馬海樂 -

(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013) (School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu 212013, China)

利用多學科交叉提高食品學科學生創(chuàng)新能力的研究與實踐

馬海樂MAHai-le

(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013) (SchoolofFoodandBiologicalEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu212013,China)

發(fā)揮多學科交叉優(yōu)勢進行學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)得到國內外高等教育的高度重視。針對目前中國高等教育人才培養(yǎng)中存在的重視知識傳授、忽視學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的不足，根據食品學科人才培養(yǎng)及食品科學技術研究面臨的挑戰(zhàn)，通過與工程學和物理學的交叉，闡述跨學科人才培養(yǎng)模式研究的必要性和重要性，介紹食品學科在利用多學科交叉提高學生創(chuàng)新能力的一些研究與實踐。

食品科學與工程；學科交叉；創(chuàng)新能力；人才培養(yǎng)

隨著社會的快速發(fā)展，大數據、物聯網、智能制造、精準醫(yī)療、大健康等新經濟領域、新概念層出不窮，傳統(tǒng)的理科和工科已不足以應對時代的快速變革，新業(yè)態(tài)催生大學教育的轉型，因此2017年在復旦大學舉行的“綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會”上達成的“‘新工科’建設復旦共識”得到教育界的高度重視，隨后教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》?！靶鹿た啤钡膭?chuàng)意高度注重對學生科學、工程、人文交叉融合能力的培養(yǎng)?！笆称房茖W與工程”作為一個“軟工科”專業(yè)，目前的培養(yǎng)方案中“重科學、輕工程”的問題非常突出，學生交叉創(chuàng)新能力的培養(yǎng)沒有給予足夠的重視。因此有必要針對這些問題，結合食品學科的特色，探討學生跨學科創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法的建立。

1 中國食品科學與工程學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)面臨的挑戰(zhàn)

近百年的諾貝爾獎有41.02%的獲獎成果屬于交叉學科。尤其在20世紀最后25年，95項自然科學獎中，交叉學科領域有45項，占獲獎總數的47.4%[1]。學科交叉是“學科際”或“跨學科”的研究活動，交叉點往往就是科學新的生長點、新的科學前沿，這里最有可能產生重大的科學突破，使科學發(fā)生革命性的變化[2]。

2016年新修訂的《中華人民共和國高等教育法》第五條規(guī)定：高等教育的任務是培養(yǎng)具有社會責任感、創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才，因此學生創(chuàng)新精神培養(yǎng)是高等教育重要使命之一[3]。國外高水平大學一直非常重視學科交叉在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用。盡管近些年中國教育體系有很大的改變，但是整體上還是比較傳統(tǒng)，教師只重視知識傳授，學生主動創(chuàng)新的意識尚未形成[1]。因此，如何將科學研究中的學科交叉創(chuàng)新思想應用于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是中國高等教育值得深入思考的一個問題。

中國絕大多數高校的食品科學與工程專業(yè)自1985年前后創(chuàng)辦，創(chuàng)辦者大多是具有農學、園藝、畜牧、農機、化工等專業(yè)背景的老師，他們通過跨學科的方式進入了食品科學與工程專業(yè)進行人才培養(yǎng)與科學研究，因此具有很好的跨學科創(chuàng)新素養(yǎng)[4]。但時過30年，由于對教師業(yè)務能力考核片面性地看重學術論文、對教學實驗條件投入嚴重不足等方面的原因，食品科學與工程專業(yè)教師的專業(yè)結構出現了很大的變化，絕大多數是正規(guī)學習食品科學與工程專業(yè)的畢業(yè)生，盡管具有扎實的化學或生物學知識，但是其工程學、物理學、醫(yī)學等對食品加工理論研究與技術開發(fā)有著重要影響的相關學科的教師數量愈來愈少，導致培養(yǎng)出的學生知識面狹窄，科研思路拓寬難度很大，千篇一律地成為了“論文”學生，其科學研究不僅不能形成原創(chuàng)性的技術成果，也難以實現真正意義上的理論突破，學生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)面臨著嚴重的挑戰(zhàn)[5]。

