汪立君， 洪 惠， 張博雅， 周 忻， 殷麗君

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

0 引言

食品工程在食品加工過程中起到舉足輕重的作用。食品工程原理是食品工程技術(shù)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，是一門理論和實(shí)踐結(jié)合十分緊密的專業(yè)基礎(chǔ)課。

“食品工程原理”課程是食品院校所有專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，其主要內(nèi)容是“三傳理論（動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞）”和單元操作（流體流動(dòng)、傳熱、過濾、蒸餾、吸收、萃取吸附、蒸發(fā)和干燥等），該課程具有理論性強(qiáng)、涉及領(lǐng)域?qū)挕⒃O(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜和操作過程煩瑣等特點(diǎn)?！叭齻骼碚摗敝g即互相聯(lián)系又互相獨(dú)立，課程涉及基于“三傳理論”食品加工的諸多具體操作，學(xué)生對(duì)于“三傳理論”和單元操作的理解與掌握仍不足，不能很好地搭建起理論與實(shí)際食品工程工藝之間的橋梁。

各高?！笆称饭こ淘怼闭n程教學(xué)團(tuán)隊(duì)本著提高課程質(zhì)量、緊抓教學(xué)水平的宗旨，近年來通過潛心鉆研和努力改革，切實(shí)提高教學(xué)水平。汪昌保等[1]對(duì)“食品工程原理”課程國內(nèi)外教學(xué)研究發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了討論與分析。國內(nèi)學(xué)者分別從“食品工程原理”課程的理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)3 個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)探討了教學(xué)內(nèi)容和方法[2-9]。

基于此，本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)首先將課程體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用信息化平臺(tái)和資源庫，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論的深度理解；利用有效思維工具，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的課程學(xué)習(xí)思維，建立起理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用的連接，幫助學(xué)生搭建起完整且深入的知識(shí)體系；通過科研、競賽等促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)用于解決復(fù)雜工程問題。

1 基于結(jié)構(gòu)化的教學(xué)模式

1.1 構(gòu)建結(jié)構(gòu)化教學(xué)模式

課程充分利用信息化平臺(tái)（雨課堂、微信群、在線教育平臺(tái)等），將資源庫的內(nèi)容信息化、電子化，并面向全體學(xué)生開放；建立“動(dòng)”和“靜”資源庫，并在教學(xué)中靈活使用；構(gòu)建“課前＋課中＋課后”的翻轉(zhuǎn)課堂；有效促成“由教師教”到“學(xué)生主動(dòng)學(xué)”的轉(zhuǎn)變。引導(dǎo)學(xué)生采用思維導(dǎo)圖輔助學(xué)習(xí)，串聯(lián)不同章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)模式。這種模式使學(xué)生學(xué)習(xí)情境由易到難，循序漸進(jìn)，將不同知識(shí)點(diǎn)相互嵌入、共同作用，幫助學(xué)生形成較為穩(wěn)固的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，并培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)性思維和邏輯性思維（圖1）。

圖1 利用信息化平臺(tái)和動(dòng)靜交替資源庫構(gòu)建結(jié)構(gòu)化教學(xué)模式Fig.1 Structured teaching mode constructed by using information platform and dynamic static resource

1.1.1 課程體系逐漸進(jìn)階與優(yōu)化

撰寫理論課的教學(xué)大綱和教學(xué)講義，通過不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容來提升教學(xué)質(zhì)量（圖2）。課程依據(jù)模塊化分解、系統(tǒng)性、綜合性和能力培養(yǎng)導(dǎo)向原則進(jìn)行設(shè)計(jì)[10]。

圖2 課程教學(xué)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)Fig.2 Optimization design of course teaching system

1.1.2 建立高水平的“動(dòng)”和“靜”資源庫

基于以上的改革思路，體現(xiàn)課程“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性”，不斷更新動(dòng)靜交替的教學(xué)資源庫，資源庫的內(nèi)容和水平是打造“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性”課堂的核心，包括教學(xué)課件、例題庫、習(xí)題庫、習(xí)題庫答案、素材庫和主要公式等，均已置于在線教育平臺(tái)上。通過文字圖片的“靜”與視頻動(dòng)畫的“動(dòng)”相互交替使用，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的深度理解。

課程涉及大量計(jì)算，使學(xué)生對(duì)食品加工的總體流程和設(shè)備感到難以掌握。“原理-傳動(dòng)-結(jié)構(gòu)-功能”的傳統(tǒng)講授方法不能滿足學(xué)生理解和掌握相關(guān)內(nèi)容的需要，并且教材中采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖多以二維圖為主，優(yōu)化度不高、可視化程度低。為了解決這個(gè)問題，在PPT、例題和習(xí)題引入自主制作的三維結(jié)構(gòu)圖（圖3 以傳熱為例）、三維動(dòng)畫和多媒體視頻，通過采用不同的顏色并模擬物料的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了更多的可視化功能[6]。

圖3 自主制作的課程教學(xué)示意（傳熱）Fig.3 Self-made course teaching diagram （heat transfer）

1.2 學(xué)研結(jié)合夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)

將食品加工過程最新的科研成果、科研案例、專利技術(shù)引入到教學(xué)的講解與實(shí)操中，培養(yǎng)學(xué)生緊跟世界一流技術(shù)的意識(shí)。以干燥為例，基于“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《典型高熱敏性高活性農(nóng)特產(chǎn)品物料干燥工藝調(diào)控與閾值界定研究》子項(xiàng)目的研究，將最新的科研成果融入到課堂教學(xué)中。同時(shí)將知識(shí)點(diǎn)與科研案例一一對(duì)應(yīng)，真正做到教學(xué)支持科研，科研反哺教學(xué)[10-11]。

