汪立君， 洪 惠， 张博雅， 周 忻， 殷丽君
（中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）
食品工程在食品加工过程中起到举足轻重的作用。食品工程原理是食品工程技术的理论和实践基础，是一门理论和实践结合十分紧密的专业基础课。
“食品工程原理”课程是食品院校所有专业的核心基础课，其主要内容是“三传理论（动量传递、热量传递和质量传递）”和单元操作（流体流动、传热、过滤、蒸馏、吸收、萃取吸附、蒸发和干燥等），该课程具有理论性强、涉及领域宽、设备结构复杂和操作过程烦琐等特点。“三传理论”之间即互相联系又互相独立，课程涉及基于“三传理论”食品加工的诸多具体操作，学生对于“三传理论”和单元操作的理解与掌握仍不足，不能很好地搭建起理论与实际食品工程工艺之间的桥梁。
各高校“食品工程原理”课程教学团队本着提高课程质量、紧抓教学水平的宗旨，近年来通过潜心钻研和努力改革，切实提高教学水平。汪昌保等[1]对“食品工程原理”课程国内外教学研究发展现状进行了讨论与分析。国内学者分别从“食品工程原理”课程的理论教学、实验教学和课程设计3 个教学环节探讨了教学内容和方法[2-9]。
基于此，本课程教学团队首先将课程体系进行优化设计，利用信息化平台和资源库，增强学生对理论的深度理解；
利用有效思维工具，构建结构化的课程学习思维，建立起理论知识和实践应用的连接，帮助学生搭建起完整且深入的知识体系；
通过科研、竞赛等促进学生将所学知识用于解决复杂工程问题。
1.1 构建结构化教学模式
课程充分利用信息化平台（雨课堂、微信群、在线教育平台等），将资源库的内容信息化、电子化，并面向全体学生开放；
建立“动”和“静”资源库，并在教学中灵活使用；
构建“课前＋课中＋课后”的翻转课堂；
有效促成“由教师教”到“学生主动学”的转变。引导学生采用思维导图辅助学习，串联不同章节知识点，构建结构化学习模式。这种模式使学生学习情境由易到难，循序渐进，将不同知识点相互嵌入、共同作用，帮助学生形成较为稳固的知识结构体系，并培养学生的系统性思维和逻辑性思维（图1）。
图1 利用信息化平台和动静交替资源库构建结构化教学模式Fig.1 Structured teaching mode constructed by using information platform and dynamic static resource
1.1.1 课程体系逐渐进阶与优化
撰写理论课的教学大纲和教学讲义，通过不断优化教学内容来提升教学质量（图2）。课程依据模块化分解、系统性、综合性和能力培养导向原则进行设计[10]。
图2 课程教学体系优化设计Fig.2 Optimization design of course teaching system
1.1.2 建立高水平的“动”和“静”资源库
基于以上的改革思路，体现课程“高阶性、创新性、挑战性”，不断更新动静交替的教学资源库，资源库的内容和水平是打造“高阶性、创新性、挑战性”课堂的核心，包括教学课件、例题库、习题库、习题库答案、素材库和主要公式等，均已置于在线教育平台上。通过文字图片的“静”与视频动画的“动”相互交替使用，增强学生对理论知识的深度理解。
课程涉及大量计算，使学生对食品加工的总体流程和设备感到难以掌握。“原理-传动-结构-功能”的传统讲授方法不能满足学生理解和掌握相关内容的需要，并且教材中采用的机械结构图多以二维图为主，优化度不高、可视化程度低。为了解决这个问题，在PPT、例题和习题引入自主制作的三维结构图（图3 以传热为例）、三维动画和多媒体视频，通过采用不同的颜色并模拟物料的复杂运动，实现了更多的可视化功能[6]。
图3 自主制作的课程教学示意（传热）Fig.3 Self-made course teaching diagram （heat transfer）
1.2 学研结合夯实学生基础理论知识
将食品加工过程最新的科研成果、科研案例、专利技术引入到教学的讲解与实操中，培养学生紧跟世界一流技术的意识。以干燥为例，基于“十三五”国家重点研发计划《典型高热敏性高活性农特产品物料干燥工艺调控与阈值界定研究》子项目的研究，将最新的科研成果融入到课堂教学中。同时将知识点与科研案例一一对应，真正做到教学支持科研，科研反哺教学[10-11]。
