姚沛琳,雷檸檬,殷勤,趙宏,張興桃
當(dāng)前,食品行業(yè)正朝著專業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展,已成為我國現(xiàn)代工業(yè)體系的第一大產(chǎn)業(yè).在人才需求上,需要更多高素質(zhì)、高技術(shù)、高技能的應(yīng)用型人才,因此培養(yǎng)能夠引領(lǐng)未來食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程實踐能力和創(chuàng)新能力強(qiáng)的食品科學(xué)與工程專業(yè)人才迫在眉睫[1].自2017年以來,教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè),并且不斷地再深化、再拓展、再突破,全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式,助力高等工程教育強(qiáng)國建設(shè)[2],立足于培養(yǎng)工程實踐和創(chuàng)新能力強(qiáng)、具有國際競爭力的卓越工程技術(shù)人才.
作為一所地方高校,食品科學(xué)與工程專業(yè)立足地方和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要,緊緊圍繞“地方性、應(yīng)用型”的辦學(xué)定位,依據(jù)“實基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)總目標(biāo),根據(jù)皖北農(nóng)業(yè)大區(qū)、資源大區(qū)的特點,實施產(chǎn)學(xué)研及工學(xué)結(jié)合的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式.在新形勢下,如何創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,培養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代食品工業(yè)需求的卓越工程技術(shù)人才,成為地方高校亟待解決的問題.
本研究以“新工科”建設(shè)為背景,以提高學(xué)生工程實踐能力為目標(biāo),探索食品科學(xué)與工程專業(yè)生產(chǎn)實踐教學(xué)新模式,以期解決生產(chǎn)實踐教學(xué)存在的問題,為地方應(yīng)用型高校生產(chǎn)實踐教學(xué)改革提供借鑒.
現(xiàn)代食品工業(yè)發(fā)展迅速,信息技術(shù)不斷融入到食品產(chǎn)業(yè)中,對生產(chǎn)工藝、設(shè)備操作、企業(yè)管理等產(chǎn)生了巨大影響,與傳統(tǒng)家庭作坊式生產(chǎn)有著顯著差異,自動化、智能化、復(fù)雜化水平不斷提升,科技創(chuàng)新已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的助推器和強(qiáng)大支撐力[3].這些現(xiàn)狀都對食品專業(yè)工程技術(shù)人才培養(yǎng)提出了新的要求,其中生產(chǎn)實踐教學(xué)是學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力,培養(yǎng)學(xué)生工程思維,了解真實食品加工生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié).但由于受時間、空間、基礎(chǔ)條件的限制,導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生工程實踐能力差,創(chuàng)新能力薄弱,跨界融合能力欠缺,難以適應(yīng)食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求.
(1)課程實踐教學(xué)設(shè)備落后.根據(jù)本專業(yè)課程實踐教學(xué)要求,已在實驗室建造了啤酒釀造、飲料加工、果蔬加工等小規(guī)模的生產(chǎn)線,同時結(jié)合工廠參觀的方法開展此類課程的實踐教學(xué).隨著現(xiàn)代食品工業(yè)的發(fā)展,綠色制造、3D打印、人工智能等先進(jìn)技術(shù)不斷融入到食品產(chǎn)業(yè)中,現(xiàn)代化食品工廠生產(chǎn)采用計算機(jī)中央化控制,已不再是單元設(shè)備的簡單連接[4].而實驗室小型生產(chǎn)線采用的是單元設(shè)備的簡單連接,生產(chǎn)流程無法實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn),需要人工進(jìn)行銜接,導(dǎo)致學(xué)生難以對整個食品加工工藝流程系統(tǒng)、全面地認(rèn)識,造成學(xué)生掌握的技能與實際生產(chǎn)環(huán)境嚴(yán)重脫節(jié),滿足不了現(xiàn)階段食品工業(yè)發(fā)展所需的工程能力.
(2)工廠實踐過程學(xué)生參與度低.本專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)主要采用“工廠實習(xí)”的教學(xué)模式,時間一般為1周.實習(xí)時間短,食品企業(yè)出于衛(wèi)生及安全等因素的考慮,很難給每位學(xué)生安排到具體崗位.本專業(yè)學(xué)生數(shù)量大,可用于專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)的企業(yè)少,企業(yè)接納能力有限.學(xué)生進(jìn)入企業(yè)后,往往安排學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場參觀,走馬觀花地看一下企業(yè)的生產(chǎn)工藝,安排有經(jīng)驗的工人給學(xué)生做講座,或者讓學(xué)生參與簡單的生產(chǎn)活動.現(xiàn)代食品加工設(shè)備自動化、連續(xù)化程度高,內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,如果學(xué)生不深入生產(chǎn)一線親自對設(shè)備進(jìn)行拆分,很難了解其內(nèi)部構(gòu)造和工作原理,對生產(chǎn)工藝,以及產(chǎn)品質(zhì)量控制方法也只能停留在理論層面.這種模式的生產(chǎn)實習(xí),導(dǎo)致學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的理論知識轉(zhuǎn)化率低,難以在實踐中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題,部分學(xué)生會產(chǎn)生“學(xué)習(xí)無用論”的想法.
