“三多四階”食品專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式探索

馬磊，劉尊英，李振興

食品科學(xué)與工程學(xué)院 中國(guó)海洋大學(xué)（青島 266000）

在當(dāng)今全球化新趨勢(shì)下，多元化、創(chuàng)新型人才成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展的主體力量。開展“新工科”建設(shè)是構(gòu)建中國(guó)特色、世界水平的工程教育體系，打好提升質(zhì)量、推進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要舉措[1]?！懊褚允碁樘臁保称饭I(yè)是古老且永恒的常青產(chǎn)業(yè)，食品科學(xué)與工程這一工科專業(yè)肩負(fù)著為食品企業(yè)和社會(huì)培養(yǎng)食品工程師的重要責(zé)任，是我國(guó)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”中的重點(diǎn)專業(yè)之一[2-3]。我國(guó)全力推進(jìn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和“中國(guó)制造2025”等重大戰(zhàn)略，對(duì)工程技術(shù)人才提出了更高的要求，迫切需要利用現(xiàn)代教育技術(shù)推動(dòng)人才培養(yǎng)模式改革創(chuàng)新，培養(yǎng)造就一支知識(shí)結(jié)構(gòu)、專業(yè)素質(zhì)和綜合能力俱佳，能在未來食品專業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮作用的創(chuàng)新型人才，對(duì)學(xué)校人才培養(yǎng)、社會(huì)服務(wù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展皆具有深遠(yuǎn)意義[4-5]。

為了實(shí)施滿足工程教育認(rèn)證的課程目標(biāo)，自學(xué)生入校起，通過專業(yè)教育，潛移默化地將設(shè)計(jì)的思想貫穿至整個(gè)四年大學(xué)學(xué)習(xí)中[6]。依托課程組所在的食品科學(xué)與工程學(xué)院在水產(chǎn)品貯藏與加工國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科的特色優(yōu)勢(shì)和食品科學(xué)與工程專業(yè)的綜合優(yōu)勢(shì)，文章重點(diǎn)從主干課“食品工廠設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)出發(fā)，構(gòu)建了較為完善的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程體系和管理模式，在強(qiáng)化工程意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力等方面進(jìn)行了有益的探索，為相關(guān)實(shí)踐教學(xué)改革提供思路。

1 實(shí)踐教改的迫切需要

目前，食品專業(yè)的人才培養(yǎng)模式普遍存在“重科學(xué)研究輕工程技術(shù)、重傳統(tǒng)科學(xué)輕創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、重理論學(xué)習(xí)輕實(shí)踐實(shí)習(xí)”的問題[7]，這導(dǎo)致理論教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練未能緊密結(jié)合，使得食品專業(yè)人才掌握的理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)之間脫節(jié)，儲(chǔ)備知識(shí)與食品工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)脫節(jié)，無法滿足食品行業(yè)發(fā)展的強(qiáng)烈需求。

“食品工廠設(shè)計(jì)”是食品專業(yè)實(shí)踐性很強(qiáng)專業(yè)核心課程，涵蓋內(nèi)容廣泛，包括“食品機(jī)械與設(shè)備”“食品工藝學(xué)”“食品安全法規(guī)”等食品相關(guān)課程。要求學(xué)生掌握食品工廠設(shè)計(jì)的程序及相關(guān)設(shè)計(jì)通則，能夠針對(duì)食品生產(chǎn)復(fù)雜工程問題的解決方案明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，開展可行性論證，確定工藝方案，通過工藝計(jì)算，能夠進(jìn)行設(shè)備選型，并在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，綜合考慮市場(chǎng)、社會(huì)、健康、安全、法律、文化、環(huán)保等因素，培育學(xué)生的設(shè)計(jì)理念并鍛煉一定的項(xiàng)目管理能力。然而，大學(xué)生尚未踏入社會(huì)，缺乏工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的問題知之甚少，對(duì)于如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決復(fù)雜工程問題時(shí)常無從下手。

