“以學(xué)為中心”的“食品工程原理”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

王寶貝，林孌，郭鳳仙，陳培琳，李琳,，陳洪彬

1.泉州師范學(xué)院海洋與食品學(xué)院（泉州 362000）；2.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（廣州 510640）；3.東莞理工學(xué)院化學(xué)工程與能源技術(shù)學(xué)院（東莞 523808）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)成為新時(shí)期國(guó)家“新工科”建設(shè)的核心目標(biāo)[1]。食品工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和民生保障的重要支柱產(chǎn)業(yè)。食品產(chǎn)業(yè)鏈的延伸和拓展、食品工業(yè)工程化制造的革新和應(yīng)用亟需大量新型工程科技人才的支撐，致使食品新工科建設(shè)迫在眉睫[2]。新工科建設(shè)在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。因此，培養(yǎng)既有扎實(shí)理論基礎(chǔ)和專業(yè)素養(yǎng)，又能將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用型卓越工程人才成為食品專業(yè)新工科建設(shè)的重中之重。

“食品工程原理”是食品科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是后續(xù)“食品機(jī)械與設(shè)備”“食品工藝學(xué)”等專業(yè)課程的先修課程，是由理及工的關(guān)鍵所在。該課程涉及的動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞“三傳”原理和工程性問(wèn)題與食品產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)第一線息息相關(guān)。因此，課程在食品工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)中起著承前啟后和由理及工的重要紐帶作用[3-4]。本文旨在通過(guò)介紹泉州師范學(xué)院“食品工程原理”課程近年來(lái)將“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念融入教學(xué)過(guò)程進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐的案例，希望能對(duì)同類課程的教學(xué)實(shí)踐改革提供參考。

1 “食品工程原理”授課過(guò)程存在問(wèn)題

“食品工程原理”課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點(diǎn)和工程意識(shí)，使其掌握良好的工程學(xué)習(xí)方法、培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)及終身學(xué)習(xí)能力。課程涉及“高等數(shù)學(xué)”“大學(xué)物理”“物理化學(xué)”等先修課程的內(nèi)容，具有知識(shí)點(diǎn)繁多、理論原理抽象、工程性和綜合性較強(qiáng)等特點(diǎn)[5]。長(zhǎng)期以來(lái)課程教學(xué)效果不太理想，其原因主要有幾方面：課程本身涉及抽象的理論和枯燥的工程問(wèn)題，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大；學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，對(duì)課程產(chǎn)生畏學(xué)現(xiàn)象，自主性不強(qiáng)；教學(xué)多采用以教師為中心的講授式，忽視學(xué)生在教學(xué)中的主體作用，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不大；學(xué)生課前不預(yù)習(xí)、課上聽(tīng)不懂、課后不復(fù)習(xí)，惡性循環(huán)進(jìn)一步產(chǎn)生厭學(xué)情緒。要打破這種僵局，亟需一種新的教學(xué)模式來(lái)提升課堂內(nèi)涵，激發(fā)學(xué)生的興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)課堂由“低階”向“高階”的轉(zhuǎn)變。

2 教學(xué)改革思路

“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念旨在將“以教師為主體”的教育模式向“以學(xué)生為主體”的教育模式轉(zhuǎn)變，最大限度地激發(fā)學(xué)生的求知潛能，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性，進(jìn)而提高教學(xué)效率[6-8]。課程將“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念融入“食品工程原理”的教學(xué)過(guò)程中，以期提升學(xué)生對(duì)課程的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，從而提升授課效果。具體措施包括：針對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱、畏學(xué)的情況，借助線上教學(xué)平臺(tái)引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)，提高預(yù)習(xí)效率；在教學(xué)中融入案例教學(xué)，幫助學(xué)生理解抽象理論；同時(shí)結(jié)合教學(xué)案例引入思政元素，將立德樹(shù)人的根本任務(wù)適時(shí)融入課程教學(xué)；通過(guò)思維導(dǎo)圖作業(yè)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考并及時(shí)歸納總結(jié)知識(shí)點(diǎn)；通過(guò)小組作業(yè)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力；強(qiáng)化過(guò)程性考核，公平公正地評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

