基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索與實(shí)踐

宋樹杰，趙武奇，張清安

（陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710119）

0 引言

“食品工程原理”涉及知識(shí)面廣，是食品科學(xué)與工程專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程。其實(shí)驗(yàn)課程是連接食品工程原理理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)的紐帶。與其他食品類課程實(shí)驗(yàn)不同，“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)課程屬于工程試驗(yàn)范疇，具有顯著的工程應(yīng)用特點(diǎn)[1]。其基本任務(wù)是加深學(xué)生對(duì)食品加工單元操作的理論知識(shí)掌握，提高其綜合分析能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、工程素養(yǎng)及動(dòng)手操作能力。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常依附于課程理論教學(xué)，存在著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單無系統(tǒng)、教學(xué)形式單一、學(xué)生按部就班完成既定實(shí)驗(yàn)操作及報(bào)告、學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)興趣和創(chuàng)新動(dòng)力等問題，學(xué)生的綜合分析能力、創(chuàng)新思維及工程素養(yǎng)培養(yǎng)方面存在明顯不足[2]。針對(duì)以上問題，如何在“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中，實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、重視創(chuàng)新與實(shí)踐能力、提高工程素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才的目標(biāo)，成為其實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革成敗的關(guān)鍵。

據(jù)此，在結(jié)合“食品工程原理”課程特征及教學(xué)實(shí)例的基礎(chǔ)上，從任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目模塊化教學(xué)、強(qiáng)調(diào)結(jié)果分析與討論、探索多樣結(jié)果、合理的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行探索和實(shí)踐，為提高“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)，滿足“新工科”背景下工科專業(yè)學(xué)生全面發(fā)展的要求。

1 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式是以學(xué)生為中心，將一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)項(xiàng)目交給學(xué)生，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù)的能力[3]，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力及興趣，培養(yǎng)其獨(dú)立思考及綜合分析能力。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式的關(guān)鍵在于任務(wù)的設(shè)置與完成，以任務(wù)的完成結(jié)果檢驗(yàn)和總結(jié)學(xué)習(xí)過程。例如，干燥速率曲線的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的干燥實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行某一種物料的干燥，缺乏不同干燥類型間的比較與分析。利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的方法，教師選擇不同的物料，分配于不同學(xué)生組別，完成不同干燥方式（恒速干燥、降速干燥、升速+降速干燥）的測(cè)定，學(xué)生需要根據(jù)不同食品物料的速率曲線，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生需要回答2 個(gè)問題：①相同干燥方法不同物料間的干燥速率曲線有何差異，如何解釋；②同種物料、不同干燥方法的干燥速率曲線是否有差異，如何解釋。在問題啟發(fā)情境下各種問題也會(huì)隨之而來，如“物料的狀態(tài)是否影響干燥速率曲線”“不同干燥方式是否可聯(lián)合干燥”等。以問題作為啟發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)任務(wù)探究驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)的靈活度、難度和挑戰(zhàn)度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，可強(qiáng)化創(chuàng)新思維及工程素養(yǎng)，提高復(fù)雜問題的分析與解決能力。

1.2 模塊化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，具有典型食品生產(chǎn)過程中“單元操作”特點(diǎn)[4]。因此，可以將“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)的“單元操作”整合為工程項(xiàng)目，將學(xué)生分成不同的項(xiàng)目組，讓每個(gè)項(xiàng)目組學(xué)生自行查閱相關(guān)資料，然后組內(nèi)溝通合作完成項(xiàng)目，包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)步驟給出、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象觀察及數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果分析與討論，最后獲得研究結(jié)論及報(bào)告。例如，精餾塔實(shí)驗(yàn)中，模塊化“酒精蒸餾單元項(xiàng)目”。學(xué)生分組后，根據(jù)“食品工程原理”精餾塔知識(shí)的掌握，自主設(shè)計(jì)精餾塔的結(jié)構(gòu)及操作流程，并計(jì)算部分回流或者全回流條件下的總板效率，并進(jìn)行組別之間的比較，分析不同總板效率間的差異原因。

1.3 強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

課前的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)并撰寫報(bào)告是實(shí)驗(yàn)按時(shí)、高質(zhì)量完成的關(guān)鍵。理解“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)的目的與意義，掌握實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)技能與方法，分析實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵點(diǎn)等，是學(xué)生實(shí)驗(yàn)前必須搞清楚的方面。因此，實(shí)驗(yàn)前安排學(xué)生輪流講解此次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與關(guān)鍵點(diǎn)，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單討論及教師必要提示與補(bǔ)充，并做出點(diǎn)評(píng)。通過實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，可有效減少實(shí)驗(yàn)盲目性，亦可強(qiáng)化思維訓(xùn)練。通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐表明，課前預(yù)習(xí)越充分，實(shí)驗(yàn)越不易出錯(cuò)，操作越順利，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也更加符合預(yù)期。即使由于偶然因素等原因，學(xué)生的試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期有差異，由于前期準(zhǔn)備充分，也可以做出較為合理的解釋。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師需巡回糾正學(xué)生的錯(cuò)誤操作，并提醒學(xué)生觀察并及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問題及操作細(xì)節(jié)，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和判斷提供依據(jù)。

