系統(tǒng)案例法在“食品機(jī)械與設(shè)備”課程的創(chuàng)新實(shí)踐

張匯，熊智強(qiáng)，艾連中

上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海食品微生物工程技術(shù)研究中心（上海 200093）

“食品機(jī)械與設(shè)備”是由多學(xué)科綜合而成的交叉課程，涉及食品科學(xué)、食品工藝學(xué)、機(jī)械工程和化學(xué)工程等學(xué)科，是食品科學(xué)與工程專業(yè)的核心課，也是“新工科”背景下食品工程人才培養(yǎng)體系中的重點(diǎn)課程之一。該課程主要介紹食品加工過(guò)程中所用到的機(jī)械設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)、工作原理、使用性能及應(yīng)用對(duì)象等，教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生工程理念、理論聯(lián)系實(shí)踐、歸納總結(jié)、將食品專業(yè)的理論基礎(chǔ)知識(shí)融會(huì)貫通等能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、解決問(wèn)題的能力，為學(xué)生畢業(yè)后解決食品工廠生產(chǎn)中相關(guān)機(jī)械與設(shè)備運(yùn)行問(wèn)題及設(shè)備選型打下良好的基礎(chǔ)[1]。中國(guó)擁有食品科學(xué)與工程專業(yè)的高校均開(kāi)設(shè)“食品機(jī)械與設(shè)備”課程，足見(jiàn)該課程在食品工程人才培養(yǎng)中的重要性。

案例教學(xué)法（case-based teaching）是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法，起源于19世紀(jì)70年代哈佛大學(xué)法學(xué)院，后經(jīng)哈佛大學(xué)商學(xué)院推廣應(yīng)用獲得成功，逐漸成為一種風(fēng)靡全球、被認(rèn)為代表未來(lái)教育方向的成功教育模式[2]。近年來(lái)中國(guó)高等教育界大力提倡和推動(dòng)案例教學(xué)法的應(yīng)用，但遺憾的是，大多數(shù)授課教師僅僅是將案例教學(xué)簡(jiǎn)單地理解為“舉例教學(xué)”或“案例分析”，而沒(méi)有真正理解和把握案例教學(xué)法的內(nèi)涵與精髓，尤其是在工程教育背景下，案例教學(xué)法的價(jià)值沒(méi)有得到充分體現(xiàn)。如何整合知識(shí)點(diǎn)，集成創(chuàng)新多模塊系統(tǒng)案例，以系統(tǒng)案例理解食品機(jī)械與設(shè)備的工程理念，是“新工科”教育亟需改革和創(chuàng)新的模式。

伴隨著新冠肺炎疫情的發(fā)展，各高校都開(kāi)展線上教學(xué)，但全面鋪開(kāi)的線上教學(xué)模式，對(duì)教師和學(xué)生均帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。上海理工大學(xué)積極應(yīng)對(duì)疫情，提前布局，全面開(kāi)放校內(nèi)智慧教室，積極引導(dǎo)教師開(kāi)展線上線下混合教學(xué)模式改革。為提升“食品機(jī)械與設(shè)備”課程教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)停課不停學(xué)的目標(biāo)，在前期教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上，對(duì)課程教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)和探索，研究“系統(tǒng)案例”結(jié)合線上線下模式在該課程教學(xué)中的應(yīng)用，以實(shí)際完整案例為載體，將多章節(jié)、多模塊的課程教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新集成，探索碎片化知識(shí)點(diǎn)在不同案例中的集成方式，構(gòu)建以案例交叉點(diǎn)為課程難點(diǎn)和重點(diǎn)的講授方法，形成以“食品機(jī)械與設(shè)備課程”為代表的工程專業(yè)課程“落地式”教學(xué)。對(duì)“食品機(jī)械與設(shè)備”課程的教學(xué)現(xiàn)狀及其教學(xué)改革情況進(jìn)行分析，探討系統(tǒng)案例教學(xué)法在新形勢(shì)下的教學(xué)模式和評(píng)價(jià)體系，并在教學(xué)內(nèi)容和方法上提出改革建議，以期實(shí)現(xiàn)新形勢(shì)下教學(xué)質(zhì)量的全面提升。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀及教學(xué)改革情況

