(xué)認(rèn)為設(shè)計前的認(rèn)知實習(xí)是必要的。結(jié)果表明，認(rèn)為可獨(dú)立完成設(shè)計的學(xué)生比例逐年下降，但學(xué)生對設(shè)備結(jié)構(gòu)的理解并未相應(yīng)下降，說明課程設(shè)計的難點(diǎn)在設(shè)計計算部分，學(xué)生需要具備較扎實的課程理論知識和理論結(jié)合實踐的認(rèn)知。關(guān)于新的教學(xué)模式和認(rèn)知必要性的調(diào)查也體現(xiàn)了學(xué)生希望通過教學(xué)模式改革和加強(qiáng)實踐認(rèn)知強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)，以便更好地完成課程設(shè)計。

圖3 課程設(shè)計相關(guān)問題調(diào)查

（三）設(shè)計題目相對固定，抄襲現(xiàn)象難以避免，學(xué)生參與度有限

目前，基于傳熱在食品生產(chǎn)中的重要性［8］，食品科學(xué)與工程專業(yè)的《食品工程原理設(shè)計》課程設(shè)計任務(wù)大多選擇換熱器，設(shè)計選題單調(diào)，雷同現(xiàn)象較為普遍［9］。2015年至2018年期間甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院對學(xué)生就食品工程原理課程設(shè)計的設(shè)計題目、模式及對前屆學(xué)生設(shè)計作品的可借鑒度調(diào)查分析顯示（如圖4所示），約80%以上的學(xué)生認(rèn)為歷年食品工程原理課程設(shè)計題目雷同度高，設(shè)計模式相對固定，前屆學(xué)生設(shè)計作品可借鑒度較高，照貓畫虎現(xiàn)象較為普遍。關(guān)于課程設(shè)計教學(xué)問題調(diào)查顯示（如圖5所示），學(xué)生普遍認(rèn)為課程設(shè)計是不可或缺的教學(xué)環(huán)節(jié)，但設(shè)計過程中存在較多的問題需要及時得到指導(dǎo)，教學(xué)效果有待進(jìn)一步提高。

調(diào)查分析顯示，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院《食品工程原理課程設(shè)計》教學(xué)模式與其他農(nóng)業(yè)院校類似，教師主要通過集中授課講解布置課程任務(wù)，學(xué)生通常參考相關(guān)資料和教學(xué)課件，按照一定的模板和步驟，進(jìn)行基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)查閱、工藝過程計算和校核、設(shè)備設(shè)計計算和校核、工藝流程及主要設(shè)備工藝圖的繪制等工作［10］。設(shè)計任務(wù)變化不大，學(xué)生往往只在指導(dǎo)教師給定條件下進(jìn)行驗證性設(shè)計。學(xué)生可從往屆學(xué)生處獲得模板，加之互聯(lián)網(wǎng)的普遍性，學(xué)生依葫蘆畫瓢和抄襲現(xiàn)象難以避免，設(shè)計缺乏創(chuàng)意。學(xué)生主動性、參與度不足，影響了教學(xué)效果。

圖4 課程設(shè)計題目、模式及對前屆學(xué)生設(shè)計作品可借鑒度調(diào)查分析

圖5 課程設(shè)計教學(xué)問題調(diào)查分析

（四）教師指導(dǎo)工作量大，考核標(biāo)準(zhǔn)單一

近幾年高校擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)成倍增加，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)《食品工程原理課程設(shè)計》的學(xué)生人數(shù)自2000年后逐年增加，最高時為擴(kuò)招前的3～4倍，任課教師人數(shù)仍為2人，師生比大大減小，一個老師一學(xué)期往往要指導(dǎo)2～4個班的學(xué)生（約60～200人），老師很難做到與每一個學(xué)生面對面指導(dǎo)、交流，存在與其他學(xué)校課程設(shè)計教學(xué)的共同問題——教師的時間和精力明顯不足［11］，課程設(shè)計成績主要以圖紙和說明書為評定依據(jù)，缺乏過程考核與細(xì)節(jié)監(jiān)督。

三、《食品工程原理課程設(shè)計》教學(xué)模式探討

基于以上問題分析，針對農(nóng)業(yè)院校學(xué)生及課程設(shè)置特點(diǎn)，本研究對《食品工程原理課程設(shè)計》教學(xué)模式進(jìn)行相關(guān)探討，以期有效提高學(xué)生的工程設(shè)計能力。

（一）合理組織安排課程設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計

鑒于《食品工程原理課程設(shè)計》的課時有限，教師在課程設(shè)計安排中應(yīng)重視前期準(zhǔn)備，在《食品工程原理》理論和實驗教學(xué)過程中融入課程設(shè)計引導(dǎo)，提前進(jìn)行課程設(shè)計動員，將課程設(shè)計時間分散到較長的時間段。同時建議學(xué)生自學(xué)AUTOCAD工程圖和EXCELL等計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，利用計算機(jī)軟件或自編程序進(jìn)行課程設(shè)計，提高設(shè)計效率和精準(zhǔn)度。農(nóng)業(yè)院校應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和工程制圖能力，以適應(yīng)今后實際工程設(shè)計的需要。