在傳統(tǒng)生產(chǎn)實踐教學(xué)中,由于學(xué)生人數(shù)多,實踐崗位過于分散,指導(dǎo)教師少,不能對每一位學(xué)生的實習(xí)情況進(jìn)行全面了解,往往通過考勤和實習(xí)報告進(jìn)行評價,這種評價模式不能客觀評價學(xué)生的真實表現(xiàn),無法激發(fā)學(xué)生的參與積極性[5].學(xué)生在實習(xí)中主要以完成實習(xí)報告為主,不注重實習(xí)過程,達(dá)不到專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)的教學(xué)目標(biāo).工廠實習(xí)如同“企業(yè)游記”,學(xué)生的工程實踐能力得不到提升,違背了工程化人才培養(yǎng)的初衷.
針對上述教學(xué)中存在的設(shè)備落后問題,可以采用食品科學(xué)領(lǐng)域的最新工藝,并且將新裝備和新技術(shù)相結(jié)合.同時學(xué)院內(nèi)部必須加大對設(shè)備和儀器的支持力度,引進(jìn)最新設(shè)備,以新生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備為教學(xué)樣本和模型,融入虛擬仿真實驗,使學(xué)生掌握最前沿的食品加工工藝和現(xiàn)代化、數(shù)字化連續(xù)加工裝備.在學(xué)生參與度問題上,通過將實驗操作和軟件視頻相融合,針對復(fù)雜的設(shè)備以“Flash動畫+講解”的方式,詳細(xì)介紹儀器設(shè)備的構(gòu)成、工作原理、內(nèi)部元器件運行等形式,積極引導(dǎo)學(xué)生投入到學(xué)習(xí)實踐中去,提升學(xué)習(xí)興趣和積極性.
在最新版的人才培養(yǎng)方案中,對本專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了較大的改革,在總學(xué)時不變的情況下,減少了部分理論課程學(xué)時,增加了實踐類課程學(xué)時.同時,減少了驗證型實驗,增加了綜合型、設(shè)計型、研究型實驗比例,特別是專業(yè)核心課程,其配套實驗課修改成綜合性實訓(xùn)及設(shè)計類(如食品機(jī)械與設(shè)備實驗及設(shè)計、食品工程原理實訓(xùn)與設(shè)計、食品加工工藝綜合實訓(xùn)、食品發(fā)酵及釀造綜合實訓(xùn)、食品安全檢測綜合實訓(xùn)等).
在實驗課的考核評價方面,加大過程考核比例,主要從設(shè)計和操作兩方面打分.課前讓學(xué)生知曉每個部分的評分要點,以小組為單位自行文獻(xiàn)查閱,基于現(xiàn)有條件設(shè)計實驗方案.課堂上,教師主要從學(xué)生的動手積極性和操作規(guī)范性兩方面對學(xué)生的操作部分進(jìn)行考核.同時,以專業(yè)實驗課為依托,引入勞動教育,強(qiáng)調(diào)專業(yè)能力與綜合素質(zhì)考核并重,強(qiáng)化實踐體驗,讓學(xué)生親歷勞動過程,提升育人的實效性.
當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng)+教育”發(fā)展迅速,隨著信息教育與傳統(tǒng)教育的深度融合,逐漸形成了“智能+教育”模式,其中虛擬仿真實驗教學(xué)是重要實踐成果之一[6].虛擬仿真實驗教學(xué)是在非現(xiàn)實情景下進(jìn)行的實驗教學(xué)活動,可以完成現(xiàn)實條件無法完成的實踐教學(xué),具有沉浸性、虛幻性、逼真性和交互性等特點[7].利用虛擬仿真技術(shù),構(gòu)建虛擬現(xiàn)代化食品加工實踐與創(chuàng)新平臺,可以讓學(xué)生足不出戶“參觀”現(xiàn)代化食品工廠,“實操”生產(chǎn)過程,深化學(xué)生對理論知識的理解,提高學(xué)生對食品生產(chǎn)的認(rèn)知,與專業(yè)實習(xí)中的工廠實踐取長補(bǔ)短,起到“以虛補(bǔ)實、以實驗虛”的效果.
