“食品工廠設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革研究現(xiàn)狀與對策探討

徐曉飛，楊新河，楊 森，曾志魯，管晶晶

（廣東海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 陽江 529500）

“食品工廠設(shè)計(jì)”是食品相關(guān)專業(yè)的必修核心課程，是在學(xué)生完成“工程圖學(xué)”“食品工程原理”“食品機(jī)械與設(shè)備”和“食品工藝學(xué)”等課程基礎(chǔ)上開設(shè)的，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力起著基礎(chǔ)性的決定作用[1-2]，該課程以工藝設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，涉及經(jīng)濟(jì)、工程和技術(shù)諸多學(xué)科交叉的綜合性課程，是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程[3]。同時(shí)，目前世界食品產(chǎn)業(yè)向著高質(zhì)量、高技術(shù)、智能化和低碳化的方向發(fā)展，企業(yè)對食品科技人員的工程實(shí)踐能力要求越來越高，2017 年教育部相應(yīng)地提出高校要開展新工科人才培養(yǎng)，即培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代、新技術(shù)要求，能分析和解決工程問題的現(xiàn)代化工程創(chuàng)新型人才[4]。然而，我國食品科學(xué)與工程學(xué)科人才培養(yǎng)過程中過于強(qiáng)調(diào)工藝技術(shù)的訓(xùn)練，弱化了工程技能的培養(yǎng)[5]。因此，眾多教育工作者總結(jié)了當(dāng)前“食品工廠設(shè)計(jì)”課程存在的問題并探討對策，對于在改革和探索新形勢下的教學(xué)模式如何完善學(xué)生知識結(jié)構(gòu)、提升就業(yè)競爭力，并為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越食品工程人才發(fā)揮重要的作用。

1 課程存在的問題

1.1 教學(xué)目標(biāo)

“食品工廠設(shè)計(jì)”是食品科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程，結(jié)合理論與實(shí)踐并重的培養(yǎng)目標(biāo)[6]。但因課程內(nèi)容復(fù)雜，往往出現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)不明確[7]，或過于簡單或過于復(fù)雜的情況[8]，導(dǎo)致容易出現(xiàn)重知識、輕能力，重內(nèi)容、輕方法，重知識傳授、輕效果評價(jià)的問題[9]。

1.2 教材內(nèi)容陳舊

因“食品工廠設(shè)計(jì)”課程知識點(diǎn)廣泛，高校教師普遍反映教材存在更新較慢[10]、內(nèi)容單調(diào)抽象和枯燥[11]、呆板和缺乏新意[12]、專業(yè)術(shù)語或內(nèi)容編排稍亂等問題[13]，并且過于理論化，實(shí)用性較差，除非有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的教師指導(dǎo)，否則學(xué)生難以整理和理解知識點(diǎn)[14]。

1.3 教師普遍缺乏工程經(jīng)驗(yàn)

近年來，隨著高校學(xué)生擴(kuò)招、專升本，教師隊(duì)伍在急速膨脹。許多教師都是一輩子工作、生活都在學(xué)校，普遍缺乏食品工廠設(shè)計(jì)鍛煉或經(jīng)歷，教學(xué)業(yè)務(wù)素質(zhì)有待提高[15]，尤其是青年教師都是從博士畢業(yè)直接加入教師隊(duì)伍，他們具有較強(qiáng)的理論水平和科研能力，但我國的高學(xué)歷培養(yǎng)模式注定了這部分人大多缺乏工程實(shí)踐活動(dòng)經(jīng)歷[16]，工程理論和技術(shù)意識淡薄，不能做好理論聯(lián)系實(shí)際[17]。

1.4 學(xué)生基礎(chǔ)知識不牢固

“食品工廠設(shè)計(jì)”的內(nèi)容涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，知識點(diǎn)多而雜，內(nèi)容相對枯燥，學(xué)生容易產(chǎn)生單調(diào)乏味的感覺[18]。課程要求學(xué)生較好地掌握一些先修課程，但教學(xué)中發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對“大學(xué)物理”“電工技術(shù)”“工程制圖”等通識類課程和“食品工程原理”“食品工藝”等專業(yè)課程的基本內(nèi)容掌握不牢，普遍在似懂非懂的狀態(tài)下學(xué)習(xí)，使課堂教學(xué)效果大打折扣[19]。同時(shí)，由于課程一般設(shè)置在第6 或第7 學(xué)期進(jìn)行學(xué)習(xí)，此時(shí)間段成績較好的學(xué)生都在準(zhǔn)備考研究生，沒有過多精力在工廠實(shí)習(xí)，成績中下等學(xué)生則缺乏實(shí)習(xí)重要性的深刻認(rèn)識，眼高手低對所學(xué)知識掌握較少[20]。

