衛(wèi)永華，趙國(guó)建，鄭亞軍，吳建虎

（山西師范大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041000）

0 引言

隨著我國(guó)食品工業(yè)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)食品類專業(yè)畢業(yè)生的工程能力提出了更高的要求。“食品工程原理”課程是高校食品類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要介紹食品加工所涉及單元操作的基本原理和規(guī)律、典型設(shè)備的工作原理、構(gòu)造、性能，以及工藝尺寸的計(jì)算、選型等[1-2]。以食品加工生產(chǎn)過(guò)程中存在的實(shí)際工程問(wèn)題為研究對(duì)象，決定了該課程的教學(xué)必然是以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力為目標(biāo)[3]。

為了提高學(xué)生的工程素質(zhì)，學(xué)校近年來(lái)相繼開(kāi)設(shè)了“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)課程和“食品工程原理”課程設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)課程尤其是課程設(shè)計(jì)開(kāi)展過(guò)程中，學(xué)生反映平時(shí)在理論學(xué)習(xí)中花費(fèi)了較多的時(shí)間和精力，但在實(shí)際問(wèn)題面前往往還是束手無(wú)策。通過(guò)食品工程原理系列課程的學(xué)習(xí)之后，學(xué)生的工程能力并未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)[4]，而學(xué)生理論知識(shí)的掌握情況又與教師教學(xué)過(guò)程密切相關(guān)。為了使學(xué)生掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，樹(shù)立正確的工程觀念，擁有基本的工程能力，在分析前期問(wèn)題的基礎(chǔ)上，圍繞教學(xué)內(nèi)容、方法、技巧和手段等進(jìn)行了課程教學(xué)探索與實(shí)踐。

1 前期課程教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題分析

1.1 教師對(duì)部分理論知識(shí)講解不透徹，學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握不扎實(shí)

“食品工程原理”是理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，其基礎(chǔ)理論涉及高等數(shù)學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)、機(jī)械學(xué)等多個(gè)學(xué)科[5]，具有范圍寬、內(nèi)容廣、概念多、物理量多、方法多、圖表多、計(jì)算公式多等特點(diǎn)[6]。學(xué)生在初學(xué)時(shí)，經(jīng)常表現(xiàn)出單元操作原理易搞混、相關(guān)概念理解不透徹、計(jì)算公式記不住、經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用范圍不明確、圖表等工具不會(huì)用、設(shè)備結(jié)構(gòu)理解困難等問(wèn)題。而這些基礎(chǔ)內(nèi)容又正是相關(guān)工程計(jì)算、設(shè)備選型、單元操作開(kāi)發(fā)和設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。因此，學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握不牢固是阻礙工程素質(zhì)形成的重要原因之一。

1.2 學(xué)生對(duì)食品工程了解少，工程素質(zhì)底子薄

由于“食品工程原理”是食品類專業(yè)學(xué)生接觸較早的一門專業(yè)課，學(xué)生對(duì)食品生產(chǎn)過(guò)程了解較少，對(duì)食品加工工藝環(huán)節(jié)認(rèn)識(shí)不夠深入，接觸食品加工機(jī)械的機(jī)會(huì)少，導(dǎo)致學(xué)生表現(xiàn)出只會(huì)從理論角度仿照課本上例題解題、對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的空間想象力差、看不懂設(shè)備圖紙、不會(huì)使用工程手冊(cè)等缺陷。

1.3 不能將理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合

由于以上問(wèn)題的存在，導(dǎo)致學(xué)生缺乏運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。常見(jiàn)表現(xiàn)有不會(huì)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇經(jīng)驗(yàn)公式；忽略設(shè)備與上下游關(guān)聯(lián)設(shè)備的可配套、銜接性；設(shè)備選型上重技術(shù)上的先進(jìn)性，輕經(jīng)濟(jì)上的適用性；缺乏經(jīng)濟(jì)核算意識(shí)，缺乏設(shè)備成本和操作成本的計(jì)算等。

2 課程教學(xué)的實(shí)踐與探索

2.1 研究專業(yè)課程體系，優(yōu)化課程內(nèi)容

2.1.1 調(diào)整課程體系，理順“食品工程原理”及相關(guān)課程的先后關(guān)系

“食品工程原理”涉及高等數(shù)學(xué)和物理學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，作為高等數(shù)學(xué)和物理學(xué)的后續(xù)課程在大學(xué)第4～6學(xué)期開(kāi)設(shè)已形成共識(shí)，但對(duì)“食品工程原理”和“食品機(jī)械與設(shè)備”這2門課開(kāi)設(shè)的先后順序因校而異。考慮到“食品機(jī)械與設(shè)備”主要講述食品加工中常用機(jī)械與設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理和性能，與“食品工程原理”中典型設(shè)備（如離心泵、蒸發(fā)濃縮設(shè)備、板框過(guò)濾機(jī)等）的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理有相同或相通之處，與學(xué)院相關(guān)部門溝通，已將“食品工程原理”設(shè)在“食品機(jī)械與設(shè)備”之后開(kāi)設(shè)（當(dāng)然同學(xué)期開(kāi)設(shè)也可以），這樣可以緩解“食品工程原理”課時(shí)緊張的情況，又使這2門課程的設(shè)置遵循從難到易、從理論到實(shí)踐的規(guī)律。另外，在大學(xué)第1～4學(xué)期開(kāi)設(shè)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”和“工程制圖”這2門課程也是極其必要的，這有利于提高學(xué)生的基本工程素質(zhì)，為后期“食品工程原理”課程學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