1.1 教學(xué)現(xiàn)狀

食品產(chǎn)業(yè)原料和成品種類繁多，加工工藝不盡相同，造成食品機(jī)械設(shè)備的千差萬(wàn)別，很多設(shè)備都需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)和改造，因此要求學(xué)生具備良好的工程素養(yǎng)和實(shí)踐能力，同時(shí)給課程教學(xué)也提出更高要求。大多數(shù)院校開(kāi)設(shè)的“食品機(jī)械與設(shè)備”課程都以理論教學(xué)為主，輔助碎片式的案例為輔，系統(tǒng)性的案例組合教學(xué)非常薄弱。該課程是一門(mén)與工程機(jī)械緊密相關(guān)的課程，如果按照傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)，將陷入過(guò)多講述機(jī)械原理而忽略食品加工特性的局限，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂積極性，不利于學(xué)生的發(fā)展，也不利于教師自身教學(xué)能力的提高。我國(guó)“食品機(jī)械與設(shè)備”課程的教學(xué)主要存在以下問(wèn)題。

1.1.1 理論教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)線脫節(jié)

現(xiàn)代食品生產(chǎn)多采用自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，而不是單元設(shè)備的簡(jiǎn)單連接，沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)和系統(tǒng)案例的介紹，僅依靠課堂教學(xué)展現(xiàn)獨(dú)立單元操作的原理和構(gòu)造，無(wú)法使學(xué)生理解工業(yè)化生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)備的布局、連接和中央控制等工程概念?！笆称窓C(jī)械與設(shè)備”課程教學(xué)過(guò)程與實(shí)際聯(lián)系薄弱，涉及機(jī)械理論、工程概念和化工原理的內(nèi)容教授過(guò)程較為生澀，學(xué)生理解不透徹，不能較好地培養(yǎng)學(xué)生對(duì)食品機(jī)械設(shè)備的理解，無(wú)法訓(xùn)練理論結(jié)合實(shí)際的意識(shí)和解決工程管理實(shí)際問(wèn)題的能力。

1.1.2 前后修學(xué)課程銜接不夠

“食品機(jī)械與設(shè)備”課程涉及食品工程、機(jī)械工程、食品生產(chǎn)設(shè)計(jì)、食品單元操作、化工原理等課程，而這些課程間缺乏清晰的連接紐帶，未形成連續(xù)的教育體系，使得不同課程間知識(shí)點(diǎn)脫節(jié)或重復(fù)，在一定程度上增加了學(xué)生綜合多門(mén)課程知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的難度。

1.1.3 課程評(píng)價(jià)機(jī)制不夠科學(xué)

課程的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)與改進(jìn)是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中最重要的環(huán)節(jié)之一?！笆称窓C(jī)械與設(shè)備”課程評(píng)價(jià)還是以考試形式為主，沒(méi)有注重過(guò)程考核和實(shí)際問(wèn)題分析能力的考察。在注重教學(xué)方法改革、內(nèi)容更新和手段設(shè)計(jì)等的同時(shí)，課程教學(xué)效果和質(zhì)量的評(píng)價(jià)容易被忽略，課程教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)缺乏科學(xué)的機(jī)制。

1.2 教學(xué)改革情況

“食品機(jī)械與設(shè)備”課程是以食品學(xué)科的相關(guān)課程為基礎(chǔ)，對(duì)食品加工生產(chǎn)線所組成設(shè)備的集成系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、改善和實(shí)施的一門(mén)學(xué)科，它綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理和社會(huì)科學(xué)的專門(mén)知識(shí)和技術(shù)，結(jié)合工程分析和設(shè)計(jì)的原理與方法，對(duì)該系統(tǒng)所取得的成果進(jìn)行確認(rèn)、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，是典型的機(jī)械工程原理在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著教育體系的改革、教學(xué)手段的多樣化、教學(xué)受眾特點(diǎn)變化，“食品機(jī)械與設(shè)備”課程教學(xué)也必須與時(shí)俱進(jìn)，不斷推陳出新。通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)，以“食品機(jī)械與設(shè)備”為關(guān)鍵詞檢索教改論文，共檢索文獻(xiàn)331篇，其中，2015年1月至2020年6月，共有87篇，每年的論文數(shù)量分布見(jiàn)圖1。2017年相關(guān)教改論文數(shù)量最多，為22篇，2017年以后，相關(guān)論文數(shù)量有下降趨勢(shì)，2019年為11篇。在這87篇文獻(xiàn)中，與工程教育教學(xué)改革相關(guān)的文獻(xiàn)13篇，隨著“新工科”教育理念的轉(zhuǎn)變，與工程教育教學(xué)改革相關(guān)的論文呈逐年增加趨勢(shì)，其中近2年尤為突出，2019年有4篇，而2020年1～6月該數(shù)量達(dá)到4篇。由此可見(jiàn)，工程教育改革是“食品機(jī)械與設(shè)備”課程教學(xué)改革的新趨勢(shì)。