如图4 所示，在讲解干燥动力学曲线-“魔幻”干燥曲线时，向学生讲解经典的恒定干燥条件下的干燥特性曲线及在实际科研生产中的非恒定干燥条件下的干燥曲线，通过对比，激发学生批判性和创新性的思维方式。通过学研结合，全面培养学生工程能力，课堂也从枯燥乏味变得有滋有味。
图4 科研案例与知识点一一对应（干燥曲线）Fig.4 One by one correspondence between scientific research cases and knowledge points （drying curve）
如图5 所示，在单元操作干燥的讲解中，发现学生对物料中的水分分类（含量）-“神奇的水”这一概念很难掌握。为此，将科研中最新的采用核磁共振技术测定桔梗在不同干燥阶段的水分定量呈现出来，通过这种方式的讲解，学生不仅掌握这一知识点，还激发科研兴趣，激发学生紧跟世界一流科研的思维，真正做到教学支持科研，科研反哺教学。
图5 科研案例与知识点一一对应（神奇的水）Fig.5 One by one correspondence between scientific research cases and knowledge points（magical water）
通过学研结合，培养学生的科学研究及工程实践能力。此外，教师通过指导学生参加国家级、省部级和校级创新创业项目，拓展学生的视野，激发学生科研兴趣，培养学生工程能力。
1.3 赛教互促培养学生解决工程问题的能力
延伸第2 课堂，通过以赛促教提升学生的工程能力。食品工程原理课程通过赛教互促强化学科竞赛的教学引领作用。自2018 年首届全国大学生食品工程虚拟仿真大赛，在教学中引入竞赛内容，打造“赛事常规化”的教学环境，打磨出竞赛与教学相结合的教改方案。
以赛促学，培养实验实践生力军。通过大赛激发学生学习的积极性和主动性，激发学生学习钻研科学实验理论和技术的热情，鼓励学生重视实践动手能力，启迪学生在科学实验中充分发挥自己的创造才能，培养学生的拼搏精神、团队合作精神，培养学生的创新精神和综合素质，全面提升学生解决复杂工程问题的能力。在课程教师的指导下，学生组队准备比赛。
以赛促教，探索素质教育新途径。把大赛作为深化实验实践教育改革的重要方式，引导团队教师主动开展课程体系、教学方法、教师能力和管理制度等方面的综合改革。同时，这也增进师生的交流与互动，促进教师的教和学生的学，实现教与学的和谐统一。
2.1 课程教学反馈
如图6 所示，经过理论课程、实验课程的学习和实操训练，学生表示如此设置课程学习内容和考核方式，使学习从被动接受与执行，变成主动参与，通过人人参与的形式，学生更愿意通过自己动手钻研搞清楚原理与结构，进而提升学生的积极性、主动性、独立性、参与感、获得感与成就感。主讲教师课堂教学效果也得到学生的高度评价，本院排名前3.7%。对2019 届学生234 人进行调查问卷，收集有效问卷181 份。调查问卷显示，有85.08%的学生认为“雨课堂”混合式教学对食品工程原理的学习有帮助，雨课堂的混合教学得到学生的认可；
有97.24%的学生认为示意图的使用在复杂概念的学习和习题的解析过程中有帮助；
学生在思政方面也收获很大。近3 年课后学生思维导图的提交率，由最初的5%提升到20%。
图6 学生对“食品工程原理”课程的教学反馈Fig.6 Student feedback on teaching of "Principles of Food Engineering"
2.2 “知识＋能力”目标能力显著提升
学生在全国食品工程类大赛上取得优异成绩，凸显“食品工程原理”创新教学新范式建设的成效。教学团队指导的参赛队在第一、二届全国大学生食品工程虚拟仿真大赛（全国总决赛）上获特等奖（总分第1 名）。指导的参赛队获第三、四届全国食品专业工程实践训练综合能力竞赛（全国总决赛）特等奖（总分第1 名）。
食品工程原理是食品类高校的必修核心专业课，影响面广，教学团队在2019 和2021 年教育部高等学校食品科学与工程类专业教学指导委员会会议上2 次介绍“食品工程原理”课程创新教学改革措施和建设成效，受到与会人员一致肯定。课程资源库和范式曾被多所院校采用。该课程教学新范式取得显著效果，为其他高校相关课程建设的改革与发展提供了范例，对食品工程类相关课程的建设具有引领和示范作用。
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