面向工程能力培養(yǎng)的“食品裝備實驗”課程優(yōu)化

李 陽，吳曉琴，陳啟和，張 輝，陳士國

（浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江杭州 310058）

0 引言

由教育部、工業(yè)和信息化部、中國工程院聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0 的意見》，形成了以智能裝備、人工智能、大數(shù)據(jù)等為代表的新工科建設(shè)計劃，這是一次面向戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)需求，變革工程教育領(lǐng)域人才培養(yǎng)模式的行動布局[1-2]。教育部啟動的一流本科專業(yè)建設(shè)“雙萬計劃”中明確要求，一流本科專業(yè)建設(shè)需不斷完善協(xié)同育人和實踐教學機制，優(yōu)化人才培養(yǎng)機制，強化實踐教學，不斷提升人才培養(yǎng)的目標達成度和社會滿意度[3]。工程教育專業(yè)認證要求人才培養(yǎng)以學生為中心，以能力達成為導向，并強調(diào)教學過程持續(xù)改進[4]。面對新一輪全球科技與產(chǎn)業(yè)變革，瞄準“雙萬計劃”及工程教育對我國復合型工程人才的培養(yǎng)導向，新工科建設(shè)為高等工程教育的改革探索提供了一個全新視角和“中國方案”，也為高等學校學生工程能力培養(yǎng)提出了新的要求[5-6]。

食品裝備是食品工業(yè)實現(xiàn)加工目的的重要工具，沒有食品裝備就無法形成食品工業(yè)，食品裝備的更新與進步為食品工業(yè)開辟了廣闊的發(fā)展空間?！笆濉逼陂g，我國食品裝備行業(yè)以“中國制造2025”發(fā)展綱要為指導，全面推進智能制造、綠色制造和優(yōu)質(zhì)制造，亟需高素質(zhì)工程人才支撐食品裝備技術(shù)進步及行業(yè)發(fā)展[7]?！笆称费b備實驗”課程的優(yōu)化與持續(xù)改進，作為浙江大學食品科學與工程專業(yè)實施一流本科專業(yè)建設(shè)及工程教育專業(yè)認證的重要環(huán)節(jié)，正為食品專業(yè)學生的工程能力培養(yǎng)探索新體系、新標準及新方法。

1 “食品裝備實驗”課程優(yōu)化內(nèi)涵

卓越工程師教育培養(yǎng)計劃要求高校要以強化工程實踐能力、工程設(shè)計能力與工程創(chuàng)新能力為核心，重構(gòu)課程體系和教學內(nèi)容，加強跨專業(yè)、跨學科的復合型人才培養(yǎng)[8-9]。工程教育專業(yè)認證更是注重教育產(chǎn)出和實際成效，即畢業(yè)生的知識、能力和素質(zhì)[10]，特別是工程能力和工程素質(zhì)。

“食品裝備實驗”教學注重學生使用食品機械裝備來解決食品生產(chǎn)中遇到的實際問題，特別是工程問題，并著重培養(yǎng)學生在食品工程領(lǐng)域分析問題及解決問題的能力[11]?！笆称费b備實驗”課程針對目前食品專業(yè)學生工程安全意識缺乏，工程實踐能力、工程設(shè)計能力及工程創(chuàng)新能力不足的現(xiàn)狀，進行實驗課程內(nèi)容、課堂教學環(huán)節(jié)及考評體系改革，優(yōu)化實驗項目和實驗技術(shù)及裝備，強化“食品裝備實驗”課堂的各個關(guān)鍵節(jié)點，豐富課程考評維度，構(gòu)建面向工程能力培養(yǎng)的“食品裝備實驗”課程體系。