圖1 2015年1月至2020年6月與“食品機(jī)械與設(shè)備”課程相關(guān)的教改論文及相關(guān)工程教育論文

從2015～2020年發(fā)表的教改論文來(lái)看，“食品機(jī)械與設(shè)備”課程的教學(xué)改革主要圍繞在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)方式和教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的改革[3-5]。這些改革措施逐漸向工程教育傾斜，改進(jìn)教學(xué)模式，提高學(xué)生參與度，促進(jìn)學(xué)生工程理念的培養(yǎng)。然而，“食品機(jī)械與設(shè)備”課程始終缺乏系統(tǒng)案例的創(chuàng)新集成，無(wú)法讓學(xué)生從食品加工生產(chǎn)線的思維下掌握不同機(jī)械設(shè)備的功能和作用，導(dǎo)致學(xué)生解決工程問(wèn)題能力的缺失。

2 系統(tǒng)案例教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)及思路

系統(tǒng)案例教學(xué)法具有高度的仿真性、靈活的啟發(fā)性、鮮明的針對(duì)性等特點(diǎn)，在大學(xué)“新工科”教育教學(xué)中引入案例教學(xué)法非常重要。近幾年，“系統(tǒng)案例教學(xué)法”這一先進(jìn)理念在國(guó)內(nèi)外高校中日益受到重視，教師根據(jù)教學(xué)目的和內(nèi)容，選擇幾個(gè)能涵蓋課程各章節(jié)核心理論內(nèi)容的代表性系統(tǒng)案例，使這個(gè)案例貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，并通過(guò)教師積極引導(dǎo)，學(xué)生主動(dòng)探索，師生平等對(duì)話的雙邊活動(dòng)，促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。該理念給學(xué)生提供了更多以綜合理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題為主要任務(wù)的教學(xué)方式，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中更具創(chuàng)新意識(shí)，以研究性學(xué)習(xí)結(jié)合知識(shí)性學(xué)習(xí)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。由此，系統(tǒng)案例教學(xué)法優(yōu)勢(shì)有：一是促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新思維，變被動(dòng)聽(tīng)為主動(dòng)學(xué)；二是引導(dǎo)學(xué)生注重工程能力的培養(yǎng)，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)；三是提供產(chǎn)教學(xué)多向交流機(jī)會(huì)，對(duì)教師提出更高要求。

為此，專門(mén)設(shè)計(jì)“食品機(jī)械與設(shè)備”課程的系統(tǒng)案例教學(xué)法基本思路（圖2），主要包括3個(gè)方面。

圖2 系統(tǒng)案例教學(xué)法基本思路

一是教與學(xué)雙線合作。教師和學(xué)生是教學(xué)過(guò)程中的兩大主體，系統(tǒng)案例教學(xué)法摒棄單方面灌輸式教學(xué)，積極挖掘?qū)W生在課堂中的主體作用，通過(guò)師生對(duì)話和交流共建活躍課堂。

二是課程知識(shí)點(diǎn)與系統(tǒng)案例的集成與創(chuàng)新。系統(tǒng)案例教學(xué)的核心是案例的選擇和拆解，課程每一章的核心理論內(nèi)容在案例中都應(yīng)有所涵蓋，這就需要對(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)和重難點(diǎn)進(jìn)行集成創(chuàng)新，建立符合實(shí)際生產(chǎn)、同時(shí)兼顧教學(xué)的虛擬仿真案例，在教學(xué)過(guò)程中，以案例為核心，生動(dòng)展示課程的教學(xué)內(nèi)容。

