張路遙，武金萍，衛(wèi)曉怡，陸文蔚，張艷艷，白 晨，宮 霞

（1.上海商學(xué)院酒店管理學(xué)院，上海 200235；2.上海海融食品科技股份有限公司，上海201499）

“食品工程原理”是食品科學(xué)與工程類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程在自然科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)之間架起一座橋梁，在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的過(guò)程中有著特殊的地位和作用，是研究和介紹食品工業(yè)生產(chǎn)中傳遞過(guò)程與主要單元操作的基本原理、內(nèi)在規(guī)律、常用設(shè)備及過(guò)程計(jì)算方法[1-3]。使學(xué)生掌握傳遞過(guò)程及單元操作的基本原理，初步掌握食品開發(fā)、設(shè)計(jì)、加工工藝及相關(guān)單元操作，以及關(guān)鍵設(shè)備的使用、維護(hù)和保養(yǎng)等方法。

學(xué)校的食品質(zhì)量與安全專業(yè)“食品工程原理”課程為48課時(shí)，且學(xué)校對(duì)課程中所涉及到的工程設(shè)備比較缺乏，學(xué)生對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備認(rèn)識(shí)與了解較少，還存在著工程類基礎(chǔ)知識(shí)較為薄弱的問(wèn)題。由于課時(shí)少、專業(yè)培養(yǎng)重點(diǎn)不同，如果采用對(duì)各單元操作進(jìn)行泛講“簡(jiǎn)版”教學(xué)模式，會(huì)造成無(wú)法將授課內(nèi)容講解清楚和透徹，學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算能力沒有得到很好的培養(yǎng)，無(wú)法深入掌握單元操作的傳遞原理和設(shè)計(jì)計(jì)算，教學(xué)效果不佳[4-5]。在有限的教學(xué)課時(shí)下應(yīng)精選教學(xué)內(nèi)容，合理分配課時(shí)，并給學(xué)生足夠的自主學(xué)習(xí)空間。

大案例教學(xué)源于傳統(tǒng)的案例教學(xué)，具有處理形象、直觀等特點(diǎn)，同時(shí)還具有系統(tǒng)性、整體性特征，使案例的數(shù)量實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)約化，把理論知識(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容在同一個(gè)典型載體即大案例中表現(xiàn)闡述出來(lái)[6-7]。由于課程具有一定的教學(xué)難度，理論難度大，涉及到物理、數(shù)學(xué)、物化等基礎(chǔ)課程的知識(shí)，課程強(qiáng)調(diào)工程思維、工程運(yùn)算及設(shè)計(jì)技能的能力，學(xué)生難以理解掌握及運(yùn)用，進(jìn)一步影響到其學(xué)習(xí)興趣、積極性及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

采用“干酪加工大案例”的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)改革，以干酪加工的虛擬仿真操作作為載體，貫穿全課程大部分教學(xué)過(guò)程，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，整理、全面和系統(tǒng)地掌握該課程的理論知識(shí)。

1 案例教學(xué)設(shè)計(jì)方案及教學(xué)手段

1.1 干酪加工大案例教學(xué)設(shè)計(jì)

“食品工程原理”包含12章教學(xué)內(nèi)容，其中的單元操作相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)大部分相對(duì)獨(dú)立，學(xué)生對(duì)于這些操作的學(xué)習(xí)缺乏一定的整體性和系統(tǒng)性，并且對(duì)工程操作在食品加工中的應(yīng)用缺乏一定的感性認(rèn)識(shí)；而且課程中涉及不同的學(xué)科內(nèi)容，知識(shí)面較廣，基礎(chǔ)理論多，學(xué)生必需具備高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、大學(xué)物理等一系列課程的基礎(chǔ)知識(shí)，若基礎(chǔ)不牢固，則會(huì)使學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中理解性差、興趣降低，更缺乏積極主動(dòng)性。食品質(zhì)量與安全專業(yè)工學(xué)背景不足，初學(xué)時(shí)不了解課程整體結(jié)構(gòu)與整體認(rèn)識(shí)，不理解課程中知識(shí)點(diǎn)的相互聯(lián)系及知識(shí)脈絡(luò)，感到知識(shí)點(diǎn)繁瑣、混亂；課程常常運(yùn)用大量經(jīng)驗(yàn)公式、半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算，并且需要記憶的理論、公式太多，學(xué)生無(wú)法掌握合適的學(xué)習(xí)方法。

