基于培養解決CEP能力的“食品工廠課程設計”教學改革

步婷婷 劉琦 楊開

［摘 要］ 復雜工程問題（complex engineering problems，CEP）是工程教育專業認證中的核心指標?！笆称饭S課程設計”是食品專業中重點突出CEP特征的綜合性實踐教學課程。項目在工程教育認證背景下圍繞CEP的技術因素進行了重點拆分，以OBE教育理念“反向設計—正向實施—持續改進”為核心，從擴展內外工程實踐資源、優化教學內容、完善考核評估等方面探索了課程教學改革，以期提升學生解決CEP的能力和培養工程倫理教育水平，以提高對畢業要求達成的支撐。

［關鍵詞］ 復雜工程問題；工程教育專業認證；食品工廠課程設計；教學改革

［基金項目］ 2019年度浙江工業大學課堂教學改革項目“食品工廠CAD輔助設計”（PX-77192583）；2021年度浙江工業大學一流課程培育課程項目“食品工廠設計”（PX-99214158）

［作者簡介］ 步婷婷（1992—），女，北京人，博士，浙江工業大學食品科學與工程學院講師，主要從事食品功能因子高效制備及營養特性研究；楊 開（1978—），男，浙江寧波人，博士，浙江工業大學食品科學與工程學院教授（通信作者），主要從事食品科學和農產品加工研究。

［中圖分類號］ G642.1 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）06-0062-04 ［收稿日期］ 2022-11-01

食品工業是我國制造業中的核心支柱產業之一。隨著現代食品工業科技的迅速發展，出現了大量難以采用單一、傳統工程方法解決的復雜工程問題（complex engineering problems，CEP），其要素龐雜，且相互之間易產生沖突和非線性作用，對食品工程教育提出了新的要求和挑戰［1］。我國于2016年成為國際工程師互認體系第18個正式會員，并簽署其中的《華盛頓協議》，進而快速推進本科專業工程教育認證［2］。CEP是工程教育認證標準的核心和重要的考察點之一［3］。截至目前，據中國工程教育專業認證協會網站信息統計，全國累計有59所大學的食品科學與工程及食品質量與安全兩個專業已通過此項認證，其中筆者所在的食品科學與工程專業于2017年首次通過工程教育專業認證。

“食品工廠課程設計”是“食品工廠設計”的后續實踐訓練課程，兩門課程均是食品工程專業認證中的主干必修課程［4］，并且是除“畢業論文（設計）”外僅有的符合CEP七個模塊屬性的實踐類課程，可以全面培養食品科學與工程專業學生解決CEP的能力［5］。課程組重點針對原課程學生學習積極主動性不高、解決CEP能力弱、指導教師工程實踐能力不足、過程指導監督不到位、考核方式不合理等問題，基于OBE理念開展實施了“食品工廠課程設計”教學改革，取得了良好的效果。鑒于目前對食品專業課程培養CEP能力的教學改革研究類論文較少，本文可為食品專業工程認證中的核心能力問題提供思路及參考。

一、“食品工廠課程設計”中的CEP屬性

CEP中的技術因素強調解決問題所需的專業知識及分析問題、實踐操作及創新思維等［6］?！笆称饭S課程設計”不僅需要“工程制圖”“食品工程原理”“食品工藝學”“食品機械與裝備”“食品衛生學”等食品專業課程的理論基礎，還需要結合土建、給排水、暖通、環保、工程倫理和經濟概算等其他學科，是一門綜合性非常強的工程實踐訓練必修課程［7］?！笆称饭S課程設計”具備CEP技術因素的特征要素，主要相關特征歸納如下。

1.需要運用深入的工程原理，經過分析才能得到解決。食品工廠工藝設計是工廠設計的主體和中心，對全廠生產和技術的合理性至關重要，也是決定建廠費用、產品質量、勞動強度的重要制約條件。在進行水、電、氣、冷及管路等工藝設計的過程中，需要運用工程原理知識加以分析和計算，才可獲得優化工藝。

2.涉及多方面技術和其他因素，且相互之間有一定沖突。在食品工廠設計中，生產工藝多樣、環節多、流程長、綜合性高，針對不同類型食品工廠進行設計時，需要結合實際情況制訂解決方案，比如在工廠選址時，需要考慮原料和物流成本，投資建設和生產成本，水、電、氣和勞動力供給，環保，政策等綜合因素等，且相互間存在一定沖突。

3.受到多因素約束，各方利益不完全一致。食品工廠在廠址區域選擇、生產車間衛生消毒、三廢和噪聲處理與經濟效益評價等設計內容時，受到法規、環保、工程倫理、技術經濟等因素的約束，需要通盤分析考慮，權衡利弊，實現符合法規、技術可行、經濟合理的總體目標。