“食品裝備實驗”課程優(yōu)化內(nèi)涵見圖1。

圖1 “食品裝備實驗”課程優(yōu)化內(nèi)涵

1.1 課程內(nèi)容優(yōu)化

（1） 優(yōu)化實驗項目。以項目制的實驗代替以往單一的驗證性及演示性實驗，由淺入深地設(shè)置基礎(chǔ)實驗項目、單項實驗項目、綜合實驗項目及創(chuàng)新實驗項目。基于食品裝備的水、電、氣基礎(chǔ)知識設(shè)置基礎(chǔ)實驗項目，包括食品裝備用電基礎(chǔ)實驗、食品裝備用水基礎(chǔ)實驗及食品裝備用氣基礎(chǔ)實驗?；谑称芳庸卧僮骷跋鄳?yīng)裝備設(shè)置單項實驗項目，包括攪拌、均質(zhì)、包裝、粉碎、干燥、灌裝、離心、殺菌、濃縮等食品加工技術(shù)及裝備實驗[12]?；谑称芳庸すに囁婕暗亩嗯_裝備聯(lián)合使用的特性設(shè)置綜合性、探究性實驗項目，使學生能運用食品裝備實現(xiàn)食品新產(chǎn)品開發(fā)?；谑称费b備應(yīng)用廣泛、實踐性強的特點，以學術(shù)訓練為導向，設(shè)置創(chuàng)新實驗項目，孵化高質(zhì)量學科競賽項目、大學生科研訓練計劃（Student Research Training Program，SRTP） 項目及省創(chuàng)國創(chuàng)項目等，實現(xiàn)以賽促教，寓教于賽[13]。在多層次、體系化的實驗項目中，食品裝備及工程知識得以充分體現(xiàn)及實踐，學生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力及工程創(chuàng)新能力得以全方位培養(yǎng)。

（2） 優(yōu)化實驗技術(shù)及裝備?；谑称费b備前沿技術(shù)的發(fā)展，將食品加工新技術(shù)及新裝備引入“食品裝備實驗”教學中[14]，更新實驗內(nèi)容，如超高壓技術(shù)、超微粉碎技術(shù)、非熱殺菌技術(shù)、分子蒸餾技術(shù)、超臨界流體萃取技術(shù)、超濾技術(shù)及相應(yīng)的食品加工裝備[15-16]?；谛录夹g(shù)新裝備的優(yōu)勢及前期實驗課程中學生對食品裝備操作要點的反饋，簡化實驗流程，縮短實驗操作等候時間，提高實驗結(jié)果的可辨識性，提升實驗課堂效率。

1.2 教學環(huán)節(jié)優(yōu)化

在基礎(chǔ)實驗項目及單項實驗項目教學中，改變以往簡單地“演示+ 操作”的實驗課堂教學形式，依據(jù)實驗課堂教學的科學流程，重構(gòu)課堂教學環(huán)節(jié)，依次設(shè)置6 個關(guān)鍵節(jié)點：自學、演示、操作、互評、操作優(yōu)化、總結(jié)討論。根據(jù)工程能力培養(yǎng)的要求，強化“食品裝備實驗”課堂的各個關(guān)鍵節(jié)點，豐富每一環(huán)節(jié)的內(nèi)容及形式，形成“六節(jié)點強化訓練模式”。

在自學環(huán)節(jié)，要求學生在上課前先自學相關(guān)資料，除實驗指導手冊外，錄制每臺裝備的操作視頻，形成實驗指導手冊加裝備操作視頻的自學資料庫，不斷優(yōu)化完善自學資料的呈現(xiàn)形式。在演示環(huán)節(jié)，教師嚴格按照裝備操作規(guī)范演示其操作流程，著重介紹裝備運行過程中所涉及的工程知識。在操作環(huán)節(jié)，學生以小組為單位進行自主操作，做到安全、規(guī)范操作，并實現(xiàn)組間觀摩學習。在互評環(huán)節(jié)，各組學生在自主操作及相互觀摩學習的基礎(chǔ)上，進行組間互評，交流心得體會。在操作優(yōu)化環(huán)節(jié)，學生基于第一次操作經(jīng)驗及組間交流心得，優(yōu)化實驗流程并再次操作裝備，做到自主且熟練地操作裝備，并再次進行組間相互觀摩學習。在總結(jié)討論環(huán)節(jié)，總結(jié)裝備操作經(jīng)驗和實驗心得，討論實驗操作注意事項，進一步完善實驗步驟[17]。

在綜合實驗項目及創(chuàng)新實驗項目教學中，提倡學生基于已掌握的食品裝備知識進行自主探索，要求學生自主選題并設(shè)計實驗方案，以團隊合作的形式開展實驗項目，并打通課上課下環(huán)節(jié)，保證實驗項目實施過程的連貫性。