1.5 教學(xué)方式

教學(xué)方式是探討最多的部分，主要分課堂教學(xué)及教學(xué)實(shí)踐2 個(gè)方面。

1.5.1 課堂教學(xué)

對于課堂的教學(xué)方式，普遍反映以填鴨式教學(xué)為 主[8，21]，理 論 與 實(shí) 際 脫 軌[14，19]，授 課 形 式 非 常 單一[22-23]，導(dǎo)致學(xué)生容易出現(xiàn)“魚牛”現(xiàn)象[24]。同時(shí)，雖然多媒體教學(xué)被廣泛使用，但未能很好地發(fā)揮作用，仍然采用滿堂灌是目前的主要授課方式[12]，以教師主動(dòng)講授、學(xué)生被動(dòng)接受為主[25]。另外，教師在課堂教學(xué)中一般著重于講解大宗的食品工廠，但由于食品工業(yè)項(xiàng)目種類繁多，各類工廠的差異性很大，課堂教學(xué)往往難以涵蓋實(shí)踐中的所有內(nèi)容[26]。

1.5.2 教學(xué)實(shí)踐

教學(xué)實(shí)踐容易被忽視[9，27]，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)與實(shí)際生產(chǎn)脫節(jié)[24]，校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)基地?cái)?shù)量較少[10]，實(shí)習(xí)基地基礎(chǔ)建設(shè)相對薄弱，生產(chǎn)實(shí)習(xí)內(nèi)容不深入、時(shí)間過短，甚至流于形式[28]，走馬觀花[29]，導(dǎo)致即使大幅增加實(shí)踐課程，但還是沒有得到很好的教學(xué)效果[20]。另外，企業(yè)對食品安全等因素的考慮，接納學(xué)生到企業(yè)實(shí)踐實(shí)習(xí)的積極性不高，導(dǎo)致學(xué)生工程實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐訓(xùn)練嚴(yán)重不足[16]。

1.6 考核方式

“食品工廠設(shè)計(jì)”基本以理論考試為主[7，30]，僅通過分?jǐn)?shù)[18]不能很好地反映學(xué)生的綜合素質(zhì)[31-32]。部分以匯報(bào)或論文形式完成，但深度不夠[14]、質(zhì)量不高[33]。由于缺乏公平科學(xué)的過程考核評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，上課表現(xiàn)的“好”與“壞”，不能在課程成績中客觀體現(xiàn)，主要體現(xiàn)在教師的主觀“感情分”[24]。

2 教學(xué)改革對策探討

2.1 教學(xué)目標(biāo)契合社會(huì)需求

“食品工廠設(shè)計(jì)”是一門應(yīng)用型工程教育課程，教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能進(jìn)行食品工廠設(shè)計(jì)的能力[8，34]。因此，應(yīng)以學(xué)生為主體，培養(yǎng)和提高學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、收集資料、歸納總結(jié)和解決問題能力的成果為核心，這與1981 年美國學(xué)者Spady 提出的以成果為導(dǎo)向的OBE（Outcome-based Education） 教育理念[35]相一致。OBE 也是工程教育專業(yè)認(rèn)證的主流理念，得到教育界高度重視和認(rèn)可[36-37]。以提高學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維、綜合應(yīng)用能力為中心的教學(xué)目標(biāo)也符合工程教育認(rèn)證要求和新時(shí)代食品產(chǎn)業(yè)對人才的需求[38]。目前，眾多高校工科專業(yè)都緊鑼密鼓地開展工程教育認(rèn)證，然而，對于企業(yè)需要具有什么能力的畢業(yè)生，甚少學(xué)校會(huì)實(shí)地走訪、調(diào)研企業(yè)對人才需求的內(nèi)涵，不少調(diào)研也是流于形式、走馬觀花，最終出來對學(xué)生的畢業(yè)能力要求千篇一律。因此，建議教學(xué)應(yīng)用型高校與招聘平臺(tái)公司合作，充分調(diào)研區(qū)域內(nèi)相關(guān)企業(yè)對人才能力需求的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，預(yù)測企業(yè)未來人才能力需求發(fā)展的變化方向，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，并定期對就業(yè)市場人才能力需求進(jìn)行回顧，真正做到以“企業(yè)為客戶”、以“學(xué)生為主體”的工程教育目標(biāo)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)