2.1 線上平臺(tái)預(yù)習(xí)輔導(dǎo)，實(shí)時(shí)掌握動(dòng)態(tài)學(xué)情

在線開(kāi)放課程極大拓寬教學(xué)時(shí)空，教師不再受時(shí)空限制，能及時(shí)為學(xué)生提供多種形式的輔導(dǎo)，這在很大程度上彌補(bǔ)專業(yè)課時(shí)有限帶來(lái)的問(wèn)題。鑒于課程涉及的理論較為抽象、工程性問(wèn)題復(fù)雜，課前預(yù)習(xí)能很好地幫助學(xué)生提高課堂效率，讓學(xué)生“聽(tīng)得懂”。然而，絕大部分學(xué)生在課前都無(wú)法做到主動(dòng)預(yù)習(xí)。因此，課程借助超新星學(xué)習(xí)平臺(tái)在授課前一天發(fā)布授課內(nèi)容和課件，并將主要的知識(shí)點(diǎn)整理成課前作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題“預(yù)習(xí)”。通過(guò)課前作業(yè)的完成，學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容有了初步認(rèn)識(shí)，在一定程度上克服學(xué)生的畏學(xué)心理，提高學(xué)生課堂參與度。此外，線上課前作業(yè)還能幫助教師及時(shí)掌握實(shí)時(shí)學(xué)情，教師可以根據(jù)課前作業(yè)的完成情況，在課堂上有針對(duì)性地深入講解易錯(cuò)的知識(shí)點(diǎn)，以提升授課效果。

2.2 案例教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，融入思政元素

興趣是最好的教師，對(duì)于工程性較強(qiáng)的“食品工程原理”，可以采用案例增加課堂的趣味性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[9-10]。在授課過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際教學(xué)需求引入一些常見(jiàn)現(xiàn)象（生活案例），把抽象的問(wèn)題形象化，通過(guò)案例剖析引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與課堂討論，進(jìn)而引出解決問(wèn)題所需的理論知識(shí)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在輕松愉悅的氛圍中掌握知識(shí)。還可列舉工程應(yīng)用實(shí)例，提出需要解決的問(wèn)題，讓學(xué)生以“解決問(wèn)題”為導(dǎo)向展開(kāi)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。課堂上還要注意結(jié)合啟發(fā)式、討論式的教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生思考、利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。比如，在講解能量守恒與伯努利方程時(shí)，可用歷史上著名的“奧林匹克”號(hào)和“豪克”號(hào)相撞的故事作為課堂導(dǎo)入，播放短視頻，與學(xué)生圍繞“引起兩船相撞的原因”展開(kāi)討論，引入課堂的主題內(nèi)容——流體流動(dòng)的能量守恒。與學(xué)生討論生活中還有哪些現(xiàn)象跟流體能量守恒有關(guān)，如動(dòng)車靠站時(shí)站臺(tái)旁的黃色警戒線、飛機(jī)起飛的原理等，引導(dǎo)其用所學(xué)的理論知識(shí)去解釋身邊的現(xiàn)象（圖1）。又如在講解蒸餾單元操作時(shí)，可通過(guò)播放一段白酒釀造的短視頻作為課堂引入，通過(guò)剖析短視頻中白酒提純的技術(shù)原理，引申到課程重點(diǎn)蒸餾分離純化的本質(zhì)是利用液體混合物中各組分在一定溫度下?lián)]發(fā)能力的差異，通過(guò)加熱使得混合物形成氣液兩相，各組分在兩相中濃度不同，從而實(shí)現(xiàn)混合物的分離。