隨著全國(guó)高校教學(xué)改革的推進(jìn)，很多高校正積極引入現(xiàn)代教育技術(shù)，然而過度機(jī)械生硬地利用“翻轉(zhuǎn)課堂”等新興的教學(xué)手段，不僅挫敗了學(xué)生的積極性，而且無助于教學(xué)效果的改進(jìn)。另外，高等院校食品專業(yè)引進(jìn)的教師一般來自科研院所，鮮有工廠實(shí)踐經(jīng)歷，缺乏工程教育背景的教師們難以擔(dān)當(dāng)實(shí)踐教學(xué)重任[8]。加之，由于缺乏課程教學(xué)效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是過程性的評(píng)價(jià)結(jié)果，難以與課程目標(biāo)建立客觀聯(lián)系，很難用于期末課程達(dá)成度評(píng)價(jià)。因此，教學(xué)模式與實(shí)際現(xiàn)狀脫節(jié)，無法達(dá)到理想的結(jié)果。

2 三多融合，拓展翻轉(zhuǎn)實(shí)踐

2.1 多資源——擴(kuò)充案例庫(kù)，不斷豐富教學(xué)資源

現(xiàn)已出版的工廠設(shè)計(jì)相關(guān)教材多側(cè)重理論，實(shí)踐內(nèi)容較少，更新較慢，與現(xiàn)實(shí)有一定差距。案例為基礎(chǔ)的教學(xué)方法學(xué)（Case-based learning，CBL）被廣泛采用，教師精選理論與實(shí)踐融合的典型案例，結(jié)合工業(yè)發(fā)展實(shí)際，尤其以設(shè)計(jì)單位或合作企業(yè)的生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)為素材，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用多媒體技術(shù)穿插視頻、動(dòng)畫、圖片展示，讓學(xué)生身臨其境。選取現(xiàn)代化工廠與落后工廠進(jìn)行分析，有針對(duì)性地講解注意事項(xiàng)，重點(diǎn)講解共性問題、疑難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生遵循標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范自主選取設(shè)備結(jié)構(gòu)、經(jīng)驗(yàn)公式、數(shù)據(jù)的選取等。

通過教學(xué)庫(kù)建設(shè)及教研項(xiàng)目的牽引，教師不斷搜集國(guó)內(nèi)外先進(jìn)工程設(shè)計(jì)理念及案例，為學(xué)生們打開對(duì)接國(guó)際的窗口。向?qū)W生展示往期優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生分析常見的錯(cuò)誤案例，結(jié)合海洋生物資源利用的特殊性，引入相關(guān)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。學(xué)生通過文獻(xiàn)檢索和資料篩選的過程，提高了信息獲取能力和主動(dòng)解決問題的能力，開拓了視野。除此之外，建立的題庫(kù)、案例庫(kù)等教學(xué)資源與課程目標(biāo)建立聯(lián)系，形成系列評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表格，用于課程達(dá)成度評(píng)價(jià)，最終建立和實(shí)施滿足OBE要求的課程過程性評(píng)價(jià)體系[9]，例如，堂表現(xiàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)踐訓(xùn)練評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、階段性設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)與課程目標(biāo)直接掛鉤。同時(shí)，所建立的學(xué)生課程目標(biāo)自我達(dá)成評(píng)價(jià)的問卷表，更直觀反映課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成效果。

目前全球僅有諾丁漢大學(xué)和新南威爾士大學(xué)兩所大學(xué)開設(shè)了名為“食品加工工程”的專業(yè)，但國(guó)內(nèi)外沒有類似課程。教研組通過開設(shè)國(guó)內(nèi)首門具有工程特色的本科生課程“食品加工工程”，使學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與研究、應(yīng)用性加工基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與研究、工程應(yīng)用研究。另外，“食品制造高新技術(shù)”“現(xiàn)代食品工程技術(shù)進(jìn)展”等課程，幫助學(xué)生深入了解食品工程前沿進(jìn)展。