教材因受到立項(xiàng)審批、收集、整理、撰寫、校稿、出版等一系列流程的影響，內(nèi)容往往相對落后、陳舊。但教學(xué)內(nèi)容不應(yīng)受教材的限制，鼓勵(lì)教師多參加行業(yè)展會(huì)而不僅僅是學(xué)術(shù)會(huì)議，了解工業(yè)界最新應(yīng)用的技術(shù)、設(shè)備，把現(xiàn)代食品加工的高新技術(shù)、新工藝的設(shè)計(jì)理念融入到課程中[39]，并可尋求富有實(shí)際工廠設(shè)計(jì)和執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)的顧問進(jìn)行指導(dǎo)，按邏輯編排內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容具有實(shí)用性?？赏ㄟ^軟件或網(wǎng)盤等方式，向?qū)W生傳遞含詳細(xì)圖解的實(shí)際設(shè)計(jì)圖，使學(xué)生可以按圖索驥，把教材的知識點(diǎn)對照化、圖形化和實(shí)用化，更利于學(xué)生理解和吸收。同時(shí)，工廠設(shè)計(jì)建造涉及投資，教材內(nèi)容還應(yīng)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度去分析各部分設(shè)計(jì)，讓學(xué)生真正懂得什么是效益流和凈現(xiàn)值等技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)中用作項(xiàng)目評估的專業(yè)術(shù)語[40]。

此外，與其他相關(guān)課程的教師溝通協(xié)調(diào)[31]，一方面對于課程間重復(fù)性內(nèi)容進(jìn)行合理刪減或略降以減少枯燥內(nèi)容提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；另一方面，通過課前復(fù)習(xí)的形式使學(xué)生回顧和加深理解已學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程理論知識，使學(xué)生更容易地掌握食品工廠的設(shè)計(jì)方法與基本知識[14]。

2.3 師資力量多渠道擴(kuò)充

不少學(xué)者建議需提高教師的工程素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)[41]，選派年輕教師到食品工廠掛職鍛煉或頂崗實(shí)訓(xùn)[42-43]，以中青年教師為主講教師，以工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師為指導(dǎo)教師[5，44]。這些建議可行性不高，一方面高校年輕教師受科研壓力的影響，幾乎沒有時(shí)間進(jìn)入工廠實(shí)訓(xùn)；另一方面，高校教師隊(duì)伍中很多教師在其職業(yè)生涯中并沒有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。因此，通過與企業(yè)橫向課題交流建立緊密聯(lián)系[1]，邀請經(jīng)驗(yàn)豐富的食品企業(yè)工程師到課堂分析工廠設(shè)計(jì)的感受和經(jīng)驗(yàn)[17，40]，進(jìn)一步可構(gòu)建兼職教師庫[9]，聘請其為兼職教師[45-46]，并對于他們的付出給予必要的榮譽(yù)肯定和學(xué)術(shù)資源支持（如圖書館資源使用、書籍借閱、課程進(jìn)修等），實(shí)現(xiàn)雙贏局面。

