基于新工科背景下的“食品工廠設計”課程教學改革探析

曾 俊，任小娜，黃雪松，吳江超，李曉慶

（喀什大學 生命與地理科學學院，新疆喀什 844000）

0 引言

“食品工廠設計”屬于食品科學與工程專業的專業核心課程，其涉及“食品機械與設備”“食品工程原理”和“食品工藝學”等食品類相關的專業課程知識，這要求學生要具備較高的綜合專業能力[1].此外，該課程還涉及土木、環境及標準法規等其他專業知識，由于涉及的學科知識多，對于學生來說學習難度也比其他課程大.在實際教學中，該課程對學生的食品專業理論知識、實踐能力和綜合知識儲備都提出了更高的要求，學生要能夠真正地掌握所學的專業知識，并且能應用于食品行業的相關工作，這對教師的教學就提出了更高的要求.同時，工程教育專業認證中也明確要求必須以學生為中心，以培養目標為導向.因此，探尋新的教學方式，以培養應用型食品類專業人才也成為目前的迫切需求.

教育部于2017 年2 月起積極推進“新工科”建設，先后提出了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等一系列教育戰略[2].“新工科”人才培養要適應新經濟、新業態，知識結構合理，有跨界能力，特別對工程能力和創新能力提出了更高要求[3].喀什大學食品科學與工程專業是喀什大學第一批建設的應用型工科專業，并且于2020年獲批教育部第二批新工科研究與實踐項目，2021 年成為新疆維吾爾自治區一流專業.“食品工廠設計”是該專業一門綜合性、實踐性很強的專業核心課程，其對“新工科”人才的培養起到非常重要支撐作用.因此，筆者對我院“食品工廠設計”課程當前的教學情況開展問卷調查，以了解目前課程教學現狀，再結合“新工科”建設對人才培養的新要求，探討了該課程的教學改革思路.

1 課程教學現狀

“食品工廠設計”課程的教學內容包含食品工廠廠址選擇、食品工廠總平面設計、食品工廠工藝設計、食品工廠輔助部門、食品工廠衛生設計、公用工程、食品工廠安全生產與環境保護以及基本建設概算和經濟技術分析等內容.教學內容涉及學科多，要求學生具備扎實的專業基礎知識和實踐技能，因此該課程一般安排在第七學期，學生已完成了學科基礎課程及先修專業課程的學習，且學生已進入食品生產企業及食品實訓中心完成認知實習、食品工程訓練、專業實習等實踐環節.本次問卷調查主要針對目前學院食品科學與工程專業在校生中正在學習“食品工廠設計”課程的學生，分別從學生學習的積極性、學生對課程內容的掌握程度、學生對教學組織的認可度、教學效果和考核方式等方面對該課程進行了統計調查.

1.1 學生的學習積極性

在教學過程中，學生的“學”是影響教學效果的重要因素.問卷調查結果表明，75.41%的學生在學習該門課程時有課前預習和課后復習的習慣，這說明大部分學生具有課程學習的主動性.在學生的“學”需要改進的方面中（見圖1）75.41%的學生認為“學習方法”需要改進，其次為“學習條件”“學習態度”和“學習勤奮程度”.這說明絕大部分學生認為該課程的學習方法與傳統課程的學習有所不同，這也是由于該門課程的強實踐性特點所決定的.同時，學院、教師應加強對學生的督促和引導，提高學生學習的積極性和主動性.

圖1 學生在學習方面需要改進情況統計表

圖2 教師在教學方面需要改進情況統計表

1.2 學生對課程內容的掌握程度

根據課程內容，問卷對核心課程內容的掌握程度和難度較大的課程內容進行調查分析.通過調查，學生反饋對于該課程核心內容的整體知識點掌握可以達到73.80%，說明學生對于該課程的絕大部分內容是可以掌握的.在課程核心內容掌握困難度方面（見表1），“工藝物料衡算”“工程制圖”和“總平面設計”課程內容是難度排名前三的；在有關設計的內容中學生普遍反映“制圖方面”是掌握最弱的內容；在課程需要繪制的工程圖中“生產車間設備布置圖”和“管路布置圖”是學習難度較大的內容.綜上分析，學生學習的難點主要集中在食品工廠工藝設計這一核心內容，因為這些內容的掌握不僅涉及食品科學與工程專業的專業知識，還涉及其他學科的專業知識，如機械制圖、物理化學及土木工程等專業知識，因此學生學起來感覺晦澀難懂、掌握困難.這些問題為該課程今后的教學改革提供了一定的思路，可通過對課程內容有關資源的整合或改變教學方式讓學生更加輕松的學習和掌握難點知識，提高綜合分析能力及工程應用能力.