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)通常具有的不確定性，如氣列管換熱實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常會(huì)出現(xiàn)傳熱系數(shù)隨著天氣變化的情況，其具體原因?yàn)楹?？按照常?guī)實(shí)驗(yàn)安排，相同的實(shí)驗(yàn)條件得到的結(jié)果應(yīng)該相同。因此，在實(shí)驗(yàn)完成后開展課堂討論，讓學(xué)生判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)差異的原因。實(shí)驗(yàn)后的課堂討論激發(fā)了學(xué)生深入探討實(shí)驗(yàn)問題的興趣，培養(yǎng)了細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)習(xí)慣，鍛煉了分析問題和解決問題的能力，也讓學(xué)生深入思考了實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果間的因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)報(bào)告中也要求學(xué)生要重點(diǎn)寫作結(jié)果與討論部分，挖掘?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的規(guī)律和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到理論的提升，對(duì)理論知識(shí)的掌握得到升華。

1.4 探索“試錯(cuò)法”實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)緊密聯(lián)系食品工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，因此操作相對(duì)復(fù)雜，常出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合預(yù)期，甚至出現(xiàn)無結(jié)果實(shí)驗(yàn)失敗的情況。這種情況會(huì)造成學(xué)生出現(xiàn)心理挫敗感，嚴(yán)重影響學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。例如，恒壓過濾實(shí)驗(yàn)中，由于濾液影響因素較多，導(dǎo)致濾餅無法形成，最終導(dǎo)致恒壓過濾失敗。傳統(tǒng)教學(xué)模式中，多提倡“正確結(jié)果”的理念，導(dǎo)致學(xué)生不能認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)過程中“不正確”“不正?！钡膶?shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)。對(duì)此，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生勇于接受“不正?！钡膶?shí)驗(yàn)結(jié)果，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)。根據(jù)“不符合預(yù)期”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，只要給出科學(xué)合理的解釋，不會(huì)影響成績(jī)，甚至得到更高的成績(jī)。因此，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度。通過這種類似“試錯(cuò)法”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，加深了“不符合預(yù)期”的實(shí)驗(yàn)印象，從深層次激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。而正確面對(duì)“不正?！钡膶?shí)驗(yàn)結(jié)果也是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主創(chuàng)新的有效途徑。

1.5 建立合理的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系

學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)是課程模式改革的重要組成部分。成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系需客觀反映學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，還要與教學(xué)模式結(jié)合發(fā)揮考試的導(dǎo)向作用?！笆称饭こ淘怼睂?shí)驗(yàn)由平時(shí)成績(jī)（60%）和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)（40%）2 個(gè)部分組成。平時(shí)成績(jī)主要包括3 個(gè)部分：①實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及講解情況（10%）；②實(shí)驗(yàn)操作（20%），包括實(shí)驗(yàn)操作熟練程度及態(tài)度；③課堂表現(xiàn)（30%），包括簽到情況、課堂參與度及實(shí)驗(yàn)問題的發(fā)現(xiàn)及分析情況等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括報(bào)告寫作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的真實(shí)性、結(jié)果討論分析的科學(xué)性及獨(dú)立性、實(shí)驗(yàn)問題及其解決的針對(duì)性，還包括課程總結(jié)，學(xué)生按照分組總結(jié)全部實(shí)驗(yàn)，并于課上進(jìn)行匯報(bào)展示，重點(diǎn)講解問題及解決方法、心得等內(nèi)容。成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)采用多元化過程性評(píng)價(jià)制度，監(jiān)督指導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地做好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，形成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣及工程素養(yǎng)。

2 結(jié)語

分析傳統(tǒng)“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)在激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)力、提高其綜合分析能力、培養(yǎng)創(chuàng)新思維、工程素養(yǎng)等方面存在問題的基礎(chǔ)上，在結(jié)合“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程特征及教學(xué)實(shí)例，從任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目模塊化教學(xué)、強(qiáng)調(diào)結(jié)果分析與討論、探索“試錯(cuò)法”教學(xué)、建立合理的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行探索和實(shí)踐，為提高“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)，滿足“新工科”背景下工科專業(yè)學(xué)生的全面發(fā)展的要求，促進(jìn)創(chuàng)新型工程人才的培養(yǎng)。