（二）原有設(shè)計任務(wù)基礎(chǔ)上并行自命題，激發(fā)學(xué)生設(shè)計的主動性和創(chuàng)新性

90后大學(xué)生思想行為獨(dú)立意識強(qiáng)、自主性強(qiáng)，思維靈活［12］，基于學(xué)生和食品工程發(fā)展特點(diǎn)，建議在原有設(shè)計任務(wù)基礎(chǔ)上，并行教師指導(dǎo)下的自主命題，發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)立思考能力和主觀能動性。按照學(xué)生的能力與意愿來設(shè)定設(shè)計任務(wù)，自主性、實踐能力強(qiáng)的學(xué)生可分組進(jìn)行自主命題任務(wù)設(shè)計；學(xué)習(xí)一般且動手能力亦一般的學(xué)生，仍然進(jìn)行原有設(shè)計任務(wù)，需要注意的是，要根據(jù)學(xué)生學(xué)號設(shè)置不同的設(shè)計參數(shù)，避免抄襲。逐年更新設(shè)計任務(wù)書，提高學(xué)生參與度及其工程設(shè)計能力。

（三）利用校企合作，增強(qiáng)學(xué)生對單元操作的實物認(rèn)知學(xué)習(xí)，夯實設(shè)計基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生設(shè)計興趣

新工科背景下，校企合作模式可以加強(qiáng)食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生對生產(chǎn)中加工單元操作、工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，課程設(shè)計之前安排與課程設(shè)計相關(guān)的參觀實習(xí)，講解單元操作流程、主體設(shè)備結(jié)構(gòu)及其與設(shè)計的聯(lián)系，為課程設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生設(shè)計興趣和積極性。

（四）合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平臺，提高教學(xué)質(zhì)量

在課程設(shè)計中，可將課堂教學(xué)啟發(fā)和開放指導(dǎo)相結(jié)合。教師在課堂上可借助多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)MOOC（MassiveOpenOnlineCourses）視頻給出設(shè)計任務(wù)、提出設(shè)計框架、認(rèn)知設(shè)備結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生建立設(shè)計觀念，積極思考。同時，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，實施課程設(shè)計指導(dǎo)，師生網(wǎng)絡(luò)實時互動，教師及時了解學(xué)生的設(shè)計計算進(jìn)展，掌握學(xué)生的設(shè)計問題，建立討論小組共同討論，及時指導(dǎo)解決學(xué)生課程設(shè)計中存在的問題。此模式既可培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，又可調(diào)動學(xué)生的設(shè)計興趣和學(xué)習(xí)積極性，加強(qiáng)師生及學(xué)生間的溝通、交流，提高教學(xué)效率和質(zhì)量。

（五）完善課程設(shè)計考核體系

課程設(shè)計是在教師指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成的。學(xué)生設(shè)計成績應(yīng)綜合考慮設(shè)計資料查閱及準(zhǔn)備、設(shè)計思想的正確體現(xiàn)、準(zhǔn)確的工程計算、設(shè)計說明表達(dá)、制圖質(zhì)量和設(shè)計陳述表達(dá)。教師根據(jù)學(xué)生的查閱資料、設(shè)計過程、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)用情況、設(shè)計說明書、設(shè)計圖紙和設(shè)計陳述質(zhì)量按“優(yōu)、良、中、及格、不及格”五級評定成績。同時鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，利用計算機(jī)輔助手段進(jìn)行設(shè)計，有創(chuàng)新或通過編程、計算機(jī)輔助完成設(shè)計的，可根據(jù)設(shè)計質(zhì)量適當(dāng)給學(xué)生設(shè)計成績加分。

三、結(jié)語

通過《食品工程原理課程設(shè)計》教學(xué)問題分析及模式探討，新模式應(yīng)用后可有效提高學(xué)生課程設(shè)計、制圖等實踐技能；使學(xué)生能夠?qū)⒎植荚诟鏖T課程中的理論知識與實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，完成具有自己特色的課程設(shè)計，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，提高其動手和實踐能力，達(dá)到綜合訓(xùn)練目的；通過加強(qiáng)課程設(shè)計考核，可綜合評價學(xué)生的設(shè)計能力和素質(zhì)，減少學(xué)生偷懶抄襲的現(xiàn)象。不僅如此，新模式對教師素質(zhì)也提出了更高的要求，教師不僅要具備食品工程原理課程的授課能力，還要能夠綜合其他課程的相關(guān)知識，以及課程設(shè)計所涉及的食品生產(chǎn)知識進(jìn)行授課和答疑。因此，《食品工程原理課程設(shè)計》教學(xué)模式改革，對高等院校工程教育改革創(chuàng)新，具有積極的推動作用。