4.需要發揮創新思維，靈活解決問題。在食品工廠設計過程中，涉及工藝和非工藝設計，并非所有因素都包含在專業工程實踐的標準和規范中，例如非標準設備的設計，通常面臨非唯一解決方案的難題，需要根據產品特點、生產工藝、年產量和現有生產制造技術等實際因素，發揮自主學習的積極性，提高文獻資料的查閱歸納能力，建立合適的數學或工程模型，創造性地制訂合理的解決方案，靈活應對實際難題。

二、原有的“食品工廠課程設計”課程存在的問題

1.學生主動性和積極性不高。課程設計一般設置為考查課，但是食品工廠設計的內容多、知識面廣，涉及許多工程運算和設備能力計算，少數數學能力較弱的學生存在怕吃苦、嫌麻煩的思想。同時，本課程安排在大三結束后的短學期，大部分學生面臨考研，承受著備考復習和課程設計的雙重壓力，學生對待本課程的認真程度不夠，上課的主動性和積極性有待加強，對課程設計的時間和精力投入有限。

2.學生解決復雜工程能力較弱。在“食品工廠課程設計”課程之前，學生已進行了“食品工廠設計”理論課程、“食品工藝學”“食工原理”“食品機械與設備”等相關課程及其實驗課程的學習，也通過認知實習對食品工廠有了初步了解。但相關實驗課程并非中試生產工藝。多數學生只會從理論角度生搬硬套課本和文獻中的公式進行設計計算，缺乏分析和解決CEP的能力。

3.過程指導及監督有待加強。課程教改前的“散養式”課程設計教學方法由教師布置設計主題、任務和要求，由于課程教師組成員少（2人）而學生數量多（75人左右），且整個設計內容廣、工作量大，不利于指導教師及時發現設計過程中存在的問題。在課堂設計過程中，有些學生存在出工不出力、磨洋工等現象，而指導教師人手和精力有限，難以實現高質量監管。

4.成績考核方式不夠合理。教改前，課程的考評方式為教師通過檢查設計說明書和圖紙的設計完整度、格式規范性、設計方案和路線可行性，公式運用和數據結論的合理性評定學生成績。這種考評方式易造成學生重設計結果、輕設計過程，易造成從書籍文獻中抄襲的現象，無法真實反映學生對CEP的分析和解決能力。

三、教學改革探索

針對上述問題，課程組教師進行了以下教學改革探索。

1.基于OBE理念，實施教學改革?；贠BE理念，實施了“反向設計—正向實施—持續改進”的課程教學改革［8］。（1）反向設計：圍繞畢業要求，修訂課程教學大綱，根據課程設計支撐的考核指標點，改革課程目標，使其包含《工程教育認證標準》新版中培養解決CEP能力的相關內容，制定課程質量標準、課程設計任務書和指導書。在教學計劃及食品工廠設計題目方面也需要考慮是否符合培養解決CEP能力的要求。（2）正向實施：完成畢業要求和課程目標，指導教師和學生嚴格根據課程設計大綱、任務書和指導書認真開展教學活動，并保留所有教學活動相關文檔，實現資料可查、可證。（3）持續改進：為不斷提升教學質量水平，“食品工廠課程設計”課程還進行了常規督導監控意見、培養目標達成度評價、內外部評價反饋意見、教學資源和保障條件等方面的持續改進。課程改革方式及途徑見圖1。

2.挖掘內外資源，加強師資力量。在內部，為增強學生的復雜工程設備設計能力，在生產實習和本課程之間增設了“食品工程與設備綜合設計”課程；并將本設計課程設置在生產實習之后，有利于學生結合工廠工程實踐經歷進行設計。利用學院的中試設備，為學生現場講解生產工藝流程；同時建立指導教師和學生的微信群，進行實時的一對一課后溝通指導，對學生在復雜工程設計過程中遇到的瓶頸問題答疑解惑。

在外部，結合企業生產實習，企業高工可作為學生的指導教師，針對總平面設計、車間設計、工藝布置、設備選擇、管道布置等內容，采用現場教學法深入講解，并通過現場問答的方式提升學生對CEP的思考能力。積極引進具有工程背景的青年教師作為助教，青年教師同時開展為期6個月的工程實踐，掌握企業產品研發及生產中的工藝流程、設備及操作條件，并進行后續答辯及考核，以加強師資工程能力。

3.豐富教學內容，促進學習興趣。建立線上線下相結合的教學模式，線上部分引入了更多素材及案例，為后續的課程設計打下了良好的基礎。在授課過程中加強案例教學，尤其是引入課程指導教師主持的食品工程及工廠設計項目，采用問題驅動，進行相應的案例講授，以學生分小組收集資料討論匯報等方式，在課堂設計教學中引入虛擬仿真軟件和微助教等課堂互動軟件，改變學生對傳統“食品工廠課程設計”課程枯燥煩瑣的認知，逐步培養學生主動分析和解決CEP的能力。同時，培養學生的系統觀，以系統的宏觀視角分析和解決問題，最終實現CEP的系統化、科學化求解。另外，結合食品工廠設計相關內容，引導學生積極參加創新創業、建模設計等賽事，促進學習興趣及積極性。

