基于CDIO的“食品工程原理”實驗教學改革

趙武奇，高貴田，張清安，黃小麗

（陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院，陜西西安 710062）

基于CDIO的“食品工程原理”實驗教學改革

趙武奇，高貴田，張清安，黃小麗

（陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院，陜西西安 710062）

“食品工程原理”實驗教學對培養(yǎng)學生的自主設(shè)計與創(chuàng)新能力等具有重要的作用。在分析目前“食品工程原理”實驗教學存在問題和不足的基礎(chǔ)上，將CDIO工程教學模式引入“食品工程原理”實驗課的教學中，探討課程的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作，以充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性，提高學生分析和解決工程設(shè)計及生產(chǎn)操作中各類實際問題的能力，提高實驗教學效果。

CDIO教學模式；食品工程原理；實驗教學改革

0 引言

“食品工程原理”實驗課程是將食品工程原理理論與實踐聯(lián)系起來的重要環(huán)節(jié)，是理論課程的重要輔助和補充，不同于其他課程的實驗，屬于工程實驗范疇，其基本任務(wù)是加深學生對食品加工單元操作的基本理論知識理解，培養(yǎng)學生動手能力和操作技能。如何在“食品工程原理”實驗教學過程中強化學習方法的傳授、提高學生學習的主動性和重視實踐能力的培養(yǎng)，適合高素質(zhì)、創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)目標，已經(jīng)成為“食品工程原理”實驗課教學改革成敗的關(guān)鍵。CDIO模式是美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等大學經(jīng)過多年研究而創(chuàng)立的一種新型工程教育模式[1]，CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）。該教育模式以工程項目從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程，培養(yǎng)學生的工程能力、職業(yè)道德、學術(shù)知識、運用知識解決問題的能力、終生學習能力、團隊協(xié)作能力、交流能力和大系統(tǒng)掌控能力[2]，從而培養(yǎng)既有過硬的專業(yè)技能,又有良好的職業(yè)道德的國際化工程師。CDIO教學模式的核心理念是“基于項目的教育和學習” 和“做中學”。自2000年起，CDIO模式在全世界以MIT為首的幾十所大學實施以來，已取得了卓越的成效。目前，汕頭大學[3]、北京科技大學等我國的39所高校已被批準成為CDIO試點高校[4]。在“食品工程原理”實驗教學中采用CDIO教學模式，對培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型食品科學人才具有重要意義。

1 “食品工程原理”實驗教學的現(xiàn)狀及教改方向

目前，國內(nèi)高校在“食品工程原理”實驗方面存在的主要問題如下：教學資源有限，班級學生人數(shù)眾多；少數(shù)學生動手操作為主，多數(shù)學生觀看；教學局限于驗證單元操作的基本原理、單純掌握操作技術(shù)，以及很多實驗依附于理論課程的情況；實驗指導教師對實驗目的、實驗原理、操作步驟及注意事項進行“填鴨式”講解等。這樣的實驗教學模式難以達到培養(yǎng)每個學生動手能力和操作能力的教學要求，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和實際能力的提高；“填鴨式”教學方式枯燥乏味，不能充分發(fā)揮學生的學習主動性和獨立性，學生不會主動思考問題，造成依賴思想的形成，不能有效激發(fā)學生的求知欲和探索精神。因此，許多食品專業(yè)教師都在積極探索“食品工程原理”實驗教學改革。紀俊敏等人[5]從合理安排實驗課教學時間、調(diào)整教學內(nèi)容及改革考核方法等方面對“食品工程原理”實驗教學改革進行了初步探索和實踐；陳春剛等人[6]從實驗安排、實驗準備、實驗操作、實驗報告、實驗考核等方面提出相應的措施；唐仕榮等人[7]從實驗內(nèi)容、教學模式、考核方法等方面進行了探索；尚宏麗等人[8]對實驗課程實驗教學內(nèi)容及實驗模式進行了改革，優(yōu)化重組了實驗教學內(nèi)容；孔令明等人[9]應用情境教學法進行實驗教學，以激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生自主學習能力和動手操作能力；張玉先等人[10]從實驗教學內(nèi)容與教學方法、實驗教學平臺建設(shè)等方面探討了實驗教學改革的舉措。這些研究對于“食品工程原理”實驗的教學起到了推進作用，但與達到“食品工程原理”實驗在教學“高層次、多樣化、創(chuàng)造性”的人才培養(yǎng)目標上還有一定的差距。