本專業(yè)已搭建集知識學(xué)習(xí)、工廠虛擬實踐、考試考核為一體的乳制品生產(chǎn)廠3D現(xiàn)實虛擬仿真實驗平臺,目前該系統(tǒng)已經(jīng)初步用于食品科學(xué)與工程專業(yè)實習(xí)的輔助教學(xué).由于乳制品生產(chǎn)對衛(wèi)生要求極為嚴(yán)格,生產(chǎn)工藝復(fù)雜,生產(chǎn)周期較長,課堂無法提供直觀體驗,工廠實踐無法深入生產(chǎn)一線,因此借助虛擬仿真實驗平臺,采用線上線下混合式教學(xué)模式對生產(chǎn)實踐教學(xué)進(jìn)行了改革創(chuàng)新,可以填補(bǔ)課堂教學(xué)、實驗室小規(guī)模生產(chǎn)和真實工廠生產(chǎn)之間的差異,提高學(xué)生的工程實踐能力.
2.2.1 基于虛擬仿真實驗平臺的生產(chǎn)實踐教學(xué)創(chuàng)新理念
(1)沉浸式場景增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果.以酸奶生產(chǎn)為例,借助虛擬仿真技術(shù),1∶1還原了酸奶工廠生產(chǎn)場景,學(xué)生可以在3D場景下由虛擬人物導(dǎo)航進(jìn)行沉浸式學(xué)習(xí),場景布置逼真,學(xué)生可以多角度觀察廠區(qū)、車間布局,物料走向,設(shè)備結(jié)構(gòu).給虛擬人物配備Flash動畫加講解,按照酸奶生產(chǎn)工藝對酸奶知識點進(jìn)行講解,帶領(lǐng)學(xué)生猶如真實地游走在生產(chǎn)一線.通過這種沉浸式場景學(xué)習(xí)可以讓每位學(xué)生直觀地體驗現(xiàn)代化食品工廠的生產(chǎn),引導(dǎo)學(xué)生把理論知識向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化,增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果.
(2)虛實結(jié)合克服生產(chǎn)實踐教學(xué)難題.虛擬仿真實驗軟件融入與時俱進(jìn)的生產(chǎn)工藝,數(shù)字化連續(xù)加工裝備,讓學(xué)生掌握最前沿的生產(chǎn)技術(shù).學(xué)生可以足不出戶在虛擬場景中參觀工廠,學(xué)習(xí)知識點,操作生產(chǎn)設(shè)備,解決了在真實工廠實習(xí)中無法深入生產(chǎn)一線實際操作的問題,能夠讓學(xué)生真正掌握食品生產(chǎn)的操作要點.
(3)多樣化評價體系考察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.生產(chǎn)實踐教學(xué)效果的考核要以過程考核為主,這樣才能真正培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能和創(chuàng)新能力.虛擬仿真軟件把考核方式設(shè)置成了類似于游戲的闖關(guān)模式,不僅增強(qiáng)了其趣味性,更能體現(xiàn)出其獨特的過程考核優(yōu)勢.在單機(jī)練習(xí)模式下,學(xué)生可以按照生產(chǎn)工藝順序自行完成各知識點的學(xué)習(xí),最后可以通過操作質(zhì)量評分系統(tǒng)看到自己各知識點的得分情況,對于薄弱的環(huán)節(jié),可以反復(fù)練習(xí)(圖1).在局域網(wǎng)模式下,每位教師和學(xué)生都具有獨立賬號,教師端可以設(shè)置考核內(nèi)容,考核結(jié)束后,每位學(xué)生的成績以排位賽的形式揭曉.教師可以看到每位學(xué)生的操作情況,了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,及時幫助學(xué)生查缺補(bǔ)漏.
圖1 酸奶仿真系統(tǒng)的質(zhì)量操作評分系統(tǒng)
2.2.2 基于虛擬仿真實驗平臺的生產(chǎn)實踐教學(xué)設(shè)計
以酸奶加工為例,基于虛擬仿真實驗平臺的生產(chǎn)實踐教學(xué)首先建立在課堂教學(xué)和線下實驗教學(xué)基礎(chǔ)之上.在課堂教學(xué)中,通過教師的講授,學(xué)生需要掌握酸奶加工工藝流程和要點.在線下實驗教學(xué)中,通過實驗室小型酸奶生產(chǎn)線,鍛煉學(xué)生的實驗操作能力和團(tuán)隊協(xié)作能力.完成課堂教學(xué)和線下實驗教學(xué)學(xué)時后,在虛擬仿真實驗平臺上開展酸奶的生產(chǎn)實踐教學(xué),虛擬仿真實驗設(shè)計架構(gòu)如圖2所示.