圖1 流體流動(dòng)能量守恒案例示意圖

“課程思政”是將思想政治教育融入專業(yè)課、通識(shí)課的教育實(shí)踐活動(dòng)。將思想政治教育有機(jī)融入專業(yè)知識(shí)教學(xué)中，有助于引導(dǎo)大學(xué)生樹(shù)立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀[11]。早在2017年教育部就在《高校思想政治工作質(zhì)量提升工程實(shí)施綱要》中明確指出，應(yīng)大力推動(dòng)以“課程思政”為目標(biāo)的課堂教學(xué)改革，梳理專業(yè)課程所蘊(yùn)含的思政教育元素，融入課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)思想政治教育與知識(shí)體系教育的有機(jī)統(tǒng)一[11-12]。課程思政講究的是“潤(rùn)物無(wú)聲”的方式，案例教學(xué)過(guò)程是融入思政元素的一個(gè)很好載體[13]。如在介紹我國(guó)白酒釀造技術(shù)案例時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生了解我國(guó)釀酒技術(shù)、白酒純化技術(shù)等的發(fā)展歷史。向?qū)W生展示我國(guó)古代食品科技的成就，提升學(xué)生民族自豪感，強(qiáng)化學(xué)生愛(ài)國(guó)情懷。此外，白酒的制作需要經(jīng)過(guò)多次的蒸餾、調(diào)配才能完成，這其中免不了繁瑣的工藝設(shè)計(jì)和反復(fù)驗(yàn)證計(jì)算，此處可以凝練出不忘初心、努力學(xué)習(xí)、求真務(wù)實(shí)、培養(yǎng)工匠精神等思政元素。

2.3 思維導(dǎo)圖作業(yè)——引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，及時(shí)歸納總結(jié)

思維導(dǎo)圖是由英國(guó)著名學(xué)者Tony Buzan于20世紀(jì)70年代提出的一種組織思維的工作方式，有助于將復(fù)雜分散的知識(shí)點(diǎn)條理化，幫助學(xué)生快速掌握整個(gè)知識(shí)架構(gòu)、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提升課堂教學(xué)效果[14-15]。雖然每節(jié)課教師都會(huì)將上一節(jié)課的重點(diǎn)難點(diǎn)與學(xué)生共同回顧一遍，但短暫的回顧不足以讓學(xué)生完全掌握所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。鑒于課程學(xué)時(shí)有限，且學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性不夠。課程引入思維導(dǎo)圖作業(yè)，在每個(gè)章節(jié)授課結(jié)束后，讓學(xué)生以作業(yè)的形式圍繞章節(jié)內(nèi)容的理解繪制一份思維導(dǎo)圖。學(xué)生在完成思維導(dǎo)圖作業(yè)的過(guò)程中，必須對(duì)章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行回顧、深入理解并對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類布局，這是一個(gè)對(duì)知識(shí)點(diǎn)深入理解和融會(huì)貫通的過(guò)程，有助于學(xué)生對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理、分類總結(jié)并強(qiáng)化記憶。該過(guò)程讓學(xué)生在完成被動(dòng)的作業(yè)中融入主動(dòng)的思考，引導(dǎo)學(xué)生更加深入和透徹地理解課程內(nèi)容。完成一份思維導(dǎo)圖作業(yè)就是完成一次思維的訓(xùn)練。