實(shí)踐教學(xué)結(jié)合了虛擬仿真操作，除流動(dòng)阻力、傳熱、精餾等多個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目外，應(yīng)用了切達(dá)干酪生產(chǎn)工藝仿真平臺(tái)（東方仿真軟件技術(shù)有限公司）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，此仿真平臺(tái)的操作設(shè)立在第一次實(shí)驗(yàn)教學(xué)，且學(xué)生可課下上機(jī)操作。

干酪虛擬仿真教學(xué)的建立依托學(xué)?，F(xiàn)代流通國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，利用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，實(shí)時(shí)模擬切達(dá)干酪真實(shí)生產(chǎn)操作過(guò)程，包括干酪從收奶運(yùn)輸?shù)桨l(fā)酵，成熟出庫(kù)的一系列過(guò)程，學(xué)生可以通過(guò)對(duì)整個(gè)工藝流程的操作，掌握切達(dá)干酪生產(chǎn)過(guò)程中的參數(shù)設(shè)置調(diào)整，最終掌握切達(dá)干酪生產(chǎn)的總流程。主要工藝流程為：①預(yù)處理。包括脫氣、凈乳、冷卻和儲(chǔ)存等工序。②巴氏殺菌。分為巴氏殺菌控制系統(tǒng)和熱水加熱系統(tǒng)，牛乳經(jīng)平衡槽、輸送泵、熱處理前的凈乳機(jī)后進(jìn)行加熱殺菌，牛乳經(jīng)增壓泵后冷卻，加熱冷卻都在板式交換器中完成。③緩沖。殺菌后牛乳送至緩沖罐儲(chǔ)存、攪拌、輸送。④發(fā)酵、凝乳等。

干酪加工虛擬仿真操作平臺(tái)界面（2D界面（a）；3D界面 （b）， （c）） 見圖 1。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作可以使學(xué)生直觀地了解真實(shí)生產(chǎn)中的工藝流程及單元操作概念[8]，最關(guān)鍵的是這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含了“食品工程原理”課程中的大部分章節(jié)單元操作，如流體輸送、傳熱、過(guò)濾、攪拌、均質(zhì)乳化、蒸發(fā)、干燥等。因此，基于此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的大案例，分解每個(gè)單元操作作為子案例，可實(shí)施課程中大部分章節(jié)的案例教學(xué)，這種教學(xué)方式將獨(dú)立的單元操作知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，具有很強(qiáng)的整體性、層次性和綜合性，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)體系的把握程度，增加學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

1.2 大案例的分解教學(xué)設(shè)計(jì)

在貫穿課程的干酪加工大案例的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行案例分解，而后進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)。例如，在大案例中的“鮮牛奶巴氏殺菌”單元操作為分解案例，首先設(shè)置了一系列問(wèn)題，要求學(xué)生自學(xué)找到答案或解決的方向，當(dāng)涉及到“傳熱”單元操作核心問(wèn)題“熱量的傳遞和傳熱速率”時(shí)，教師開始介入，將學(xué)生的思路一步步引入到“傳熱”單元操作的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練中來(lái)。主要內(nèi)容講解完成后，通過(guò)作業(yè)鞏固理論知識(shí)，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)習(xí)內(nèi)容，加深學(xué)習(xí)印象。最后，再進(jìn)行虛擬仿真操作，可完善理論與實(shí)際結(jié)合的學(xué)習(xí)效果。