2 利用與工程學的交叉優(yōu)勢，培養(yǎng)食品學科學生的創(chuàng)新能力

眾所周知，化工原理、化工熱力學、機械工程、控制科學等工程類學科，對食品加工的科學研究發(fā)揮著非常重要的作用，不僅僅是有利于技術成果的轉化，還有利于食品科學理論研究創(chuàng)新與工藝技術優(yōu)化[6-7]。

在科學研究的整個鏈條中，要實現食品工藝技術的創(chuàng)新，必須率先開展代表先進加工技術水平的實驗室裝備研制；在進行食品加工機理研究與技術開發(fā)中，加工過程的建模與計算機模擬在國際學術與產業(yè)界得到高度重視，對于提高研究水平和技術優(yōu)化效率有重要的作用；對于一個成熟的研究成果，需要通過關鍵設備研制、常規(guī)設備選型、生產線設計、工廠設計等工程技術，實現食品科學研究成果的產業(yè)化應用。2016年8月8日國務院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中指出，發(fā)展現代食品制造技術需要遵循高科技、智能化等國際發(fā)展趨勢。隨著智能化時代的到來，以控制工程、信息技術和網絡技術為基礎的智能制造代表著食品工業(yè)的發(fā)展未來。從這些環(huán)節(jié)可以看出，工程學對于食品科學的理論創(chuàng)新、技術創(chuàng)新有重要的價值。

江蘇大學食品學科在30年的發(fā)展中，教師與學生一起踐行了工程學對食品科學創(chuàng)新的促進作用，在食品生物制造、超臨界流體萃取、快速無損檢測、超聲波加工、催化式紅外加工技術及裝備開發(fā)方面創(chuàng)造了不少產業(yè)奇跡[8-10]。

(1) 氣體環(huán)流攪拌方式的發(fā)明，解決了傳統(tǒng)微生物發(fā)酵罐因機械攪拌導致微生物細胞損傷、攪拌不均勻等不足，并因氣體環(huán)流生物反應器的開發(fā)，使得鎮(zhèn)江成為中國最大的生物反應器制造業(yè)基地，對中國生物技術產業(yè)的科學研究和產業(yè)發(fā)展提供了裝備支撐。

(2) 超聲波工作模式的創(chuàng)新，大幅度提高了超聲波對蛋白酶解、非酶催化反應、食品陳釀等食品加工過程的促進效果，建立了中國第一條超聲輔助酶解制造活性肽的生產線。

(3) 20世紀80年代末，率先完成了超臨界流體萃取裝備的研制，使南通華安超臨界萃取有限公司成為中國中小型超臨界萃取設備最大的制造公司，為中國科研人員開展超臨界萃取技術的科學研究提供了重要的設備保障。

(4) 30年前率先從開展農產品品質的計算機圖像處理技術研究起步，使得江蘇大學的食品快速無損檢測技術科學研究一直保持國內領先地位，這種信息快速感知采集技術今后在食品智能制造中將發(fā)揮重要的作用。

上述跨學科創(chuàng)新成績的取得主要源于：

(1) 保持相對充足的具有工程教育背景的師資。本學科創(chuàng)辦初期，95%的教師第一學歷是農業(yè)機械；目前博士生導師隊伍中仍有1/3第一學歷是機械類專業(yè)，因此學生學位論文研究課題的工程性明顯強于其它偏理的高校。為了彌補現有師資隊伍中工程背景逐漸弱化的現狀，本學科還邀請機械學院、電氣學院、計算機學院的部分教師進入研究生指導小組，參與指導工作。