4.設置半開放課題，完善考核評估。在布置課程設計作業時，對設計的基本要求和格式做了規定，設計說明書需8 000字以上，需要用AutoCAD繪制工廠總平面圖、工藝流程圖、車間布置平面和立面圖、重點設備的三視圖等。而在布置題目時，采用半開放式選題，指導教師經過討論確定符合CEP的題目，學生結合生產實習和畢業論文進行選擇；同時，經課程組教師審核后，學生可根據興趣自設題目。在課程設計中，加強了過程指導和監督，如日?？记?、課堂提問、隨堂作業、初步設計、設計答辯、考評記錄、問題反饋等環節，完善達成度評價體系。優化考核比例結構，除考勤外，各部分中設置解決CEP的能力合計不低于20%（14分以上為達成），如表1所示。

四、教學改革效果

“食品工廠課程設計”課程經過兩年多時間的改革與探索，充分調動了學生的積極性和主動性，課堂表現更加活躍，有效提升了學生解決CEP的能力，達到了教學改革的總體預期目標。

2017級和2018級本科生完成“食品工廠課程設計”課程學習后，針對課程的教學內容、方式及效果等進行內部反饋評價，統計學生的滿意率分別為93.2%和96.5%，而2016級（改革前）為85.3%，教學效果明顯有所改善。從學生提交的課程設計作業及考核評分結果來看，學生在設計環節中普遍形成了多方案分析、比較和評價的設計思維，并能結合工程實踐進行工程原理綜合運用，顯著提高了非技術和技術因素存在沖突時，CEP的分析及解決能力，2016—2018級學生解決CEP的能力分值分別為14.5、16.8和17.7。2021和2022年，我院本科生參加“歐倍爾杯”“全國食品專業工程實踐訓練綜合能力競賽”及浙江省國際“互聯網+”大學生創新創業大賽，并取得優異成績。

結語

工程教育專業認證是國際公認的本科工程教育互認體系，培養學生解決CEP的能力是工程教育認證的核心問題?！笆称饭S課程設計”設置有食品專業知識向工程能力轉化的重要實踐環節，適應食品產業發展對相關人才的需求。本項目針對“食品工廠課程設計”課程存在的問題，基于OBE理念實施“反向設計—正向實施—持續改進”教學改革探索，通過挖掘內外資源、豐富教學內容、設置半開放課題、完善考核評估等手段培養學生解決CEP的能力，教學結果顯示該教學改革有效調動了學生的積極性和主動性，解決CEP的能力獲得提升，達到了教學改革的總體預期目標。后續本課程將持續改進，為食品相關專業工程實踐課程教學改革提供理論和實踐參考。

參考文獻

［1］李振興.以解決復雜工程問題為導向的食品科學與工程專業建設［J］.山東教育，2022（21）：34-35.

［2］華爾天，計偉榮，吳向明.中國加入《華盛頓協議》背景下工程創新人才培養的探索與實踐［J］.中國高教研究，2017（1）：82-85.

［3］林健.如何理解和解決復雜工程問題：基于《華盛頓協議》的界定和要求［J］.高等工程教育研究，2016（5）：17-26+38.

［4］王周利，岳田利，袁亞宏，等.基于工程認證教育的“食品工廠設計”課程建設思考［J］.農產品加工，2017（9）：86-88.

［5］蘇小軍，李清明，廖盧艷，等.“新工科”背景下食品科學與工程專業學生工程能力培養機制探索［J］.食品與發酵工業，2020，46（18）：287-290.

［6］BURNES B. Complexity theories and organizational change［J］.International journal of management reviews，2005，7（2）：73-90.

［7］李才明，丁寧，顧正彪，等.面向“卓越工程師”培養的《食品工廠設計》課程體系改革［J］.教育教學論壇，2016（33）：75-77.

［8］張慧蕓，陳俊亮，程偉偉，等.基于OBE理念的“食品工廠設計”教學改革與實踐［J］.農產品加工，2021（3）：111-113.

The Teaching Reform of Food Factory Course Design Based on Enhancing Complex Engineering Problem Solving Skills

BU Ting-ting， LIU Qi， YANG Kai

（College of Food Science and Technology， Zhejiang University of Technology， Hangzhou， Zhejiang 310014， China）

Abstract： The complex engineering problems （CEP） is the core indicator of the accreditation of engineering education. Food factory course design is a comprehensive practical course of the food major with the characteristics of enhancing CEP solving skills. Based on the background of the accreditation of engineering education， the teaching reform of food factory course design was performed to enhance the capacity of solving CEP， on the basis of the OBE education concept of inverse design， forward implementation and continuous improvementation. The resources of engineering practice were expanded， and the teaching contents and the evaluation indexes were also optimized. The teaching reform based on solving complex engineering problems under the background of the accreditation of engineering education could enhance the capacity to solve complex engineering problems and cultivate the engineering ethics education， and meet the graduation requirements.

Key words： complex engineering problem; engineering education accreditation; food factory course design; teaching reform