“食品工程原理”實驗是以食品工程單元操作原理和設(shè)備為主要內(nèi)容的實踐性課程，實驗過程中會遇到許多工程實際問題，實驗內(nèi)容緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際，對應于食品工業(yè)生產(chǎn)過程中涉及的“單元操作”具有典型的工程特點。因此，可以將“食品工程原理”實驗當作一個工程項目來處理，把學生進行分組，建立一個個項目組，讓學生自己查閱資料，再互相進行交流溝通，通過合作來共同完成項目，包括選題和設(shè)計實驗方案，給出實驗步驟，獨立進行實驗操作、觀察實驗現(xiàn)象、記錄并處理實驗數(shù)據(jù)、對實驗結(jié)果進行分析處理，獲得研究結(jié)論，完成實驗報告，最終達到培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)。

2 基于CDIO的“食品工程原理”實驗教學改革

“食品工程原理”實驗按層次不同可分為基礎(chǔ)型、綜合型、研究型3個層次?；A(chǔ)型實驗是與理論教學相結(jié)合的實驗，大多為演示性和驗證性實驗，重點是培養(yǎng)學生正確理解并掌握單元操作的基本實驗技能、操作規(guī)范和動手能力,增強實踐意識,加深對理論課程教學內(nèi)容的理解；綜合型實驗側(cè)重于學生對專業(yè)應用能力、工程推理和解決問題能力的培養(yǎng)；研究型實驗依托課程組教師的基金項目或大學生創(chuàng)新實驗項目，面向?qū)W有余力且對食品工程原理有強烈興趣愛好的學生，注重學生團隊協(xié)作能力、創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)，提高學生理論運用及工程實踐的能力。比較基礎(chǔ)型、綜合型和研究型實驗的特點及學生所處階段的知識儲備情況，綜合型和研究型實驗非常適合引入CDIO教育理念。“食品工程原理”的綜合型實驗主要有流體力學實驗、傳熱實驗和干燥實驗，以干燥實驗為例來探討CDIO教育模式在“食品工程原理”實驗中的應用。實驗前先由教師為學生講解CDIO教育理論，對實驗項目做簡單表述，對學生進行分組并推選出組長，具體實施過程如下。

2.1 構(gòu)思階段

根據(jù)給出的實驗要求，學生通過市場調(diào)研、發(fā)散思維進行創(chuàng)意，小組討論后確定干燥的物料，確定實驗題目和實驗目標，該階段培養(yǎng)學生分析問題的能力、運用基礎(chǔ)理論知識的能力、發(fā)散性思維的能力，調(diào)動學生學習的積極性。例如，學生通過到相關(guān)企業(yè)了解到目前加工獼猴桃片時，使用食鹽和白砂糖浸泡時間過長，會嚴重破壞獼猴桃的營養(yǎng)成分，影響產(chǎn)品品質(zhì)。陜西是世界最大的獼猴桃生產(chǎn)基地，獼猴桃采后極易腐爛變質(zhì)。企業(yè)急需新技術(shù)加工果片。學生通過查閱資料對目前的干燥方法進行比較分析，確定實驗題目為獼猴桃片的微波真空干燥。

2.2 設(shè)計階段

學生結(jié)合理論知識學習、食工基礎(chǔ)實驗和構(gòu)思階段的既定目標3個方面，在深入查閱資料的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，制定實驗的內(nèi)容、方案、方法、步驟及技術(shù)路線，分析技術(shù)難點及所需的數(shù)據(jù)處理方法。邊學習邊設(shè)計，小組成員要經(jīng)常在一起討論，教師可以幫助分析方案的可行性。培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力及縝密思維的能力和解決問題的能力。例如，學生通過討論后得出獼猴桃片微波真空干燥實驗的內(nèi)容為：①獼猴桃片微波真空干燥特性及干燥模型實驗；②獼猴桃片微波真空干燥工藝優(yōu)化實驗；③獼猴桃片微波真空干燥過程中營養(yǎng)成分及質(zhì)構(gòu)特性變化規(guī)律實驗。