2.4 小組作業(yè)——培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

小組合作式學(xué)習(xí)（team-based learning，TBL）是由美國(guó)Michaelsen教授提出的一種新的教學(xué)方法。該方法提倡學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式，根據(jù)教師提出的任務(wù)，自主完成資料檢索、課題討論，進(jìn)而提出解決方案。TBL教學(xué)法不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，還可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力[14]。因此，課程在介紹完動(dòng)量傳遞、質(zhì)量傳遞、熱量傳遞三個(gè)主要理論及相關(guān)的單元操作后，采用團(tuán)隊(duì)教學(xué)法讓學(xué)生自由組隊(duì)完成一項(xiàng)小組作業(yè)——介紹一種與食品工程原理“三傳”相關(guān)的案例。學(xué)生從選題、資料檢索、課件制作到上臺(tái)匯報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)回答提問(wèn)等每個(gè)環(huán)節(jié)都需要團(tuán)隊(duì)成員共同溝通協(xié)商、分工合作。團(tuán)隊(duì)要完成好該項(xiàng)任務(wù)，需要團(tuán)隊(duì)成員主動(dòng)深入學(xué)習(xí)課程的相關(guān)理論知識(shí)，才能基于科學(xué)原理分析與解釋其所選擇的案例。為最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，小組作業(yè)成績(jī)除了教師評(píng)分外，還引入組間評(píng)分和組內(nèi)評(píng)分。組間評(píng)分要求每個(gè)小組給其他小組打分，組內(nèi)評(píng)分則是小組成員給其他成員打分。這可以有效防止個(gè)別學(xué)生的“摸魚”行為，也能夠引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)取其他小組的匯報(bào)，不只是專注于自己的匯報(bào)。表1列舉2021級(jí)學(xué)生小組作業(yè)選題。從表1可見(jiàn)，小到餐桌上的餃子、吸管，大到水力工程，學(xué)生都可以發(fā)現(xiàn)其中與流體流動(dòng)、傳熱相關(guān)的原理。雖然選題中不可避免地出現(xiàn)部分重復(fù)，但是每個(gè)小組介紹的側(cè)重點(diǎn)不同，故而影響不大。此外，從多個(gè)角度分析類似的案例，正是考驗(yàn)學(xué)生發(fā)散性思維的一個(gè)很好機(jī)會(huì)。

表1 小組作業(yè)選題

2.5 建立健全考評(píng)體系，強(qiáng)化過(guò)程性考核

“以學(xué)為中心”是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過(guò)程，需要建立多元化的考核評(píng)價(jià)體系，加強(qiáng)對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程考核比例，才能更加客觀地考評(píng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果、促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、提高學(xué)生綜合能力[7]。課程改革將過(guò)程性成績(jī)占比提高到總評(píng)的50%，并將過(guò)程性考核細(xì)化為課堂表現(xiàn)（15%）、個(gè)人作業(yè)（15%）、小組作業(yè)（20%）3個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生知識(shí)和能力的全面考查。其中小組作業(yè)進(jìn)一步分為教師評(píng)分、組內(nèi)評(píng)分、組間評(píng)分。課堂表現(xiàn)成績(jī)主要是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的考查，除了出勤外，還包括學(xué)生的課程參與度。課上參與討論、回答問(wèn)題的學(xué)生給與適當(dāng)加分鼓勵(lì)。為促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與，學(xué)期初將列入過(guò)程考核的教學(xué)環(huán)節(jié)或內(nèi)容向?qū)W生公開(kāi)，并且在課程進(jìn)行中定時(shí)在學(xué)習(xí)群中公布過(guò)程性成績(jī)，以便讓學(xué)生心中有數(shù)并積極完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

3 課程教改成效分析

3.1 課程成績(jī)提高

將教學(xué)改革措施在2020級(jí)和2021級(jí)食品科學(xué)與工程專業(yè)授課過(guò)程中實(shí)施后，課堂氛圍從鴉雀無(wú)聲變得活躍起來(lái)。課堂上的提問(wèn)、討論環(huán)節(jié)，學(xué)生都能踴躍參與并積極發(fā)表自己的看法。特別是在進(jìn)行小組作業(yè)匯報(bào)時(shí)，演講小組與臺(tái)下學(xué)生展開(kāi)激烈的討論交流。近3年“食品工程原理”課程期末考試情況如圖2所示。在試卷難度相當(dāng)?shù)那闆r下，改革前（2019級(jí)）期末考試不及格率達(dá)96.4%，平均分僅為41.7分。教學(xué)改革實(shí)施1年后，課程的不及格率降至56.0%（2020級(jí)），平均分增至56.7分；教改實(shí)施第2年，2021級(jí)的不及格率進(jìn)一步將降低至8.8%，平均分增加到72.1分。同時(shí)，經(jīng)過(guò)改革后，課程的優(yōu)良率（80分以上）從改革前的0提高到3.6%，第2年度進(jìn)一步提高到26.3%。由改革前后學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)分布變化可見(jiàn)，“以學(xué)為中心”的教學(xué)改革措施在實(shí)踐中取得一定成效，且第2年度的成效比第1年度更為顯著。這可能是由于經(jīng)過(guò)一輪的實(shí)踐之后，教師能夠熟練運(yùn)用各項(xiàng)教學(xué)改革措施，并且在第一輪教改的基礎(chǔ)上對(duì)教學(xué)案例和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)提升、課件的完善等工作進(jìn)一步改善和提升教學(xué)效果。

