食品工程設(shè)計在項目化創(chuàng)新實踐活動中的應(yīng)用研究

食品工程設(shè)計有多種定義，是系統(tǒng)地設(shè)計一個系統(tǒng)、組件或過程以滿足所需的過程，它通常是創(chuàng)造性的，可迭代的，也是一個開放的過程；它是一個系統(tǒng)的、非線性的決策過程。食品工程設(shè)計是可以學(xué)習(xí)的。上述定義的共同關(guān)注點是“過程”，“過程是一種有意識、有目的的活動，而不是偶然的或無意的方法?！迸c規(guī)定的程序不同，過程往往更加開放和不固定。這些定義還表明，解決方案來自于對需求或問題的響應(yīng)。食品工程設(shè)計在工科專業(yè)的人才培養(yǎng)項目中日益受到重視。目前關(guān)于工程研究和實踐的報告主要集中在設(shè)計結(jié)果和完成產(chǎn)品上。由于設(shè)計是一個過程，應(yīng)該專注于解決方案的開發(fā)，應(yīng)用成熟、可實施的開發(fā)方案，把工程設(shè)計貫穿在食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)習(xí)訓(xùn)練的整個過程，以培養(yǎng)高質(zhì)量以及具備工程化思維能力的食品科學(xué)與工程專業(yè)技術(shù)人才。

1 在項目化創(chuàng)新實踐活動中培養(yǎng)食品工程設(shè)計實踐能力的必要性

目前普遍認(rèn)為食品工程設(shè)計是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的大學(xué)課程設(shè)置的重點，具有整合STEM學(xué)科、高級思維技能、學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)、經(jīng)驗學(xué)習(xí)和系統(tǒng)思維的潛力[1]。食品科學(xué)與工程專業(yè)研究食品的營養(yǎng)健康、工藝設(shè)計與社會生產(chǎn)，食品的加工貯藏與食品安全衛(wèi)生的學(xué)科是生命科學(xué)與工程科學(xué)的重要組成部分，是連接食品科學(xué)與工業(yè)工程的重要橋梁[2]。食品科學(xué)與工程專業(yè)要求學(xué)生獲得科學(xué)的思維方法和工程訓(xùn)練。在一定的專業(yè)學(xué)習(xí)背景下，培養(yǎng)學(xué)生工程思維與技術(shù)是有必要的,一些科技創(chuàng)新實踐項目與企業(yè)生產(chǎn)結(jié)合密切，為滿足這些背景與實際生產(chǎn)的需求，學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)專業(yè)內(nèi)容，還要培養(yǎng)自身的設(shè)計思維習(xí)慣，學(xué)習(xí)如何解決工程中的復(fù)雜問題，并在科技活動中體現(xiàn)出自身對食品工程設(shè)計認(rèn)知的獨特見解。

研究表明，在設(shè)計任務(wù)的各個階段，接受工程預(yù)科教育的學(xué)生在最初階段的進(jìn)步更快，傾向于設(shè)計過程分析和解決空間上投入更多的認(rèn)知努力，他們更多關(guān)注的是對給定的潛在設(shè)計選項提供一個可行的解決方案[3]。經(jīng)過工程思維培訓(xùn)的學(xué)生所接受的設(shè)計教育有助于進(jìn)一步發(fā)展他們的食品工程設(shè)計能力，當(dāng)他們面對新的設(shè)計挑戰(zhàn)時，他們能夠利用這些能力進(jìn)行實踐證明。課題組考察經(jīng)過項目設(shè)計實驗組學(xué)生的專業(yè)綜合能力，發(fā)現(xiàn)他們有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，在工程訓(xùn)練過程中能尋求更多的資源與手段，可以進(jìn)行多角度與多維度的溝通，最終能夠?qū)崿F(xiàn)問題的切實解決，對比對照組學(xué)生的相應(yīng)能力，他們的工程實踐能力提升顯著。此外，在設(shè)計項目過程中他們可以充分展示出設(shè)計方案和預(yù)先設(shè)置的語言能力的優(yōu)勢。