圖2 虛擬仿真實驗設(shè)計構(gòu)架
在虛擬仿真實驗平臺,首先指導(dǎo)學(xué)生完成GMP規(guī)范認(rèn)知的相關(guān)知識點,然后在虛擬人物的提示下,在3D場景完成更換工作服、清洗消毒等進(jìn)入生產(chǎn)線前的衛(wèi)生管理步驟,加深學(xué)生對食品工廠衛(wèi)生管理知識點的理解和記憶.“生產(chǎn)實踐”模塊下有“認(rèn)知學(xué)習(xí)”和“闖關(guān)挑戰(zhàn)”兩部分內(nèi)容.在“認(rèn)知學(xué)習(xí)”部分,首先,讓學(xué)生操縱虛擬人物在廠區(qū)中漫游,了解工廠布局,并要求學(xué)生手繪出工廠平面布局圖.其次,操縱虛擬人物在車間漫游,了解車間布局,并手繪出車間平面布局圖.最后,讓學(xué)生按照工藝流程依次學(xué)習(xí)酸奶加工工序.每個工序里包含的操作要點和關(guān)鍵設(shè)備采用Flash動畫的形式由虛擬人物進(jìn)行講解,生動形象,引人入勝.在“闖關(guān)挑戰(zhàn)”部分,主要包括兩部分內(nèi)容:一部分是每學(xué)完一個工序,完成相應(yīng)知識點的習(xí)題作答,再進(jìn)入下一個工序的學(xué)習(xí);另一部分是通過電腦按鍵控制設(shè)備啟停,完成參數(shù)設(shè)置.借助虛擬仿真實驗平臺可以讓學(xué)生熟悉工廠環(huán)境,為接下來的工廠實習(xí)及畢業(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備.
習(xí)近平總書記在十九大報告中指出,“完善職業(yè)教育和培訓(xùn)體系,深化產(chǎn)教融合、校企合作.加快一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè),實現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展”[8].作為地方應(yīng)用型高水平大學(xué)建設(shè)單位,食品科學(xué)與工程專業(yè)積極探索“產(chǎn)-學(xué)-研”人才培養(yǎng)模式,讓社會力量參與專業(yè)建設(shè),鼓勵教師走進(jìn)企業(yè),邀請企業(yè)優(yōu)秀人才走進(jìn)課堂,開展校地聯(lián)合科創(chuàng)行動,讓學(xué)生參與教師與企業(yè)合作的橫向課題,探索并構(gòu)建多樣化的校企合作模式.
作為地方應(yīng)用型本科院校,學(xué)校、企業(yè)、地方三方互利共贏是校企合作的前提,食品科學(xué)與工程專業(yè)圍繞宿州市地方經(jīng)濟(jì)和食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,與企業(yè)在人才培養(yǎng)、實習(xí)基地建設(shè)、成果轉(zhuǎn)化、科技創(chuàng)新等方面開展深度合作[9-10].宿州市食品產(chǎn)業(yè)主要以水果制品加工、糧油加工、肉制品加工、焙烤類食品加工為主.基于上述主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),與相關(guān)信譽(yù)效益良好的企業(yè)建立了穩(wěn)固的實踐教育基地,開展認(rèn)知實習(xí)、專業(yè)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)等實踐教學(xué),教學(xué)內(nèi)容以企業(yè)需求為切入點,提高培養(yǎng)人才的針對性和實效性,繼而為企業(yè)輸送優(yōu)秀畢業(yè)生.把企業(yè)的技術(shù)需求與高校的人才優(yōu)勢緊密結(jié)合,取長補(bǔ)短,不僅可以培養(yǎng)出實踐和創(chuàng)新能力強(qiáng)的學(xué)生,還可以加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,助力地方經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展,實現(xiàn)三方共贏.
