工程教育下食品工程原理课程教学探究

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工程教育下食品工程原理课程教学探究

摘要:针对工程教育认证背景对食品工程原理的教学要求,通过分析并设计课程性质、课程目标、教学目标和教学方法,使学生掌握食品单元操作过程和理论,同时具备工程问题分析的逻辑思维方式和科学研究素养,最终体现该课程以学生为中心、以产出为导向并持续改进的教学理念。

关键词:食品工程原理;工程教育认证;教学设计

1工程教育认证概述

工程教育认证最早起源于20世纪30年代的美国,其为国际上最具权威性和影响力的工程教育本科学位互认协议之一。该协议由美国、英国、加拿大、爱尔兰、澳大利亚、新西兰于1989年签订,协议的核心内容是可比性和等效性,即用于工程教育认证体系具有可比性,经过认证专业培养的毕业生获得的能力是等效的。工程教育认证是专业认证机构对高等教育机构开设的工程类专业实施的专门性认证,专业认证机构由专门的职业或行业协会、专业学会、该领域的教育专家以及相关行业的企业家组成[1]。2016年中国加入国际工程联盟《华盛顿协议》,其他成员国认可中国工程教育认证专业(质量)的实施等效性。工程教育的基本理念是以学生为中心,以产出为导向,并持续改进。针对具体课程,有不同的要求。食品工程原理课程是一门以力学、动力学、热力学、传热学和传质学为理论基础的学科基础课程。该课程主要研究食品工业生产中各种传递过程和与之相应的单元操作的基本原理、内在规律,传递过程的平衡关系及其影响因素,常用设备工作原理及过程的计算方法。食品工程原理课程是进行食品机械设计和选型配套、保证工艺过程准确实施的必备知识,是食品科学与工程专业的主干课程之一。目前,已对工程教育认证背景下食品工程原理课程内容[2]和成果导向(OBE)模式进行了改革与研究[3],但是未对具体的教学设计进行分析和设计。为了更好地符合工程教育认证要求,须对其教学目标、课程目标、课程教学方法进行重新思考和设计。

2食品工程原理课程目标和教学目标设计

食品工程原理课程的教学目标是引导学生学习相关知识和工程分析思维方式、掌握工程知识,提高学生的专业工程能力。通过本课程的学习,使学生掌握动量、热量、质量传递过程规律和基本原理,并能通过分析单元操作过程,运用基本理论解决食品生产中的工程理论、工艺计算、设备选型/计算等复杂工程问题;同时培养学生分析工程问题的逻辑思维方式和科学研究素养,为学习“食品工艺学”“食品机械与设备”等课程打好工程技术、逻辑思维、科学素养方面的基础。要根据毕业要求进行设计[4],考虑学校功能定位和食品科学与工程专业特色,进行食品工程原理课程目标设计,使之强有力地支撑毕业要求。课程目标具体包括两方面:一是掌握动量传递、热量传递、质量传递基本原理,能够科学对食品操作单元过程进行分析和理论推导;二是利用所学动量传递、热量传递、质量传递基本原理,对单元操作中的工艺过程和设备选型进行分析和计算。

3食品工程原理课程教学方法设计

食品工程原理课程的教学以课堂讲授为主,对于部分简单文字性叙述的章节要求学生自学。在课堂教学过程中充分利用实验室的实验设备及元件模型,引导学生通过实验来理解三传基本原理和性能特点。另外,通过课堂讨论、作业测验等多种形式,结合后续的食品工程课程设计共同实施教学过程。

3.1课堂讲授。讲解流体力学基础、传热、过滤、吸收和萃取、干燥,并结合大量工程实例讲解三传理论在食品工程中的应用。教学过程中充分利用教学视频动画、网络相关视频、实验室设备,让学生通过直观感受认识食品工程原理现象、理解三传基本理论,提高学生对食品工程原理课程的兴趣。使学生掌握利用基本理论的方法,并最终具备分析复杂的食品工程问题,具备在工程实际应用中进行设计和计算的能力。可将同伴教学法引入理论教学中,以此取得良好的教学效果。通过同伴教学设计,包括教学法设计、课上测试、课后预习以及教学考核等教学环节,提高食品工程原理课程的教学效果[5]。

3.2课堂问答和分组讨论。课堂问答和分组讨论分别培养学生的个人思维能力和团队协作能力。对于课堂问答,可以提出如黏性的物理本质是什么,雷诺准数的物理含义是什么,什么是离心泵的气蚀、气缚现象,热导率、对流换热系数和总传热系数的物理意义是什么,什么是相间传质的双膜模型,什么是湿基含水量,什么是平衡相对湿度,什么是食品等温吸附线等问题,引导学生回答。对于课堂分组讨论,针对食品单元操作基本原理和应用提出讨论题目,分模块进行分组讨论,由推选出的负责人进行归纳阐述;也可通过学生说课的方式引导学生自主认知食品工程原理,使学生自主认知课程及其知识点,提高学生的逻辑思维能力、语言组织和口头表达能力[6]。课堂问答、分组讨论的设计内容及时间具体安排如表1所示。讨论内容包括教师提出问题、学生思考、分组讨论、答案提交、教师统计得分、教师讲解等几个步骤,每个步骤的时间控制在0.5~2分钟。课上讨论总时间控制在6分钟以内,占一节课教学时间(45分钟)的13%左右。

3.3平时作业和小测。以基本原理分析为主,对教材课后配套习题进行筛选,结合课程要求有针对性地布置并覆盖课程所有的重要知识点。认真批改作业,并做到全批全改。对作业中出现的典型错误,特别是概念性和原则性错误,在课堂上进行及时讲解。课程结束前10分钟可进行小测,以便阶段性地了解学生对课程的掌握情况,在下一阶段的教学中及时改进教学方法。

3.4实验。通过实验环节进一步加深学生对食品工程基本原理的理解,要求学生能对比实验数据和结果,解释实验和理论分析结果的差异;要求学生掌握每个实验测定的基本方法,通过对实验现象的分析,加深对基本原理的理解,能够解释并解决实验过程中发生的各种现象,能独立完成实验操作,仔细观察参数变化情况。同时培养学生综合运用所学知识分析问题的能力、动手实践的能力,以及严谨的科学态度和团队协作的素质。另外,可将同伴教学法引入实验教学环节中,通过对同伴教学法的实施过程和实施方案进行设计,提高食品工程原理课程的实验教学效果[7]。

3.5自主学习。为了提高学生的自主学习能力,设计3个训练项目,如文献阅读(见表2)、课堂三问(见表3)、思维导图(见图1)。其中,思维导图是学生对学习内容进行归纳总结而画出的逻辑思维图,课堂三问是由学生自主提出与本课程相关的最有代表性的三个问题。

3.6持续改进。课程末期进行一次课程目标达成度问卷调查。课程目标达成度问卷是以题目的形式反映学生对课程目标的完成情况,以求在以后课程教学中不断改进教学方案,提高课程目标的达成度。另外,为了跟踪学生的学习情况,继续改进课程目标,将食品工程原理、食品工程原理课程设计、食品工厂设计课程的教学教师固定,以便教师了解每个学生的学习情况,进行个性化辅导。

作者:肖满 匡映 倪学文 康旭 吴考 单位:湖北工业大学生物工程与食品学院