2.2 多導(dǎo)師——多師指導(dǎo)，實(shí)踐教學(xué)無死角

依托“食品工廠設(shè)計(jì)”課程，學(xué)生明確基本建設(shè)程序、清潔生產(chǎn)與末端治理、廠址選擇與工廠總平面設(shè)計(jì)、公用工程、工藝論證與衡算、設(shè)備設(shè)計(jì)與選型、車間布置設(shè)計(jì)、人員定編與投資估算等相關(guān)理論內(nèi)容。由工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的教師設(shè)計(jì)并指導(dǎo)實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)，聘請(qǐng)企業(yè)高級(jí)工程師和建筑設(shè)計(jì)研究院的資深專家結(jié)合工廠案例及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)協(xié)助指導(dǎo)并參與評(píng)估學(xué)生設(shè)計(jì)作品。

全院專業(yè)教師結(jié)合自身熟悉的科研現(xiàn)狀及生產(chǎn)實(shí)際，擬定工廠設(shè)計(jì)主題，供每位學(xué)生自主選題，無雷同題目。關(guān)于產(chǎn)品、加工工藝、生產(chǎn)線等選定問題，學(xué)生能從畢業(yè)設(shè)計(jì)出題指導(dǎo)教師那里獲取準(zhǔn)確充分的信息或指導(dǎo)。學(xué)生一人一題自行設(shè)計(jì)，給設(shè)計(jì)過程中教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題造成了一定困難，故在實(shí)踐教學(xué)管理中需要發(fā)揮師生雙角色，協(xié)調(diào)推進(jìn)以學(xué)生為中心的有效教學(xué)。從確定題目開始，學(xué)生也參與題目設(shè)計(jì)，老師布置主題，學(xué)生初選，基于市場(chǎng)調(diào)研與細(xì)節(jié)討論，進(jìn)一步確定滿足消費(fèi)需求的產(chǎn)品形式及產(chǎn)量規(guī)模等。

工廠設(shè)計(jì)考核包含六個(gè)階段，即廠址選擇、工藝論證、工藝衡算、選型定編、經(jīng)濟(jì)衡算及圖紙繪制。針對(duì)上述工作量較大的階段考核評(píng)估工作，專門組織以中青年教師為主的考核小組，通過線上平臺(tái)及時(shí)向?qū)W生反饋報(bào)告分階段問題。這樣即便在疫情期間，階段性學(xué)習(xí)與考核也可以有條不紊地進(jìn)行。

2.3 多模式——多元化教學(xué)模式，提升學(xué)習(xí)效果

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，整合信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，建立包括實(shí)驗(yàn)課程、綜合創(chuàng)新和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的三個(gè)層次的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、科研促教學(xué)、實(shí)習(xí)實(shí)踐四結(jié)合，從而建設(shè)形成學(xué)生受益面大、創(chuàng)新性強(qiáng)、管理高效、示范程度高、易實(shí)現(xiàn)資源共享的國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer aided design，CAD），學(xué)生掌握了二維工程圖、三維模型圖的繪制，這期間也采取了多種實(shí)踐教學(xué)手段，邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院老師為學(xué)生做培訓(xùn)講座，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)不熟練之處加以訓(xùn)練，鼓勵(lì)掌握較好的學(xué)生為全班做經(jīng)驗(yàn)分享，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、參與度，并提升實(shí)操能力。

Blackboard平臺(tái)（簡(jiǎn)稱Bb平臺(tái)）和微信交流群在實(shí)踐課程教學(xué)中也起到了至關(guān)重要的作用。教師可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)布置課前預(yù)習(xí)資料、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)視頻、拓展資料、測(cè)試和作業(yè)等內(nèi)容，微信交流群起到了教師和學(xué)生實(shí)時(shí)溝通的作用。課前學(xué)生通過Bb平臺(tái)和仿真平臺(tái)，學(xué)習(xí)理論知識(shí)、工藝視頻，再通過軟件模擬操作。教師通過微信交流群，結(jié)合仿真軟件關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行工藝講解，學(xué)生即學(xué)即用，避免灌輸式教學(xué)，提高了學(xué)習(xí)效果。課后教師通過Bb平臺(tái)對(duì)學(xué)生下達(dá)學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)來復(fù)習(xí)和鞏固課程內(nèi)容。完成學(xué)習(xí)任務(wù)后可預(yù)約加工實(shí)訓(xùn)課，之后可在實(shí)體設(shè)備上進(jìn)行操作。通過預(yù)習(xí)-實(shí)驗(yàn)-復(fù)習(xí)-實(shí)踐的四段模式掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)，有效加強(qiáng)了教學(xué)效果的過程控制[10]。