三是教師講授與自主學(xué)習(xí)相結(jié)合。系統(tǒng)案例教學(xué)法中的案例是學(xué)生的“學(xué)習(xí)資源”和創(chuàng)建的“特定情境”，通過(guò)教師的科學(xué)引導(dǎo)啟發(fā)、學(xué)生的積極思考、探索、討論、辯論，與教師的平等溝通，讓學(xué)生勇于提出、分析和解決問(wèn)題，達(dá)到自主學(xué)習(xí)的目的。

3 系統(tǒng)案例教學(xué)內(nèi)容的集成設(shè)計(jì)

根據(jù)食品科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，“食品機(jī)械與設(shè)備”課程內(nèi)容應(yīng)包括食品分選機(jī)械、食品清理與清洗機(jī)械、食品輸送機(jī)械與設(shè)備、食品粉碎、攪拌、混合和均質(zhì)機(jī)械、蒸發(fā)濃縮設(shè)備、干燥及熱處理機(jī)械與設(shè)備、食品殺菌設(shè)備等[6]。隨著科技和社會(huì)的發(fā)展，食品加工裝備也日新月異，使得“食品機(jī)械與設(shè)備”課程的教學(xué)要與時(shí)俱進(jìn)，但教材本身具有滯后性的特點(diǎn)，不能反映食品機(jī)械設(shè)備發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)。因此，在課程教學(xué)案例的設(shè)計(jì)過(guò)程中，堅(jiān)持幾個(gè)原則：案例來(lái)源于食品加工企業(yè)的最先進(jìn)生產(chǎn)線，由在食品工廠生產(chǎn)一線的兼職教師參與案例編寫(xiě)；案例與課程教學(xué)內(nèi)容相一致；案例適度擴(kuò)展討論，解決方案不唯一；案例設(shè)計(jì)科學(xué)，能結(jié)合學(xué)生已掌握的知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

中國(guó)食品加工設(shè)備使用歷史悠久，但在近代，由于科技和經(jīng)濟(jì)的落后，先進(jìn)的加工裝備開(kāi)發(fā)一直是制約我國(guó)食品產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的卡脖子技術(shù)，很多先進(jìn)裝備均需國(guó)外進(jìn)口，增加企業(yè)生產(chǎn)成本?！笆称窓C(jī)械與設(shè)備”課程的教學(xué)，除了讓學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)之外，更應(yīng)在案例分析過(guò)程中，分析歷史和現(xiàn)狀，增強(qiáng)學(xué)生的民族自信和文化自信，同時(shí)挖掘?qū)W生的創(chuàng)新思維，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立打破壟斷，向高端食品加工裝備進(jìn)軍的信心。

4 系統(tǒng)案例在線上線下混合教學(xué)課堂中的實(shí)施

系統(tǒng)案例教學(xué)首先要明確學(xué)生的課堂主體地位，而教師則起到掌舵引領(lǐng)作用。教師負(fù)責(zé)引出案例，將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，對(duì)案例作一定的講解，對(duì)重難點(diǎn)和理論原理進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的解釋，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行客觀獨(dú)立的分析、討論，并適當(dāng)加以提示和糾正，預(yù)防學(xué)生偏離中心話題。我校實(shí)施線上線下混合式教學(xué)，線上教學(xué)以視頻錄制的理論講解為主，學(xué)生可隨時(shí)在線觀看，重復(fù)學(xué)習(xí)；線下課堂則以學(xué)生為主體，以教師輔導(dǎo)、學(xué)生討論和成果展示等形式為主，將課堂交還給學(xué)生。線上線下混合式教學(xué)正好契合系統(tǒng)案例教學(xué)的模式，不僅讓教師以最完美的狀態(tài)呈現(xiàn)理論教學(xué)，同時(shí)又讓課堂教學(xué)活動(dòng)豐富而又活躍。圖3總結(jié)系統(tǒng)案例教學(xué)法在線上線下混合教學(xué)課堂中的實(shí)施方案。