2.4 教學(xué)方式多元化

2.4.1 課堂教學(xué)方式多樣化

對于內(nèi)容的教學(xué)手段，大部分研究文章建議利用現(xiàn)代教育技術(shù)等，通過制作PPT 課件，融入圖片、動(dòng)畫、錄像、設(shè)計(jì)圖紙等資料，使學(xué)生對工廠設(shè)計(jì)有感性的認(rèn)識[47-48]。尤其是通過AutoCAD 工程圖等輔助工具，使單純枯燥的課程設(shè)計(jì)過程變得更形象[41，49]。誠然，發(fā)布于1982 年的AutoCAD 在2000 年左右的時(shí)間段用于教學(xué)輔助是非常好的工具，相較教科書、圖片、手繪工程圖，能更快捷精確地繪制和演示食品工廠的設(shè)計(jì)布局。但是，AutoCAD 演示的只是平面圖，只能通過圖例和圖解讓讀者理解后意會(huì)設(shè)計(jì)方案，并不直觀。同時(shí)，AutoCAD 需要學(xué)生有較高的操作軟件能力要求，但非每個(gè)學(xué)生均能完全熟練使用，并且對于制圖能力的訓(xùn)練有專門的課程教學(xué)，而非食品工廠設(shè)計(jì)課程的教育目標(biāo)。因此，AutoCAD作為呈現(xiàn)工廠設(shè)計(jì)的一種方法或手段，在軟件和網(wǎng)絡(luò)都高度發(fā)達(dá)的今天，可以被更多工具所替代。例如，使用虛擬仿真軟件[50]或《我的世界》類的模擬現(xiàn)實(shí)/元宇宙類型的軟件或游戲，通過方塊或積木搭建，能快速地立體地建設(shè)工廠，可以非常直觀地演示設(shè)計(jì)效果。同時(shí)，此類型軟件或游戲，上手快速、操作簡單，與學(xué)生的日常電子游戲相貼合，極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。這種寓游戲于教學(xué)的方法得到國內(nèi)外眾多成功的實(shí)踐[51-52]，可解決上述提到的課程教材趣味性有限和學(xué)生積極性低的問題。

案例教學(xué)法是另一個(gè)較多研究文章推薦的教學(xué)方式[53]。通過案例教學(xué)的方式可以使課堂教學(xué)更加開放、互動(dòng)更加充分，可以使課堂內(nèi)容最大限度貼近實(shí)際[54-55]，使學(xué)生明白食品生產(chǎn)加工企業(yè)的核心目的是盈利，追求成本最低化和利益最大化是資本運(yùn)作的“天性”[56]。因此，食品工廠設(shè)計(jì)除了從工程、衛(wèi)生等科學(xué)角度外，還需從經(jīng)濟(jì)角度考量。通過案例的深入了解，對授課知識點(diǎn)更加深刻地理解掌握[57]。但案例教學(xué)應(yīng)避免以教材中的乳制品、罐頭等大工廠設(shè)計(jì)作為示例，因?yàn)殡m然大工廠設(shè)計(jì)涵蓋了從選址到員工生活設(shè)施配套等一整套內(nèi)容，但目前食品行業(yè)固定資產(chǎn)投資下降[58-59]，大工廠建設(shè)項(xiàng)目少之又少，反而是“小而專”的小型食品工廠建設(shè)源源不斷，因此案例教學(xué)要以各地新型“小而?！笔称饭S為例。

另一方面，翻轉(zhuǎn)課堂、對分課堂、競賽教學(xué)、思維導(dǎo)圖等新型教學(xué)方式亦非常適合“食品工廠設(shè)計(jì)”類的實(shí)用型課程[8，20]。同時(shí)，隨著2019 年以來疫情的影響，網(wǎng)上授課這種新型課堂教學(xué)方式愈發(fā)普及[60]。學(xué)生可在課前通過“慕課”等網(wǎng)絡(luò)課程鞏固“食品工藝學(xué)”等“食品工廠設(shè)計(jì)”的前期基礎(chǔ)課程和查閱食品工廠設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，課堂上以討論形式進(jìn)行互助式學(xué)習(xí)，教師從旁引導(dǎo)和糾錯(cuò)[61]，再通過競賽形式激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力和加深學(xué)習(xí)印象，課后通過思維導(dǎo)圖歸納課程學(xué)習(xí)內(nèi)容[62]，可極大地提高教學(xué)效果，從而達(dá)到以學(xué)生為主體，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，注重學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