2.3 實施階段

實施是將設(shè)計轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的過程。學生根據(jù)上面確定的實驗步驟、方法及技術(shù)路線完成干燥實驗并對數(shù)據(jù)進行處理，在實驗過程中遇到問題，要及時尋求解決辦法。這一階段，學生可以將課本上別人的知識轉(zhuǎn)化為自己的知識，可以將感性知識上升到一定的理論高度，同時達到對學生實際動手操作能力及團隊協(xié)作能力及用理論知識解決實際問題等能力的培養(yǎng)。例如，在獼猴桃片干燥實驗中學生碰到了多目標優(yōu)化問題，通過查閱資料，積極討論和向教師請教，最后決定采用遺傳算法優(yōu)化技術(shù)。

2.4 運作階段

對已經(jīng)采用最佳工藝參數(shù)干燥的獼猴桃片樣品進行營養(yǎng)指標、感官指標、質(zhì)構(gòu)指標、復水性及色澤等指標測定及顯微組織觀察，如果品質(zhì)未達到要求，應分析原因、調(diào)整實驗，直至產(chǎn)品合格，最后學生綜合分析實驗結(jié)果，并根據(jù)已有的基礎(chǔ)知識解釋觀察到的情況，撰寫實驗報告。通過運作階段，學生綜合分析與解決問題的能力得到提升，同時也強化了專業(yè)能力，即把微觀組織與宏觀性能相聯(lián)系的跨越式思維的能力和總結(jié)歸納能力。

3 結(jié)語

“食品工程原理”實驗是一門實踐性、工程性極強的課程，將CDIO工程教育模式引入教學中，不僅可以提高學生運用知識和經(jīng)驗分析、研究和解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力、交流溝通能力、工程實踐能力，而且能夠激發(fā)學生的主觀能動性和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學的工作作風。

[1]Crawley E F，Malmqvist J，Ostlund S，et al．Rethinking engineering education：The CDIO approach[M] ．Berlin：Springer，2007：59-63．

[2]康全禮，陸小華，熊光晶．CDIO大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng) [J]．高等教育研究學報，2008，31（4）：15-18．

[3]顧佩華，沈民奮，李丹平．從CDIO到EIP－CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式探索 [J]．高等工程教育研究，2008（1）：12-20．

[4]徐銀梅，李擎，魯億方.電機及運動控制實驗教學中的CDIO能力培養(yǎng) [J].實驗室科學，2015，18（2）：106-108．

[5]紀俊敏，魏安池，劉玉蘭.食品工程原理實驗教學方法改進初探 [J].大學教育，2014（6）：126-127.

[6]陳春剛，韓芬霞.提高食品工程原理課程實驗教學質(zhì)量的看法 [J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學刊），2014（3）：84-88.

[7]唐仕榮，宋慧，陳尚龍.基于“卓越計劃”的食品工程原理實驗教學模式改革初探 [J].科技視界，2014（5）：95-96.

[8]尚宏麗，孟鑫.提高涉農(nóng)本科食品工程原理實驗教學質(zhì)量的探索與研究 [J].中國校外教育，2012（6）：106-107.

[9]孔令明，李芳，朱正蘭，等．情境教學法在食品工程原理實驗教學中的應用 [J].新西部（理論版），2011（7）：174-175.

[10]張玉先，張仲欣，唐浩國，等．食品工程原理實驗教學改革與實踐 [J].科技信息，2010（5）：409-410.◇

Experiment Teaching Reform for Food Engineering Principles Based on CDIO

ZHAO Wuqi，GAO Guitian，ZHANG Qing'an，HUANG Xiaoli
（College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi'an，Shaanxi 710062，China）

Food Engineering Principles experimental has an important role for cultivating students'independent design and innovation ability.Based on the analysis of the problems and shortcomings of the current experimental teaching of Food Engineering Principles，this paper introduced the CDIO model into the teaching of experimental course of Food Engineering Principle，discussed the conceive，design，implementation and operation of the course，so as to give full play to the subjective initiative of students'learning，improved students ability to analyze and solve a variety of practical problems in engineering design and production operations，strengthen the experimental teaching effect.

CDIO mode；Food Engineering Principles；experiment teaching reform

G642

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.025

1671-9646（2017） 12a-0086-03

2017-09-22

陜西師范大學2017年度校級教學改革研究項目（17JG44）；陜西師范大學2017年“教師教學模式創(chuàng)新與實踐研究”專項基金項目 （JSJX2017L120）。

趙武奇（1965— ），男，博士，副教授，研究方向為食品加工新技術(shù)。