1.3 考評體系優(yōu)化

在傳統(tǒng)的實驗考評維度（如出勤、實驗操作、實驗報告等） 的基礎(chǔ)上新增對于食品裝備的“安全使用”“故障排除”“工藝創(chuàng)新”3 個維度的考評。以工程安全意識培養(yǎng)為著力點，設(shè)置食品裝備安全使用考評維度，考核學生對實驗操作安全要點、實驗危險識別及處置能力，如高溫、高壓、低溫、機械損傷等危險隱患，做到安全隱患全覆蓋，并進一步考核學生對具體應(yīng)急預案的掌握程度。以工程實踐能力培養(yǎng)為著力點，設(shè)置食品裝備故障排除考評維度，考核學生對實驗原理、實驗步驟的掌握程度，根據(jù)每臺裝備的技術(shù)特點，設(shè)置典型的故障排除點，要求學生能準確地識別及排除故障，并檢驗學生對實驗突發(fā)情況的處置能力。以工程設(shè)計能力及工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)為著力點，設(shè)置食品裝備工藝創(chuàng)新考評維度，結(jié)合綜合實驗項目及創(chuàng)新實踐項目，檢驗學生實驗方案設(shè)計的完整性、科學性，依據(jù)實驗結(jié)果考核實驗項目的可操作性及完成程度，根據(jù)實驗技術(shù)特點，綜合評估實驗的新穎性。

2 “食品裝備實驗”課程實施保障

2.1 場地及裝備保障

浙江大學食品裝備教學實驗室占地面積220 m2，現(xiàn)有教學設(shè)備40 余臺，總價值約200 萬元，其中單價10 萬元以上的食品加工中試生產(chǎn)設(shè)備6 臺，有力支撐了“食品裝備實驗”課程對實踐場地及裝備的需求，且能依托智能食品加工技術(shù)與裝備國家地方聯(lián)合工程中心，開展教學及科研訓練。通過對食品加工各單元操作設(shè)備的合理連接及重組，形成中試型的食品加工生產(chǎn)線，對培養(yǎng)學生解決食品加工生產(chǎn)中復雜工程問題的能力創(chuàng)造了有利條件。

2.2 科學合理的過程管理

實驗教學的重復性、載體性及資源依賴性等特點使實驗教學成為一項重在過程的教學工作[18]?？茖W合理的實驗教學過程管理是一個多方面、多層次的體系，涉及到整體效果與具體流程的關(guān)系、管理系統(tǒng)內(nèi)部與外界實施條件相互關(guān)聯(lián)，需要從動態(tài)性、整體性及層次性原則出發(fā)，對實驗教學過程管理進行最優(yōu)設(shè)計[19]。

食品裝備基礎(chǔ)實驗項目及單項實驗項目的過程管理主要包括實驗課堂上裝備操作、故障排除及應(yīng)急處置等，以解決具體工程問題為導向，有效改善以往實驗教學“重結(jié)果、輕過程”的狀況，實現(xiàn)教與學的緊密互動，促進實驗教學過程中學生的工程能力穩(wěn)步提升。綜合實驗項目及創(chuàng)新實驗項目的過程管理包括開題報告、項目實施及結(jié)題答辯等，在具體的項目執(zhí)行過程中貫徹“食品裝備實驗”課程的教學目標及理念，為學生工程創(chuàng)新能力的全面提升提供推動力和著力點。

3 結(jié)語

“食品裝備實驗”課程以工程能力培養(yǎng)為導向，通過構(gòu)建多層次體系化的實驗項目、六節(jié)點強化訓練模式及三位一體的考評體系，全方位提升學生工程實踐能力、工程設(shè)計能力與工程創(chuàng)新能力?！笆称费b備實驗”課程實施3 年來，浙江大學食品科學與工程專業(yè)畢業(yè)生質(zhì)量穩(wěn)步提高，近3 屆畢業(yè)生就業(yè)率達到99%，國內(nèi)深造率達到32%，出國深造率平均達到43%；有6 人次獲得國家獎學金，9 人次獲得省級優(yōu)秀畢業(yè)生榮譽；有55 人次獲得全國大學生食品工程虛擬仿真大賽、杜邦營養(yǎng)與健康兩岸學生創(chuàng)新競賽、烘焙食品創(chuàng)意大賽、中國傳統(tǒng)食品創(chuàng)新大賽等全國性競賽獎項。在新工科建設(shè)的大背景下，面向工程能力培養(yǎng)“食品裝備實驗”課程的優(yōu)化與實施，是實現(xiàn)卓越工程師教育培養(yǎng)的有益嘗試，也為當前我國食品工業(yè)發(fā)展亟需的工程性人才培養(yǎng)提供了有效的解決方案。