2.1.2 相近課程加強(qiáng)溝通，避免內(nèi)容重復(fù)

由于“食品工程原理”和“食品機(jī)械與設(shè)備”這2門課程存在部分教學(xué)內(nèi)容交叉，所以在教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)了與“食品機(jī)械與設(shè)備”課程任課教師的溝通，根據(jù)這2門課程的教學(xué)目的進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容劃分，避免了教學(xué)時(shí)間的浪費(fèi)。而對(duì)于這2門課程的教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)課程特點(diǎn)調(diào)整了教學(xué)側(cè)重點(diǎn)。

2.2 加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工程問(wèn)題處理能力

除了理論公式外，“食品工程原理”課程還包含大量的經(jīng)驗(yàn)公式和半經(jīng)驗(yàn)公式。這類公式大多是科學(xué)家根據(jù)工程實(shí)際，通過(guò)理想化處理、建立模型、試驗(yàn)?zāi)M和數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出的結(jié)果。雖然在理論教學(xué)中，學(xué)生只需根據(jù)公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算即可，公式推導(dǎo)過(guò)程與學(xué)生計(jì)算能力的關(guān)系不大。但在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，如果任課教師忽略公式的推導(dǎo)或推導(dǎo)過(guò)程講解不透徹的話，學(xué)生不能真正理解公式產(chǎn)生的背景和應(yīng)用場(chǎng)合，平時(shí)只能對(duì)公式進(jìn)行生搬硬套，解答簡(jiǎn)單的理論題目，而遇到實(shí)際工程問(wèn)題時(shí)缺乏變通，不能對(duì)公式進(jìn)行靈活運(yùn)用。反之，講述經(jīng)驗(yàn)公式形成過(guò)程中的細(xì)節(jié)問(wèn)題有助于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。

以過(guò)濾基本方程的推導(dǎo)為例，科學(xué)家通過(guò)一系列理想化假設(shè)將濾液通過(guò)濾餅的流動(dòng)阻力問(wèn)題轉(zhuǎn)化為濾液通過(guò)一組細(xì)管流動(dòng)時(shí)的阻力問(wèn)題，該環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生明白解決工程問(wèn)題時(shí)可根據(jù)情況抓住主要矛盾，忽略次要矛盾；通過(guò)床層顆粒大小對(duì)濾液流動(dòng)狀態(tài)的影響（濾液在大顆粒床層中流動(dòng)易表現(xiàn)為湍流，在小顆粒床層中多為層流）分析，可以讓學(xué)生明白該公式具有嚴(yán)格的使用場(chǎng)合；通過(guò)將過(guò)濾介質(zhì)阻力虛擬為濾餅阻力，既讓學(xué)生明白過(guò)濾介質(zhì)當(dāng)量濾液體積Ve和當(dāng)量濾餅厚度Le等參數(shù)的物理意義，又讓學(xué)生明白本質(zhì)相同的過(guò)程可以采用等價(jià)轉(zhuǎn)換的思維來(lái)處理等。

2.3 認(rèn)真分析公式結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生完成公式的理解和記憶

“食品工程原理”課程中許多公式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以記憶，使得學(xué)生對(duì)公式表現(xiàn)出畏難情緒。在講課過(guò)程中對(duì)公式（1）的結(jié)構(gòu)、規(guī)律和各項(xiàng)物理意義進(jìn)行合理分析，可以有效幫助學(xué)生記憶公式。

以流體流動(dòng)章節(jié)中的伯努利方程為例：

該方程涉及參數(shù)較多，組成復(fù)雜，學(xué)生在初學(xué)時(shí)感覺(jué)該方程比較難記?？梢葬槍?duì)該公式進(jìn)行如下分析：①流體的任意截面都有位能、靜壓能和動(dòng)能，其表達(dá)式分別為gz、p/ρ和u2/2，具體到截面1和截面2分別有g(shù)z1和p1/ρ、u12/2和gz2、p2/ρ和u22/2；②流體在流動(dòng)過(guò)程中因黏度產(chǎn)生能量損失，具體對(duì)應(yīng)公式中的∑hf；③如果流體在流動(dòng)過(guò)程有外功輸入，則有We；④如果流體在流動(dòng)過(guò)程與外界發(fā)生熱交換，則公式中有Q。學(xué)生在明白流體流動(dòng)過(guò)程中所涉及到的能量變化后，該公式就容易記憶了。