圖3 系統(tǒng)案例教學(xué)法在線上線下混合式教學(xué)課堂中的實(shí)施方案

實(shí)施方案包含3個(gè)方面內(nèi)容：一是線上教學(xué)的資料整理和視頻錄制；二是線下課堂的組織，主要包括重難點(diǎn)輔導(dǎo)、課堂討論、典型食品生產(chǎn)線案例分享等；三是教學(xué)情況的調(diào)查和及時(shí)反饋，并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題和不足進(jìn)行改進(jìn)，不斷優(yōu)化系統(tǒng)案例內(nèi)容。

5 教學(xué)效果的追蹤評(píng)價(jià)

教學(xué)效果評(píng)價(jià)是依據(jù)教學(xué)目標(biāo)對(duì)教學(xué)進(jìn)行價(jià)值判斷并為教學(xué)決策服務(wù)的活動(dòng)，是反映某種教學(xué)質(zhì)量而建立的系統(tǒng)考核機(jī)制[7]。為更好進(jìn)行教學(xué)效果評(píng)估和學(xué)生考核，在“食品機(jī)械與設(shè)備”課程的課堂中，強(qiáng)化即時(shí)反饋和過(guò)程考核，采用線上開(kāi)放式話題留言、線下小組討論、課堂展示等多形式多類型的考核方式，將追蹤教學(xué)評(píng)價(jià)和雙向評(píng)價(jià)相結(jié)合，建立過(guò)程性評(píng)價(jià)體系，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)生對(duì)教學(xué)的評(píng)價(jià)。

在教學(xué)評(píng)價(jià)反饋上，借用線上教學(xué)工具，根據(jù)現(xiàn)代大學(xué)生適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)交流，建立學(xué)生評(píng)價(jià)反饋平臺(tái)，及時(shí)了解學(xué)生對(duì)每次課堂的意見(jiàn)和建議。通過(guò)反饋，教師及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化案例內(nèi)容，靈活把握課程的進(jìn)展，達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目的。

在過(guò)程考核方面，引入學(xué)生評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，建立過(guò)程性評(píng)價(jià)體系，共同構(gòu)成學(xué)生的過(guò)程考核成績(jī)（表1）。此外，通過(guò)附加成績(jī)的獎(jiǎng)勵(lì)形式，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到課堂活動(dòng)和課外開(kāi)放性實(shí)踐，如根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)計(jì)食品生產(chǎn)線，并根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，制定設(shè)備選型等方案，由此達(dá)到良好的教學(xué)效果。

表1 教學(xué)效果過(guò)程評(píng)價(jià)體系的組成

6 結(jié)語(yǔ)與展望

系統(tǒng)案例教學(xué)法作為一種新的教學(xué)方法，在新形勢(shì)下很好地契合線上線下混合教學(xué)模式，也對(duì)教師提出更高要求。“食品機(jī)械與設(shè)備”課程中應(yīng)用系統(tǒng)案例教學(xué)結(jié)合線上線下教學(xué)模式是一項(xiàng)系統(tǒng)改革工程，從改革現(xiàn)狀、改革思路、方案集成、考核評(píng)價(jià)4個(gè)方面系統(tǒng)闡述“食品機(jī)械與設(shè)備”課程的教學(xué)改革與探索，探討新形勢(shì)下食品機(jī)械與設(shè)備課程教學(xué)新思路和新方法，培養(yǎng)食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)為目標(biāo)，取得良好教學(xué)效果。

然而，在系統(tǒng)案例教學(xué)過(guò)程中，還存在案例涉及范圍過(guò)大、側(cè)重點(diǎn)不明和重復(fù)利用等問(wèn)題，因此，系統(tǒng)案例中涉及的重點(diǎn)、難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)如何被有效、合理地掌握成為關(guān)鍵。另外，系統(tǒng)案例教學(xué)涉及跨章節(jié)教學(xué)，如何有效拆分案例，合理反映各章節(jié)的側(cè)重點(diǎn)，并避免案例教學(xué)中的重復(fù)內(nèi)容，需要教師有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和很強(qiáng)的綜合能力。在今后教學(xué)中，需要對(duì)這些方面不斷進(jìn)行優(yōu)化和完善，提高系統(tǒng)案例教學(xué)法在“食品機(jī)械與設(shè)備”課程中的教學(xué)效果。