考核評(píng)價(jià)方式注重過程性評(píng)價(jià)，降低一次性考試比例，評(píng)價(jià)學(xué)生在整個(gè)實(shí)踐過程中對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用能力、分析問題能力、溝通組織能力。制定階段考核及最終答辯的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)則，名次位于末端5%的同學(xué)須整改后進(jìn)行二次答辯。

3 四階推進(jìn)，系統(tǒng)培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)思維

實(shí)踐訓(xùn)練過程不能一蹴而就，而需貫穿四年本科教學(xué)，依托各種項(xiàng)目形式循序漸進(jìn)開展，使實(shí)踐訓(xùn)練不斷迭代推進(jìn)。

3.1 引導(dǎo)創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)

強(qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，鼓勵(lì)學(xué)生不斷了解行業(yè)、深入產(chǎn)業(yè)并接軌社會(huì)。一年級(jí)大學(xué)生通過食育課堂、社會(huì)調(diào)查、認(rèn)知實(shí)習(xí)等課程初步接觸專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。學(xué)院每年舉辦“海洋食品創(chuàng)新大賽”，圍繞海洋水產(chǎn)食品創(chuàng)新研發(fā)面向全校學(xué)生征集創(chuàng)意。然后通過市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品創(chuàng)意、技術(shù)路線、包裝質(zhì)保等方面對(duì)創(chuàng)意書進(jìn)行考核，經(jīng)過專家初評(píng)，經(jīng)遴選的產(chǎn)品創(chuàng)意再進(jìn)入產(chǎn)品開發(fā)階段，最終制作實(shí)物并形成研發(fā)報(bào)告。類似競(jìng)賽方式促使學(xué)生了解產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的前世今生，尤其適合提升尚未深入接觸專業(yè)的低年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與實(shí)踐參與度。學(xué)生既可以在學(xué)院提供的公共工藝研發(fā)實(shí)驗(yàn)室實(shí)施項(xiàng)目，也可以在各類科研實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。構(gòu)建“本碩聯(lián)動(dòng)、師生一體”的創(chuàng)新實(shí)踐體系，幫助有想法的學(xué)生付諸行動(dòng)。

3.2 熟悉典型單元操作

為幫助學(xué)生更好理解食品機(jī)械與設(shè)備的原理及結(jié)構(gòu)，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生親手拆裝典型裝置并操作設(shè)備，盡管構(gòu)件記憶并非學(xué)習(xí)重點(diǎn)，但這種直觀的教學(xué)方式有效幫助學(xué)生理解通透且印象深刻。另外，通過多媒體動(dòng)畫演示、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等方式擴(kuò)充了單元操作的教學(xué)，使其不再受限于時(shí)空、場(chǎng)地等因素。

依托學(xué)院建設(shè)的省級(jí)示范工程中心，承載食品學(xué)科開展戰(zhàn)略性海洋動(dòng)植物資源精深加工技術(shù)教學(xué)、科研任務(wù)，其主體部分中試車間擁有50余臺(tái)套中試設(shè)備[11]，方便學(xué)生深入了解從原料處理、提取、分離、濃縮、干燥、滅菌、包裝及儲(chǔ)運(yùn)等一系列加工步驟。

3.3 強(qiáng)化工藝流程設(shè)計(jì)