如圖4 所示，在講解干燥動(dòng)力學(xué)曲線-“魔幻”干燥曲線時(shí)，向?qū)W生講解經(jīng)典的恒定干燥條件下的干燥特性曲線及在實(shí)際科研生產(chǎn)中的非恒定干燥條件下的干燥曲線，通過對(duì)比，激發(fā)學(xué)生批判性和創(chuàng)新性的思維方式。通過學(xué)研結(jié)合，全面培養(yǎng)學(xué)生工程能力，課堂也從枯燥乏味變得有滋有味。

圖4 科研案例與知識(shí)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)（干燥曲線）Fig.4 One by one correspondence between scientific research cases and knowledge points （drying curve）

如圖5 所示，在單元操作干燥的講解中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)物料中的水分分類（含量）-“神奇的水”這一概念很難掌握。為此，將科研中最新的采用核磁共振技術(shù)測定桔梗在不同干燥階段的水分定量呈現(xiàn)出來，通過這種方式的講解，學(xué)生不僅掌握這一知識(shí)點(diǎn)，還激發(fā)科研興趣，激發(fā)學(xué)生緊跟世界一流科研的思維，真正做到教學(xué)支持科研，科研反哺教學(xué)。

圖5 科研案例與知識(shí)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)（神奇的水）Fig.5 One by one correspondence between scientific research cases and knowledge points（magical water）

通過學(xué)研結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究及工程實(shí)踐能力。此外，教師通過指導(dǎo)學(xué)生參加國家級(jí)、省部級(jí)和校級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，拓展學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生科研興趣，培養(yǎng)學(xué)生工程能力。

1.3 賽教互促培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力

延伸第2 課堂，通過以賽促教提升學(xué)生的工程能力。食品工程原理課程通過賽教互促強(qiáng)化學(xué)科競賽的教學(xué)引領(lǐng)作用。自2018 年首屆全國大學(xué)生食品工程虛擬仿真大賽，在教學(xué)中引入競賽內(nèi)容，打造“賽事常規(guī)化”的教學(xué)環(huán)境，打磨出競賽與教學(xué)相結(jié)合的教改方案。

以賽促學(xué)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐生力軍。通過大賽激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)鉆研科學(xué)實(shí)驗(yàn)理論和技術(shù)的熱情，鼓勵(lì)學(xué)生重視實(shí)踐動(dòng)手能力，啟迪學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造才能，培養(yǎng)學(xué)生的拼搏精神、團(tuán)隊(duì)合作精神，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)，全面提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。在課程教師的指導(dǎo)下，學(xué)生組隊(duì)準(zhǔn)備比賽。

以賽促教，探索素質(zhì)教育新途徑。把大賽作為深化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教育改革的重要方式，引導(dǎo)團(tuán)隊(duì)教師主動(dòng)開展課程體系、教學(xué)方法、教師能力和管理制度等方面的綜合改革。同時(shí)，這也增進(jìn)師生的交流與互動(dòng)，促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的和諧統(tǒng)一。

2 教學(xué)創(chuàng)新效果及成果

2.1 課程教學(xué)反饋

如圖6 所示，經(jīng)過理論課程、實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)操訓(xùn)練，學(xué)生表示如此設(shè)置課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和考核方式，使學(xué)習(xí)從被動(dòng)接受與執(zhí)行，變成主動(dòng)參與，通過人人參與的形式，學(xué)生更愿意通過自己動(dòng)手鉆研搞清楚原理與結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升學(xué)生的積極性、主動(dòng)性、獨(dú)立性、參與感、獲得感與成就感。主講教師課堂教學(xué)效果也得到學(xué)生的高度評(píng)價(jià)，本院排名前3.7%。對(duì)2019 屆學(xué)生234 人進(jìn)行調(diào)查問卷，收集有效問卷181 份。調(diào)查問卷顯示，有85.08%的學(xué)生認(rèn)為“雨課堂”混合式教學(xué)對(duì)食品工程原理的學(xué)習(xí)有幫助，雨課堂的混合教學(xué)得到學(xué)生的認(rèn)可；有97.24%的學(xué)生認(rèn)為示意圖的使用在復(fù)雜概念的學(xué)習(xí)和習(xí)題的解析過程中有幫助；學(xué)生在思政方面也收獲很大。近3 年課后學(xué)生思維導(dǎo)圖的提交率，由最初的5%提升到20%。

圖6 學(xué)生對(duì)“食品工程原理”課程的教學(xué)反饋Fig.6 Student feedback on teaching of "Principles of Food Engineering"

2.2 “知識(shí)＋能力”目標(biāo)能力顯著提升

學(xué)生在全國食品工程類大賽上取得優(yōu)異成績，凸顯“食品工程原理”創(chuàng)新教學(xué)新范式建設(shè)的成效。教學(xué)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的參賽隊(duì)在第一、二屆全國大學(xué)生食品工程虛擬仿真大賽（全國總決賽）上獲特等獎(jiǎng)（總分第1 名）。指導(dǎo)的參賽隊(duì)獲第三、四屆全國食品專業(yè)工程實(shí)踐訓(xùn)練綜合能力競賽（全國總決賽）特等獎(jiǎng)（總分第1 名）。

3 結(jié)束語

食品工程原理是食品類高校的必修核心專業(yè)課，影響面廣，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在2019 和2021 年教育部高等學(xué)校食品科學(xué)與工程類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)會(huì)議上2 次介紹“食品工程原理”課程創(chuàng)新教學(xué)改革措施和建設(shè)成效，受到與會(huì)人員一致肯定。課程資源庫和范式曾被多所院校采用。該課程教學(xué)新范式取得顯著效果，為其他高校相關(guān)課程建設(shè)的改革與發(fā)展提供了范例，對(duì)食品工程類相關(guān)課程的建設(shè)具有引領(lǐng)和示范作用。