2 在項目化創(chuàng)新實踐活動中培養(yǎng)食品工程設(shè)計實踐能力的方向及策略

食品工程設(shè)計方向是把目標(biāo)分解為具體可實施的小目標(biāo)，再整合實現(xiàn)的小目標(biāo)，最終達(dá)到問題的整體解決[4]。食品工程設(shè)計思想本質(zhì)上是為了實現(xiàn)目標(biāo)，因此需要結(jié)合外圍環(huán)境，利用診斷測試、概念圖或概念清單等工具，將任務(wù)分解后進(jìn)行實施，重點關(guān)注過程的可實現(xiàn)性。在實現(xiàn)目標(biāo)的過程中需要不斷修改方法和執(zhí)行過程[5]。例如，學(xué)生利用食品化學(xué)理論知識設(shè)計新食品的工序工藝就是用理論勾勒出實踐的基本路徑，并在實踐過程中不斷修正優(yōu)化工序工藝的過程。

食品工程設(shè)計滿足需求的工程解決方案包括關(guān)鍵的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和約束。食品工程設(shè)計的挑戰(zhàn)是在設(shè)計解決方案時，通過模仿實際生產(chǎn)實踐中工程師的工作來教授食品工程設(shè)計的過程。從指導(dǎo)意義上講，解決方案可以是一個工作原型，也可以是對工程解決方案的設(shè)計[6]。對于食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生第一年的食品工程設(shè)計挑戰(zhàn)，可以要求學(xué)生根據(jù)工程化食品加工的特點，設(shè)計一個輔助食品定量裝載的裝置，這種設(shè)計挑戰(zhàn)是典型的初級食品工程設(shè)計訓(xùn)練內(nèi)容[7]。第二年的食品工程設(shè)計挑戰(zhàn)可以要求學(xué)生根據(jù)食品原料特點設(shè)計一套新食品原料預(yù)處理工藝與配套裝置。學(xué)生們需要通過合作的方式在45 min的時間內(nèi)完成設(shè)計挑戰(zhàn)，還需提供解決方案草圖，用視頻拍攝形式記錄整個設(shè)計討論的過程，運用新媒體手段進(jìn)行設(shè)計的案例展示、調(diào)研與比賽，從而提升工程化訓(xùn)練過程中的實踐生動性和實效性。通過這種方式能夠及時得到正向反饋，有利于形成螺旋式提升通道。第3年的食品工程設(shè)計，可以讓學(xué)生根據(jù)實際生產(chǎn)進(jìn)行食品工藝設(shè)計與優(yōu)化。教師可以提供詳細(xì)的設(shè)計方案與技術(shù)實施路線，讓學(xué)生用專業(yè)方法去設(shè)計產(chǎn)品加工工藝，對加工設(shè)備進(jìn)行選型，利用實驗室資源進(jìn)行小量產(chǎn)品加工，優(yōu)化工藝參數(shù)，并運用微課等技術(shù)手段進(jìn)行設(shè)計過程論證與演示，培養(yǎng)他們解決綜合問題的工程思維能力與實踐能力。第4年，在前面3次的基礎(chǔ)上，可以讓學(xué)生進(jìn)行新食品資源的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計，綜合利用專業(yè)理論知識，應(yīng)用工程化思維與方法，完成一項有創(chuàng)新性、綜合性的食品工程設(shè)計任務(wù)。整套訓(xùn)練下來，學(xué)生完成了從基本認(rèn)知、過程實踐、實際驗證、到設(shè)計創(chuàng)新4個階段的訓(xùn)練，最終實現(xiàn)整個專業(yè)學(xué)習(xí)過程中的工程訓(xùn)練的目標(biāo)。