表1 “食品工廠設計”課程核心內容學習困難度統計表

1.3 學生對教學組織的認可度

針對教師的“教”，本次問卷從“教學內容組織”“教學方式”“教材選用”“教育軟件”“教師專業能力”和“提供的教學資料”等六個方面進行了調查，其中“教學內容組織”“教學方式”和“提供的教學資料”是名列前三需要調整的方面.這說明學生對任課教師的專業能力、學校為學生提供的軟硬件資源和教材的選用方面比較認可.但由于該課程的屬性，教學內容涉及知識面廣，學生學習難度大等特點，使得當前的課堂教學在內容組織、方式和向學生提供的資料方面需要進行相應的改革調整，以滿足學生的學習要求.同時，在教育部提出的“新工科”理念的指導下，傳統的教學也急需改革，以更好地適應學生需求和社會發展.

1.4 教學效果和考核方式

調查發現，91.80%的學生可以獨立或者在參閱相關材料后完成工程制圖作業，93.40%的學生表示通過該課程的學習食品工廠設計的能力得到提升.這說明目前學生對該課程的教學效果是認可的.在對期末課程考核方式的調查中，學生反映采用閉卷、開卷和設計訓練的比例分別為16%、24%和64%.這表明學生對于期末考核更加注重實際的設計能力，這與“新工科”的建設要求和該課程的教學目標也相一致.

因此，基于以上分析可知，學生對“食品工廠設計”課程當前的教學有一定的認可度.通過學習，學生的食品工廠設計的能力得到了鍛煉和提升.但在學習過程中，由于核心知識點比較晦澀，學生需要耗費大量時間和精力才能掌握.同時，學生對“教學組織”和“課程考核模式”也提出了期望.這要求我們有必要對該課程的教學內容、教學組織形式及課程考核方式等方面進行改革，減輕學生學習的困難度，以相對輕松的方式實現對食品工廠設計的知識掌握和能力提升.

2 新工科建設對課程教學的新要求

新工科建設是引領我國高等教育改革、推動我國高等教育邁向強國的又一重要戰略舉措，其最終落腳點是人才培養[4].《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》中提出：“新工科”研究和實踐圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系開展.這“五新”是“新工科”建設的重要內容[5].歸納起來，其實質就是要求高校面向創新型國家建設的重大戰略和制約社會發展的迫切需求，培養新型工程科技人才[6].因此，面對“新工科”提出的新要求，該課程的教學也要進行相應改革，具體可以歸納為以下幾點：第一，調整課程內容，構建豐富、多元的課程內容，突破傳統的專業局限，增進學科知識的交叉融合，拓寬學生的知識體系，促進學生的全面發展；第二，對傳統的教育教學模式進行改革，借助優質的網絡教學資源和平臺，結合疫情期間線上教學積累的經驗，深入開展教學改革，更好地激發學生學習的積極性，培養學生發現和解決實際問題的能力，培育具有創新性的應用型人才；第三，增加課程中思政元素的提煉和融入，改變以往理工科教學重理論、技能培養的現象，增強對學生的人文素養和道德情操的培養.

3 課程教學改革實施策略

3.1 重構課程內容

3.1.1 促進學科交叉融合

“食品工廠設計”課程的學習除了要求學生具有食品類專業知識外，還要具有其他學科的專業知識.如，食品工廠選址涉及地理科學和環境的專業知識，食品工廠總平面設計、工藝和設備布置圖涉及土木工程和工程制圖的專業知識，工藝衡算、工藝流程設計和設備選型涉及數學、物理化學、機械和電氣自動化等方面的專業知識.此外，學習與食品相關的法律法規、食品工廠GMP管理（良好生產規范）和HACCP 管理（危害分析與關鍵控制點）、經濟和環境方面的專業知識，可拓寬學生的視野，有助于使工藝設計更符合各項標準[7].基于“新工科”建設下對人才培養提出的新要求，食品科學與工程專業培養的人才不僅要牢固掌握的專業知識，還應具備其他相關聯學科的專業知識，才能實現培養創新性、應用型復合人才的目標.在“食品工廠設計”課程中適當增加相關學科的知識，通過學科交叉融合，學生能夠快速進入課程的學習，提高對知識點掌握的效率.同時，其他學科知識的學習，也使學生具備一定的其他工程領域的理論知識和能力，拓展了學生的就業空間.

3.1.2 構建豐富、多元的線上線下課程資源

依據“新工科”對人才培養的新要求，結合國家級在線精品課程、“智慧樹”等教學平臺和虛擬仿真教學平臺等線上優質的教學資源，對原課程的教學內容進行分解和重建，設計教學案例，構建線上線下豐富、多元的教學資源內容，培養學生的“新工科”思維和實踐能力.如，對于學生反映的比較難學習的“工程制圖”“工藝物料衡算”和“總平面設計”等內容，可以先依托線上資源提供相關的音視頻和優質的授課視頻，讓學生直觀的了解學習內容，或采用虛擬仿真平臺讓學生沉浸式體驗食品工廠的設計要求、車間布置及設計細節等；線下授課時，教師可通過案例教學帶領學生詳細的掌握知識點.案例教學的構建在教學內容分解和重建的基礎上盡可能構建大案例，涵蓋各章節或大部分章節的核心知識點，如可將總平面設計、工藝流程設計、物料衡算等章節的知識點設計在一個大案例中，在上一個知識講解結束時即可引發下一個知識點，啟發學生的發散思維.同時，利用虛擬仿真教學平臺，打破時間和空間的限制，讓學生即時可在高仿真的情景中感受理論與實際的結合.