建設(shè)應(yīng)用型、多元化師資隊伍是提高學(xué)生工程實踐能力,培養(yǎng)應(yīng)用型人才的基礎(chǔ)和前提[9].由于大多數(shù)教師都是畢業(yè)后直接進(jìn)入高校任職,缺少企業(yè)工作經(jīng)驗,工程實踐能力薄弱,專業(yè)知識與實際生產(chǎn)脫節(jié).因此,采用“走出去+請進(jìn)來”模式建設(shè)應(yīng)用型、多元化師資隊伍.“走出去”即鼓勵專業(yè)教師去企業(yè)掛職鍛煉或與企業(yè)合作項目.目前,我院專業(yè)核心課教師均具有不少于180天的企業(yè)掛職鍛煉經(jīng)歷,2021年與企業(yè)合作的項目數(shù)量達(dá)到15項,成果轉(zhuǎn)化2項,取得了突破性進(jìn)展.加強(qiáng)“雙師型”教師隊伍建設(shè),60%的教師被認(rèn)定為“雙師型”教師.“請進(jìn)來”即積極邀請食品企業(yè)優(yōu)秀管理人員、技術(shù)人員、一線工人走進(jìn)課堂,參與指導(dǎo)食品專業(yè)的實踐教學(xué).目前,食品科學(xué)與工程專業(yè)具有5門校企合作課程,1門行業(yè)共建課程,實現(xiàn)教學(xué)與生產(chǎn)對接,學(xué)生創(chuàng)新的源泉來源于企業(yè)的難題,我院學(xué)子在安徽省食品創(chuàng)新設(shè)計大賽中屢創(chuàng)佳績,將高校服務(wù)地方工作落到實處.
未來的食品科學(xué)與工程專業(yè)人才需要多方位培養(yǎng),因而對教學(xué)資源與新技術(shù)等提出了更多的要求,例如可以把科研創(chuàng)新平臺、信息數(shù)據(jù)庫資源、企業(yè)教學(xué)實踐機(jī)會等措施相結(jié)合.教學(xué)團(tuán)隊積極拓展各類資源,開拓學(xué)生對本學(xué)科的認(rèn)知學(xué)習(xí)和課程實踐學(xué)習(xí).此外,還需要積極調(diào)動企業(yè)、社會和國際等多方資源,積極將高端科研資源融入到教學(xué)資源中來.在未來食品人才培養(yǎng)中,產(chǎn)教融合、科教融合趨勢越發(fā)明顯,科研產(chǎn)業(yè)的資源優(yōu)勢向教學(xué)資源的轉(zhuǎn)化將逐步成為食品教育發(fā)展的源生動力.
傳統(tǒng)的生產(chǎn)實踐教學(xué)通常在線下完成,受時間和空間制約較大.信息技術(shù)的快速發(fā)展改變了傳統(tǒng)教育方式,虛擬仿真技術(shù)為生產(chǎn)實踐教學(xué)注入了新的活力,學(xué)生可以不受場地、時間及器材等因素的限制,通過反復(fù)實踐操作來驗證學(xué)習(xí)效果,鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容.傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式會逐漸與先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合,混合式教學(xué)模式將在生產(chǎn)實踐教學(xué)中占據(jù)主導(dǎo)地位,為彌補(bǔ)傳統(tǒng)實踐教學(xué)的不足與局限提供了新的思路和解決方案[5,11].
3.2.1 校地企聯(lián)合教學(xué)越發(fā)重要
地方高校與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著密切聯(lián)系,地方高校承擔(dān)著為地方輸送針對性人才的重要任務(wù),是地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可缺少的重要力量.在新的時代形勢下,作為地方高校的食品科學(xué)與工程專業(yè),要以地方食品產(chǎn)業(yè)為依托,圍繞地方經(jīng)濟(jì)和食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,與地方食品企業(yè)共建科研創(chuàng)新平臺、產(chǎn)業(yè)實踐機(jī)會,積極將豐富的社會資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源[12].在對學(xué)生的工程實踐能力培養(yǎng)中,產(chǎn)教融合趨勢越發(fā)明顯,產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢向教學(xué)資源轉(zhuǎn)化將逐步成為生產(chǎn)實踐教育的內(nèi)生動力.
3.2.2 工程素養(yǎng)日益強(qiáng)化
食品科學(xué)與工程專業(yè)是一門應(yīng)用型學(xué)科,以培養(yǎng)具有一定工程素養(yǎng)的人才為目標(biāo),因此要構(gòu)建以能力培養(yǎng)為主線,強(qiáng)化實踐、創(chuàng)新的“專業(yè)教育與職業(yè)教育、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育”有機(jī)結(jié)合的實踐教學(xué)體系.“雙師”團(tuán)隊建設(shè)為學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)與塑造提供了軟件基礎(chǔ),虛擬仿真技術(shù)在生產(chǎn)實踐教學(xué)中的應(yīng)用和實踐基地的建設(shè)為學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)與塑造提供了硬件基礎(chǔ),切實提高了學(xué)生的工程實踐能力,推進(jìn)了專業(yè)內(nèi)涵的建設(shè)和發(fā)展.