(2) 保持工程特色的學生培養(yǎng)模式。本學科在培養(yǎng)計劃中增設和(或)根據學生研究課題性質補修一些工程類課程。為了彌補目前中國食品學科學生工程能力培養(yǎng)弱化的問題，江蘇大學曾經嘗試性地在食品科學與工程專業(yè)設立了“食品機械及其自動化”方向，基礎教育部分完全是按照“機械設計及其自動化”專業(yè)的培養(yǎng)方案進行，總課程的30%為食品專業(yè)的相關課程，希望這一探索能夠為中國食品機械類人才的培養(yǎng)貢獻一份力量。

(3) 創(chuàng)建多個以工程能力培養(yǎng)為核心的創(chuàng)新平臺。本學科建設有國家農產品加工技術裝備研發(fā)分中心、江蘇省食品智能制造工程技術研究中心、江蘇省食品智能制造裝備工程實驗室、農業(yè)部蔬菜脫水加工技術集成基地等以裝備研制及其智能控制系統(tǒng)開發(fā)主題的創(chuàng)新平臺。在企業(yè)設立32個省級研究生工作站，聘任了8位產業(yè)教授。

經過多年的努力，本學科建立了具有食品科學背景學生如何建立工程思維方式、具有工程背景學生如何開展食品科學研究的復合型人才培養(yǎng)新模式，培養(yǎng)學生利用工程技術方法解決食品科學問題的能力；建立了以可工業(yè)化實現為導向開展食品加工技術研發(fā)、以制造過程智能化和質量控制精準化為目標提高研發(fā)水平的研究生從事科學研究的新思路[5,11]。通過上述實踐，將導師工程實力強的科研優(yōu)勢轉化為研究生的培養(yǎng)優(yōu)勢，在學生跨學科創(chuàng)新能力培養(yǎng)中發(fā)揮了重要作用。

3 利用與物理學交叉的優(yōu)勢，培養(yǎng)食品學科學生的創(chuàng)新能力

在食品科學的發(fā)展歷程中，曾經因為食品加工與化學的交叉形成了“食品化學”、與生物的交叉形成了“食品酶學”和“食品微生物學”，這些交叉學科使得食品加工的科學化水平得以顯著提升。但是，在經歷了長期的方法研究與參數優(yōu)化之后，其加工效率、產品得率、產品活性、能量消耗等關鍵指標提升的難度越來越大。

為此，近年來國內外越來越多的學者，從不同的角度，探索性地將聲、光、電、磁、力等物理學方法應用于食品加工的各個環(huán)節(jié)中。大量的研究數據證明：物理學方法的應用確實產生了許多意想不到的效果，展現出了廣闊的應用前景，一種新的食品加工技術——食品物理加工技術在國際上悄然興起。

江蘇大學食品學科搶抓機遇，按照跨學科創(chuàng)新的思路，大范圍開展了超聲波、激光、磁場等非熱物理場，紅外、微波、脈沖強光等熱物理場，人工視覺、人工嗅覺、人工味覺、近紅外、高廣譜等物理快速檢測技術在食品加工中的應用研究，在國際上創(chuàng)新性地提出了建設“食品物理加工”學科的學術思想，積極推進學科體系的建設[12-13]。2010年建設的“江蘇食品物理加工重點實驗室”為目前中國唯一的專門開展食品物理加工基礎理論與技術方法研究的省級重點實驗室，2014年起創(chuàng)立了每年一次的年會交流制度，得到行業(yè)學會、學術界和產業(yè)界的高度肯定，被認為對于今后食品科學領域的科研創(chuàng)新和技術進步具有里程碑的意義[14-15]。2015年“食品物理加工技術及裝備”團隊獲批江蘇省高等學?？萍紕?chuàng)新團隊。