再以傳熱章節(jié)中總傳熱系數(shù)計(jì)算公式（2）～（4）為例。當(dāng)流體經(jīng)過(guò)圓筒壁進(jìn)行傳熱時(shí)，以外表面、內(nèi)表面和對(duì)數(shù)平均表面為基準(zhǔn)時(shí)分別對(duì)應(yīng)以下3個(gè)總傳熱系數(shù)計(jì)算公式：

記憶這3個(gè)方程對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，同樣是個(gè)挑戰(zhàn)?？梢詫?duì)這3個(gè)公式按如下步驟進(jìn)行分析：①所有公式等號(hào)右邊的3項(xiàng)內(nèi)容中都有1/αi、b/λ和1/αo，其代表的物理意義分別是圓筒壁內(nèi)側(cè)流體對(duì)流傳熱熱阻、管壁導(dǎo)熱熱阻和圓筒壁外側(cè)流體對(duì)流傳熱熱阻；而每項(xiàng)剩余的分式則為對(duì)該熱阻的校正項(xiàng)；②以圓筒壁某表面為計(jì)算基準(zhǔn)時(shí)，某表面處的熱阻項(xiàng)不需再校正，如以外表面為計(jì)算基準(zhǔn)時(shí)，則圓筒壁外側(cè)熱阻1/αo不需要校正；③以圓筒壁某表面為計(jì)算基準(zhǔn)時(shí)，所有校正項(xiàng)的分子都為該表面對(duì)應(yīng)的內(nèi)徑，分母分別為熱阻所在位置對(duì)應(yīng)表面的內(nèi)徑。在教學(xué)過(guò)程中，正是通過(guò)提問(wèn)的方式與學(xué)生共同進(jìn)行諸如此類的分析，基本可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)公式的當(dāng)場(chǎng)記憶。

2.4 合理利用各種資源，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)食品工程的認(rèn)識(shí)和理解

當(dāng)今社會(huì)，多媒體資源極其發(fā)達(dá)。將從網(wǎng)絡(luò)、抖音、優(yōu)酷中搜集到的與食品工程和單元操作相關(guān)的圖片、視頻、Flash動(dòng)畫(huà)等資源運(yùn)用到教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)其可以起到事半功倍的效果。而對(duì)即便借助圖片和視頻學(xué)生也難于理解的內(nèi)容，則借助設(shè)備部件實(shí)物或?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)提高教學(xué)效果。例如，由于濾漿和洗滌水在板框過(guò)濾機(jī)中的運(yùn)行路線比較隱蔽，教師僅靠講述、圖片和視頻很難讓學(xué)生明白過(guò)濾和洗滌的操作原理。在教學(xué)過(guò)程中將板框過(guò)濾設(shè)備上的洗滌板、濾框和濾框部件帶入課堂，通過(guò)學(xué)生對(duì)部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的直觀觀察，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)板框過(guò)濾設(shè)備工作原理的快速、深入理解。

2.5 善于總結(jié)，通過(guò)“合并同類項(xiàng)”的方式加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解

在“食品工程原理”教學(xué)內(nèi)容中，存在許多基本原理、思路和學(xué)習(xí)方法相近的知識(shí)點(diǎn)：①在傳熱、浸提和萃取單元操作中都涉及到參與傳遞過(guò)程的2種物質(zhì)的流動(dòng)方向問(wèn)題，且存在相同的規(guī)律，即無(wú)論傳熱還是傳質(zhì)，逆流傳遞效率總大于并流傳遞效率；②對(duì)于過(guò)濾、傳熱和傳質(zhì)等單元操作或傳遞過(guò)程而言，其都符合速率=推動(dòng)力/阻力這個(gè)規(guī)律；③如果單元操作由多個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)而成，則其總傳遞速率受傳遞速率慢的環(huán)節(jié)控制。這個(gè)規(guī)律在氣體吸收、對(duì)流干燥、間壁式換熱等過(guò)程都存在。

如果在教學(xué)過(guò)程中，任課教師采取“合并同類項(xiàng)”的方式將相近、相通內(nèi)容從教學(xué)內(nèi)容中抽出來(lái)進(jìn)行總結(jié)，則有助于學(xué)生理清思路，加深相關(guān)內(nèi)容的理解。

2.6 加強(qiáng)應(yīng)用題目練習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)公式的理解和應(yīng)用

應(yīng)用題目的練習(xí)是學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的應(yīng)用和實(shí)踐。在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)適當(dāng)引入例題、課后布置應(yīng)用題目、作業(yè)講評(píng)的方式，不僅可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和針對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的計(jì)算能力。

3 結(jié)語(yǔ)

食品工業(yè)的發(fā)展不斷對(duì)工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出挑戰(zhàn)，對(duì)“食品工程原理”課程進(jìn)行改革，合理設(shè)置其教學(xué)體系，靈活運(yùn)用教學(xué)技巧，對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)可以起到事半功倍的效果。但教無(wú)定法，只有在實(shí)踐中不斷總結(jié)教訓(xùn)、鉆研方法、探索思路、總結(jié)成果，才能使得教學(xué)相長(zhǎng)。