通過專業(yè)綜合大實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)堅(jiān)持四個(gè)結(jié)合，經(jīng)典與前沿的結(jié)合、科研與生產(chǎn)的結(jié)合、知識(shí)傳授與價(jià)值引導(dǎo)的結(jié)合、教師主導(dǎo)與學(xué)生主體相結(jié)合，構(gòu)建全過程、全方位育人的教學(xué)體系。為提高學(xué)生的自主實(shí)踐能力，教師不再手把手指導(dǎo)，而是為學(xué)生留出自主研發(fā)環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性。

專業(yè)綜合大實(shí)驗(yàn)[12]將學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容為問題探究、方案構(gòu)思和實(shí)驗(yàn)實(shí)施三大模塊。以海鮮調(diào)味料生產(chǎn)加工研究項(xiàng)目中的原料分析為例，通過情景分析、問題考察，有單一的牡蠣擴(kuò)展為貝類，由貝類引導(dǎo)到蝦類、魚類的新鮮度分析，掌握不同種類水產(chǎn)品鮮度的分析方法，引導(dǎo)學(xué)生由特殊到一般，由一般到特殊的辯證過程。聚焦學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方案的構(gòu)思，通過頭腦風(fēng)暴、思維導(dǎo)圖、設(shè)計(jì)方案等方式呈現(xiàn)。

在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中，學(xué)生不是靠照方抓藥完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，而是通過團(tuán)隊(duì)合作，從方案設(shè)定、原料篩選、工藝實(shí)施、產(chǎn)品評(píng)價(jià)等全方位自主完成。學(xué)生紛紛表示從類似形式的實(shí)習(xí)中受益頗多。

3.4 訓(xùn)練多維全廠設(shè)計(jì)

在教師引導(dǎo)下，學(xué)生從不擅長(zhǎng)不熟悉的領(lǐng)域開始探索，通過查閱文獻(xiàn)，了解地方政策與實(shí)際，分析市場(chǎng)現(xiàn)狀及前景，結(jié)合工廠設(shè)計(jì)課程鞏固理論知識(shí)，通過實(shí)習(xí)、參觀食品工廠，得到更直觀的認(rèn)識(shí)。在論證企業(yè)運(yùn)行中如何合理安排各類工序時(shí)，教師甚至通過樂高積木游戲等模擬方式營(yíng)造沉浸式實(shí)踐模式，保證了每位同學(xué)參與思考與討論。

為秉承全面提高學(xué)生創(chuàng)新精神、綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力的宗旨，發(fā)揮食品科學(xué)與工程的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，充分體現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充”的原則，建立了“教室—虛擬實(shí)驗(yàn)室—實(shí)體實(shí)驗(yàn)室—企業(yè)“的本科生工程化能力鏈?zhǔn)脚囵B(yǎng)模式。學(xué)院積極建立人才培育和工程化見習(xí)實(shí)踐基地，盡管曾受疫情影響，但堅(jiān)持在學(xué)校當(dāng)?shù)丶敖奸_展了相關(guān)畢業(yè)實(shí)習(xí)。

“三多四階”實(shí)踐模式實(shí)施后，學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練成績(jī)明顯提高，在各類學(xué)科類及創(chuàng)業(yè)類競(jìng)賽中參與度和獲獎(jiǎng)級(jí)別逐年提升，創(chuàng)新能力有所提升[13-15]，例如某同學(xué)在工廠設(shè)計(jì)中知難而進(jìn)，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了立體化工藝流程和車間布局，并在學(xué)術(shù)期刊上公開發(fā)表，在近年以工廠設(shè)計(jì)為主題詞的期刊中，其下載量位居全知網(wǎng)前列。

4 結(jié)語

相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)亟需工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。實(shí)踐出真知，實(shí)踐教學(xué)是將專業(yè)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為綜合創(chuàng)新能力的重要途徑。通過構(gòu)建“三多融合、四階推進(jìn)”的食品專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式，有效利用國(guó)家級(jí)、省級(jí)教學(xué)科研平臺(tái)開展多元化實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，從而使學(xué)生的國(guó)際視野得到拓拓展，工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。