江蘇大學食品學科通過如下實踐將本學科食品物理加工的科研特色轉變?yōu)槿瞬排囵B(yǎng)優(yōu)勢：

(1) 學位論文選題。本學科的4個學科方向中，第一個關于食品快速物理檢測、第二個關于食品物理加工，因此學位論文選題中，至少有超過50%的研究生選擇以食品物理加工為研究主題，涉及到超聲波、催化式紅外、激光、微波、電場、磁場、超高壓、脈沖強光等物理，在食品酶解、發(fā)酵、殺菌、滅酶、殺蟲、干燥、菌種誘變等食品加工中的應用；涉及到將計算機圖像、高光譜、近紅外、電子鼻、電子舌等物理技術應用于食品品質的快速檢測技術的研究。通過科學研究工作，研究生將聲、光、電、磁、力等物理學原理和現代物理技術應用于改進傳統(tǒng)食品加工技術的跨學科創(chuàng)新能力得到了充分的訓練。

(2) 系列課程開設。為了滿足研究生高水平開展食品物理加工研究工作的需要，針對不同層次、不同類別研究生的特點，本學科開設出“食品物理加工學”(學碩/專碩研究生)、“食品物理加工技術前沿進展”(學碩研究生)、“食品物理加工工程”(專碩研究生)、“現代食品物理加工技術與裝備”(博士研究生)、“食品科學與技術專題”(博士研究生，1/4內容關于食品物理加工的前沿專題)5門涉及到食品物理加工技術及裝備的系列課程，學生有機會全面地學習食品物理加工的基本知識，了解國內外前沿動態(tài)。通過訓練，本學科學生的物理思維意識基本形成，學術視野顯著拓寬。

數十年堅持利用多學科交叉提高學生創(chuàng)新能力的實踐證明，江蘇大學食品學科研究生跨學科理論創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和實踐創(chuàng)新能力顯著提升。該學科在10余年的國家和省學位論文抽檢中合格率100%，學生獲得“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽獎8項、全國大學生“節(jié)能減排”大賽獎2項，獲得省級及行業(yè)企業(yè)課外科技作品獎近20項；獲全國優(yōu)秀博士學位論文和全國優(yōu)秀博士學位論文提名獎各1篇、省優(yōu)博優(yōu)碩10篇；獲國際農業(yè)與生物系統(tǒng)工程學會世界大會Armand Blanc獎1項、行業(yè)優(yōu)秀論文10余篇。

4 結束語

利用學科交叉優(yōu)勢提升高端人才培養(yǎng)質量的模式研究得到國內外高等教育的高度重視[16-17]。中國的食品學科絕大多數都是從農學學科派生出來的，在與工學交叉方面，選擇與機械工程和控制工程的交叉研究，是糾正目前存在的片面追求高水平論文發(fā)表、不重視技術創(chuàng)新、不關心實驗室開發(fā)的技術在生產線上能否實現等現象的需要，更是全世界范圍內興起的智能制造的需要；在與理學交叉方面，過去主要是與化學和生物學的交叉，使得食品加工整體的科學化水平大幅提升，今后與物理學的交叉，有望成為引領食品加工實現新一輪原理創(chuàng)新的發(fā)動機。因此，以未來食品科學研究的發(fā)展趨勢為驅動，通過學科交叉，進行創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的研究，對支撐食品產業(yè)的長久可持續(xù)健康發(fā)展有重要的價值。

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Researchandpracticeofimprovingstudents'innovativeabilityoffooddisciplinebymultidisciplinarycross

It plays an important role in domestic and foreign higher education to use advantages of multi disciplines to cultivate students' innovation ability. Facing the problems existing in food science talent cultivation in our country, paying attention to the knowledge and neglect to cultivation of students' innovative ability, combining the characteristics of the food science, this review presented some research and practice of Jiangsu University in food science students' innovation ability training from food science crossing with engineering, physics and medicine.

Keywords: Food science and engineering; multidiscipli-nary cross; innovation capacity; personnel training

江蘇省研究生教育教學改革研究與實踐課題(重點課題)(編號：JGZZ16_057)

馬海樂(1963—)，江蘇大學教授，博士生導師，博士。

E-mail: mhl@ujs.edu.cn

2017—05—27

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.09.044