圖2 改革前后學(xué)生成績(jī)對(duì)比

3.2 學(xué)生滿意度調(diào)查

期末結(jié)課時(shí)，讓參與該課程的學(xué)生匿名填寫調(diào)查問(wèn)卷，從學(xué)生的角度評(píng)價(jià)改革措施的成效。分別對(duì)2020級(jí)和2021級(jí)學(xué)生發(fā)放問(wèn)卷，分析結(jié)果如表2所示。關(guān)于線上教學(xué)平臺(tái)發(fā)布課前作業(yè)的措施，2個(gè)班級(jí)中認(rèn)為課前作業(yè)對(duì)提升預(yù)習(xí)效率和課堂學(xué)習(xí)效果很有幫助的學(xué)生分別占52.94%和35.71%，認(rèn)為有幫助的學(xué)生占47.06%和62.86%。對(duì)于案例教學(xué)措施，100%的2020級(jí)受調(diào)查學(xué)生及95.71%的2021級(jí)受調(diào)查學(xué)生認(rèn)為有助于激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣、幫助理解抽象的知識(shí)點(diǎn)。此外，2個(gè)班級(jí)均有超過(guò)90%的學(xué)生認(rèn)為思維導(dǎo)圖有助于督促其主動(dòng)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)、加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶。可見(jiàn)，絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)在“食品工程原理”課程中采用線上平臺(tái)布置課前作業(yè)、案例教育、思維導(dǎo)圖作業(yè)等“以學(xué)生為中心”的教學(xué)改革措施持肯定態(tài)度。然而，從調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)小組作業(yè)效果的評(píng)價(jià)明顯低于課前作業(yè)和案例教學(xué)。2個(gè)班級(jí)分別有8.82%和15.71%的學(xué)生認(rèn)為小組作業(yè)對(duì)提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、語(yǔ)言組織表達(dá)能力，以及提升資料檢索、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力并沒(méi)有幫助。2021級(jí)的學(xué)生對(duì)小組作業(yè)在這兩方面的效果認(rèn)為沒(méi)有幫助的分別為15.71%和10.00%。這可能是由于小組作業(yè)的完成要求學(xué)生自主探究、研討和合作，這對(duì)學(xué)生提出更高的要求，學(xué)生需要自主查閱資料、整理思路、學(xué)會(huì)溝通與互助。在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，有少部分學(xué)生合作不主動(dòng)、參與度不均衡。如何把所有學(xué)生的興趣調(diào)動(dòng)起來(lái)，讓其主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，這需要進(jìn)一步努力。

表2 學(xué)生對(duì)教改措施的評(píng)價(jià)

4 結(jié)語(yǔ)

將“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念融入“食品工程原理”的教學(xué)中，有助于提升學(xué)生的主動(dòng)思考能力和實(shí)際動(dòng)手能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。課前預(yù)習(xí)輔導(dǎo)，掌握動(dòng)態(tài)學(xué)情，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法指導(dǎo)后續(xù)教學(xué)。采用案例教學(xué)、思維導(dǎo)圖和小組作業(yè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、加深知識(shí)的理解和記憶、提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)等。提高過(guò)程考核比重，科學(xué)測(cè)評(píng)學(xué)習(xí)效果。這其中，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，對(duì)任課教師提出更高要求。任課教師需要在資料檢索、案例搜集、分析、整理等方面投入更多的精力。思政元素的融入要求做到潤(rùn)物無(wú)聲才能起到意想不到的效果，也要求任課教師傾注心血對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精巧的設(shè)計(jì)。