3.2 改革教學方式

網絡教育靈活方便且資源豐富，更容易被當代年輕學生接受，從而可以提升學生的學習興趣.這就要求教師在教學時要能夠將網絡教學與傳統教學相融合[8]，開展線上線下混合教學.線上線下混合教學不是簡單地將線上資源插入線下的課堂教學中，或者將部分線下教授的課程知識直接搬到線上教學.線上線下混合教學不僅在于教學模式的混合，也是將教師的“教”與學生的“學”進行有效混合[9].需要對線上、線下的教學資源依據實際教學情況進行篩選、總結，對授課方式、課程考核方式等方面進行調整，使授課過程達到預期的效果.線上線下混合式教學與傳統教學相比，不僅可以調動學生的積極性、提高其在教學中的參與度，還可以將晦澀、深奧的理論知識以視頻、動畫等直觀的方式呈現，使理論知識更加清晰易懂[10].混合式教學能夠提升學生在學習中的主動性地位，并在吸收中構建自己的知識框架.

3.2.1 授課方式

理論知識授課時，教師可以提前將授課的有關內容（如PPT、音視頻、思考問題和測試等）通過“雨課堂”教學平臺發放給學生，學生課前預習并查找相關資料.預習后，學生可以自行開展預習測試.授課教師根據教學平臺反饋的預習測試結果，評估學生對授課內容的掌握情況，及時調整授課的重難點.授課中可以采用翻轉課堂的模式組織開展教學，將課堂教學由傳統的教師為主體的灌輸式轉變為以學生為主體的討論式.此外，通過課堂討論，學生的表達和溝通能力也能夠得到很好的鍛煉，個人素質得到提升，為以后順利就業奠定基礎.課后，教師將作業發放給學生，在線評閱學生作業，掌握學生的學習效果，對學生反饋的具有共性的難點問題進行針對性的答疑.

在實踐授課環節中，組織學生去具有代表性的工廠實地參觀，引導學生將所學理論與實際結合，如工廠廠址的選擇、廠區的總平面布置、生產工藝流程和車間設備布置等；組織學生分組分類對知識點進行總結，繪制相應的工藝流程和設備布置圖，引導學生討論參觀的工廠在設計中的特殊之處和可能優化的地方，以培養學生的實踐和創新能力.工廠的選擇應盡量與案例教學相一致，學生可通過實習工廠的真實情景去理解和掌握知識點，以有助于激發學生對知識靈活運用的能力.

3.2.2 課程考核方式

目前該課程考核方式相對注重學生的期末考試結果，考試內容多為理論知識，對學生學習態度、課堂表現、實踐設計能力等方面的納入還不夠全面.借助教學平臺，可以統計學生的預習完成情況及效果、課堂出勤記錄、課堂活躍度和每次課后作業或測試的結果；實踐教學中學生繪制的工藝流程和設備布置圖也應納入成績評定中.因此，最終成績評定可以嘗試由學生的預習和課后作業完成情況、課堂出勤率、課堂表現、實踐繪圖和期末測試等部分組成，使成績評定實現真正的全過程考核，提高學生學習的積極性，促進教學質量的提升.

3.3 融入思政元素

高校聚集著大量的高級知識分子和青年學生，和其他的社會群體相比，擁有更加濃厚的學術氛圍，更為活躍的思想意識[11].在日常的教學中融入思政元素，不僅對學生樹立正確的人生觀和價值觀起著重要的引導作用，還有利于學校創建良好的學習氛圍[12].因此，在教學內容新體系中應落實“三全”育人原則，盡可能地從多方面、多角度實現思政教育與課程內容的融合[13].例如，增加我國大型食品加工企業介紹，彰顯大國情懷和自信；在工藝物料衡算和工程制圖環節培養學生工匠精神和節能減排理念，提升學生科技報國情懷和敢于拼搏、勇于擔當的使命和責任感；例舉典型食品工廠的選址案例，提升學生的環保和安全意識，踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念等.通過這些思政元素的融入教學實現對學生的人文素養和專業倫理的提升，培養學生高尚的職業道德、強烈的文化使命感和職業價值感，塑造學生開拓求實的創新精神.

4 結語

“食品工廠設計”是一門實踐性很強的食品科學與工程專業的核心課程，由于其涉及眾多其他學科專業知識，學生普遍反映其學習難度較大.通過問卷調查，在掌握當前“食品工廠設計”課程的教學現狀、知曉學生在課程學習中的難點，并結合“新工科”建設對人才培養的新要求和調查問卷反饋的問題，從重構課程內容、改革教學方式、融入思政元素三個方面進行了“食品工廠設計”的課程教學改革，提高了學生的工程實踐能力，為培養具有創新性、應用型的復合型人才奠定了堅實基礎.