食品科學(xué)與工程專業(yè)教師需要對工程設(shè)計思維有深刻的認(rèn)識，在教學(xué)實踐設(shè)計中養(yǎng)成良好的工程思維教學(xué)習(xí)慣，改革課程體系，優(yōu)化食品科學(xué)與工程專業(yè)主干課程、相近課程組成課程群，增大工程化訓(xùn)練性課程與課時比例，引進(jìn)前沿加工技術(shù)課程內(nèi)容，及時更新、優(yōu)化教材等，從教師教學(xué)能力、學(xué)校教學(xué)管理、人才培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、教材建設(shè)以及教學(xué)設(shè)計等方面引導(dǎo)學(xué)生建立食品工程設(shè)計思維，獲得工程問題的解決思路與方案，在人才培養(yǎng)方案的實踐教學(xué)設(shè)置中體現(xiàn)出長時間、多次多循環(huán)的培訓(xùn)內(nèi)容[8]。

行業(yè)人才的引進(jìn)也是食品工程設(shè)計在項目化實踐活動中的重要環(huán)節(jié)。引入食品加工行業(yè)企業(yè)中的高級人才，讓企業(yè)技術(shù)人員走進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新實踐活動中，更有針對性地訓(xùn)練并提升學(xué)生解決實際生產(chǎn)過程中存在的問題以及生產(chǎn)中急需解決問題的能力，有效激發(fā)學(xué)生在項目化實踐活動中的興趣、探索欲與征服欲。此外，在與學(xué)生互動過程中，企業(yè)人員在實際工作中的工程化思維會潛移默化影響到學(xué)生在實踐活動過程中的思維過程，從而形成雙向的互作效應(yīng)。此外，還可組織學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)實地了解生產(chǎn)企業(yè)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)難題以及未來發(fā)展新技術(shù)，選擇合適的食品工程設(shè)計項目，進(jìn)行訓(xùn)練。專業(yè)導(dǎo)師也應(yīng)該善于利用學(xué)校的科研平臺與中試實驗室，為學(xué)生的工程思維培訓(xùn)提供可執(zhí)行的條件與方案。

在高等工程課程中，要善于利用工具，如本地開發(fā)的診斷測試、概念圖和概念清單，既可以檢驗學(xué)生已有的工程知識，也可作為一種教學(xué)策略，能夠幫助教師在項目化管理科技創(chuàng)新實踐活動中，有針對性地指導(dǎo)與監(jiān)測學(xué)生的發(fā)展。此外，學(xué)校要協(xié)助創(chuàng)造高校工程實踐導(dǎo)師的實踐能力培訓(xùn)與企業(yè)鍛煉機會，并配套激勵機制；學(xué)校要積極參與專業(yè)建設(shè)，善于利用行業(yè)協(xié)會與專業(yè)學(xué)會，與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)與同行業(yè)專家建立有效連接，建立工程實踐基地[9]。

3 結(jié)語

隨著食品行業(yè)的發(fā)展，消費者對于食品提出了更高的要求。目前，預(yù)制食品大熱，孕育出了巨大市場空間，用工程化加工手段實現(xiàn)傳統(tǒng)食品的手工化改造成為食品加工業(yè)的熱點。如何有效地運用現(xiàn)代教育教學(xué)手段去指導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新實踐活動，如何高效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，如何培養(yǎng)更加符合行業(yè)需求的專業(yè)工程技術(shù)人才成為食品行業(yè)的重點內(nèi)容。而食品工程設(shè)計思維無疑為這些問題提供了新的路徑，為專業(yè)工程技術(shù)人才培養(yǎng)與行業(yè)急需人才緊密掛鉤提供了新的思路。食品工程設(shè)計在項目化創(chuàng)新實踐活動中的應(yīng)用成為培養(yǎng)專業(yè)工程技術(shù)人才的一條重要途徑，當(dāng)然，實施食品工程設(shè)計的過程需要長期開展，并不斷修正，才能達(dá)到預(yù)期效果。