1.3 大案例的補(bǔ)充

案例教學(xué)旨在使學(xué)生掌握單元操作基本原理在食品加工生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用，在干酪加工案例的基礎(chǔ)上結(jié)合日常生活案例，如利用伯努利原理解釋飛機(jī)如何飛上天、足球曲線射門的現(xiàn)象；利用濕空氣的性質(zhì)解釋清晨的露水、空調(diào)的除濕等；利用熱導(dǎo)率或非穩(wěn)態(tài)傳熱的理論解釋相同溫度的物體溫感不同或者水銀體溫表測(cè)量時(shí)間的原理等，進(jìn)一步增加學(xué)生對(duì)于課程的興趣，增加學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

1.4 大案例的教學(xué)方式

（1）劃分學(xué)習(xí)小組，學(xué)生說(shuō)課反饋。案例的分析后，要求學(xué)生進(jìn)行課堂反饋，采取以學(xué)生為主，通過(guò)學(xué)生說(shuō)課的教學(xué)方式，說(shuō)課是“學(xué)習(xí)金字塔”中主動(dòng)學(xué)習(xí)效果最好的學(xué)習(xí)方法，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和教學(xué)效果具有重要意義，能極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生需要在課下積極準(zhǔn)備資料，主動(dòng)學(xué)習(xí)研究推導(dǎo)，增加自我學(xué)習(xí)興趣和成就感。此外，學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和探索知識(shí)的動(dòng)機(jī)提高，可以引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)“食品工程原理”課程。

在學(xué)生說(shuō)課反饋之后，教師需要進(jìn)行針對(duì)性的講解，尤其是重點(diǎn)的講解。教師應(yīng)該深度備課，了解學(xué)生的需求，包括虛擬仿真案例的重點(diǎn)、難點(diǎn)，以及學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)及水平，教師要根據(jù)學(xué)生的需求及理論掌握狀況出發(fā)，針對(duì)性地講解重點(diǎn)、突破難點(diǎn)。

（2）在線課程和微課程的建立。課程在SPOC網(wǎng)站進(jìn)行了建設(shè)，包括教學(xué)進(jìn)程、教學(xué)大綱、教學(xué)課件、課后練習(xí)、教師坐班時(shí)間、教學(xué)具體內(nèi)容等；學(xué)生在課后可在網(wǎng)站進(jìn)行學(xué)習(xí)、交流、完成作業(yè)，以及微課程的學(xué)習(xí)。

2 教學(xué)改革成效分析

教學(xué)改革首次應(yīng)用對(duì)象為食品質(zhì)量與安全專業(yè)2015級(jí)，與對(duì)照教學(xué)班食品質(zhì)量與安全2014級(jí)學(xué)生的分?jǐn)?shù)等進(jìn)行比較，取得了非常顯著的成效。

教改班與對(duì)照班級(jí)期末成績(jī)的概率密度函數(shù)比較見圖2。

可以直觀上看出，2組學(xué)生的差異明顯，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可以得出，教改班級(jí)平均分為89.9分，比對(duì)照班級(jí)平均分70.8分高出19.2分，二者差異極顯著（p＜0.001）。此外，教學(xué)改革班級(jí)沒有出現(xiàn)不及格學(xué)生，說(shuō)明此教學(xué)改革成效極顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

利用干酪加工虛擬仿真平臺(tái)為載體的貫穿全課程的大案例教學(xué)可增加理論知識(shí)的系統(tǒng)性，結(jié)合子案例教學(xué)、學(xué)生分組匯報(bào)、課堂針對(duì)性講解，配合課下在線課程、微課程的教學(xué)手段，以及云盤等現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的交流反饋學(xué)習(xí)，有助于提高教學(xué)及學(xué)習(xí)效果，增加理論知識(shí)的系統(tǒng)性、整體性，提升學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)的能力，這一改革成效與一些相關(guān)大案例教學(xué)改革結(jié)果相似[6-7，9-10]。經(jīng)過(guò)上述教學(xué)改革的探索，學(xué)生對(duì)該課程的興趣提升，積極性提高，弄清了食品工程的本質(zhì)和原理，工程計(jì)算能力提升，成績(jī)顯著提高。