2.4.2 教學(xué)實(shí)踐多樣化

強(qiáng)化工廠教學(xué)實(shí)踐是不少學(xué)者的課程建議[15，42]，但對于參觀實(shí)習(xí)的效果也有不少學(xué)者指出是流于形式，收效甚微[21，29]，畢竟一個(gè)復(fù)雜設(shè)計(jì)的工廠僅通過半天至一天的參觀是難以掌握設(shè)計(jì)精粹。為了解決參觀實(shí)習(xí)成效較低的問題，有分析指出可以通過提前收集資料并進(jìn)行分析，然后帶著問題到工廠中進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)和現(xiàn)場問答[25，63]。更進(jìn)一步地，有學(xué)者指出可以把課堂搬到企業(yè)去，在現(xiàn)場進(jìn)行教學(xué)[41]。以上方法的確可以加深學(xué)生對于參觀實(shí)習(xí)的效用，但可行性存疑。首先，工廠的布局設(shè)計(jì)，尤其是工藝部分是工廠的商業(yè)機(jī)密[26]，難以在公開資料中查找到詳細(xì)情況以供分析，更難以從中找出現(xiàn)有設(shè)計(jì)問題。其次，食品工廠大部分是潔凈車間，需要有健康證的人員在受培訓(xùn)后方可進(jìn)行清潔進(jìn)內(nèi)，因此在正常生產(chǎn)期間無法同時(shí)接收多名學(xué)生進(jìn)行一線實(shí)踐[16，50]，大部分情況下只能在參觀通道觀察，作用有限。對于參觀實(shí)習(xí)，由于食品工廠一般都建在郊區(qū)路途遙遠(yuǎn)，院?？赡軙?huì)根據(jù)學(xué)時(shí)、經(jīng)費(fèi)、企業(yè)合作情況安排工廠實(shí)習(xí)，一般實(shí)習(xí)次數(shù)較少，可能無法讓學(xué)生對不同的食品工廠形成對比，以留下較深刻的印象，難以達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的目[10]。因此，應(yīng)通過增加參觀工廠數(shù)量來提高效果。參觀工廠數(shù)量的增加不一定需要花費(fèi)大量時(shí)間和費(fèi)用，可考慮利用現(xiàn)在每人均有智能手機(jī)的條件，結(jié)合VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí)） 等元宇宙技術(shù)，在學(xué)校中即可身臨其境地參觀工廠。目前，不少頭部食品企業(yè)為了彰顯高質(zhì)的食品生產(chǎn)過程，通過透明工廠等方式歡迎消費(fèi)者參觀生產(chǎn)過程，此類企業(yè)還會(huì)制作VR 視頻以體現(xiàn)其工廠的高科技感，因此VR 參觀工廠資料可以與相關(guān)企業(yè)獲取，此類企業(yè)也樂于與學(xué)校合作，以擴(kuò)大企業(yè)的影響力。

2.5 考核方式均衡設(shè)計(jì)

“食品工廠設(shè)計(jì)”是實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科，只考理論考試無法客觀地反映學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況[64]，因此應(yīng)進(jìn)行全過程考核[14，39]?？煽紤]理論考試與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的考核方式，理論考試和課程設(shè)計(jì)各占成績一定比例[23，54]，如50∶50 或30∶70。對于課程設(shè)計(jì)，可對學(xué)生進(jìn)行分組，自選新型加工食物，設(shè)計(jì)其生產(chǎn)工藝流程，并進(jìn)行相關(guān)的設(shè)備選型、物料衡算等，最后以項(xiàng)目方案展示，教師與不同組的學(xué)生根據(jù)創(chuàng)新性和實(shí)用性相互提問點(diǎn)評[63]。讓學(xué)生將所學(xué)知識加以運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，在設(shè)計(jì)過程中提高學(xué)生的能力[32]，重點(diǎn)考核學(xué)生實(shí)踐操作能力和解決實(shí)際問題能力[16]。有學(xué)者建議課程設(shè)計(jì)每人一題[2]，但食品工廠可選題目的差異化不大，容易造成相互抄襲現(xiàn)象[65]，因此適宜以4～5 人的小組為單位開展設(shè)計(jì)。事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)中食品工廠的設(shè)計(jì)是以工廠部門間的協(xié)作進(jìn)行[40]，多人小組的課程設(shè)計(jì)更有利于模擬真實(shí)運(yùn)行情況，并且多人討論能使方案更完善，避免陷入只著重前期理論設(shè)計(jì)而缺乏工廠后期運(yùn)營可行性考慮的困境。

3 結(jié)語

“食品工廠設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)改革與實(shí)施需緊密圍繞以學(xué)生為主體提升學(xué)生工程能力的教學(xué)目標(biāo)，通過教材內(nèi)容更新、師資能力提升、教學(xué)方法改進(jìn)、考核方式完善等全方位內(nèi)容的革新，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維、綜合應(yīng)用能力，達(dá)到為國家輸送高質(zhì)量食品工程領(lǐng)域人才的最終目的。