新工科背景下基于CDIO模式的教學內(nèi)容改革與實踐

趙培均 雷萌萌 李倩 張波波 高曉平

為了深化工程教育改革，推進工程教育強國的建設(shè)與發(fā)展，教育部在2016年提出“新工科”建設(shè)要求，近年來高校新工科教育建設(shè)已進入實施階段。相比于傳統(tǒng)工科教育，新工科教育提出著重培養(yǎng)符合未來新興產(chǎn)業(yè)與新經(jīng)濟需求的，具有工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復合型“新工科”人才。這要求學生不但精通本專業(yè)，還應(yīng)當具有理解并運用交叉學科的能力?！肮δ苄允称穼W”是一門立足于食品專業(yè)基礎(chǔ)上，密切融合營養(yǎng)學、醫(yī)學、藥學及生物化學知識，并且涉及產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)、商業(yè)運營及相關(guān)法律法規(guī)的應(yīng)用學科，因此，本課程具有較強的交叉學科的特點。

為進一步符合新工科的培養(yǎng)目標，本課程需要學生了解應(yīng)用于功能性食品的新型功能性成分及其新機制，并且在產(chǎn)品設(shè)計過程中增強創(chuàng)新意識，深入了解產(chǎn)品設(shè)計流程，以及了解大數(shù)據(jù)及AI人工智能等新型智能工具在功能性食品設(shè)計及制造中的應(yīng)用。然而，現(xiàn)有教學模式較為陳舊，知識更新較慢，課堂智能化不足，已不能滿足當下新工科的教學需求及市場對人才的知識儲備要求。

教育部在2017年發(fā)布的《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》中提出，要在CDIO等工程教育模式的基礎(chǔ)上，開展深化產(chǎn)教融合機制和人才培養(yǎng)模式的改革研究和實踐。因此，研究如何通過CDIO教育模式設(shè)計特定環(huán)節(jié)，將多學科知識及創(chuàng)新意識融會貫通傳授給學生，有助于學生成長為“學有專攻、多專多能”的新型食品人才，符合“新工科”對當下及未來的人才培養(yǎng)需求，對提高食品專業(yè)教學質(zhì)量，促進學生的職業(yè)適應(yīng)性，實現(xiàn)新工科“卓越工程師”的培養(yǎng)目標具有重要意義。

1.新工科背景下CDIO教學模式在功能性食品學課程教學中應(yīng)用的可行性

CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）是近年來國際上流行的工程類專業(yè)教育模式。CDIO于2000年由麻省理工學院等四所國際大學為了解決大學教育與實用性的落差問題而創(chuàng)立，自2008年引入中國以來，已在國內(nèi)各大工科類專業(yè)中具有一定的推廣度及應(yīng)用基礎(chǔ)。CDIO四個字母分別代表“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作”，從這幾個方面入手，以產(chǎn)品開發(fā)周期為載體，引導學生從被動到主動，從書本到實踐，以及從單學科到多學科的學習方式的轉(zhuǎn)變。新工科致力于培養(yǎng)基礎(chǔ)知識扎實、工程能力強、綜合素質(zhì)高的新型工程師類人才，這與CDIO工程教育的培養(yǎng)目標相一致。因此，CDIO是一種適合于新工科培養(yǎng)需求的教學模式。

CDIO教學方法提倡以產(chǎn)品開發(fā)流程為主線，將企業(yè)模式或項目創(chuàng)新模式結(jié)合起來，把知識學習融入產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)的流程中，使學生在實踐中獲得專業(yè)知識。該教學模式不但能夠使學生更好地理解各部分知識在實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中是如何使用的，還能提高學生的積極性及創(chuàng)新能力。通過課堂理論教學、實驗操作等方式使學生掌握功能性食品的基礎(chǔ)知識及開發(fā)方法，了解行業(yè)發(fā)展趨勢，將學生培養(yǎng)為符合新工科培養(yǎng)要求的功能性食品開發(fā)工程師等專業(yè)人才。

2.功能性食品學課程教學過程中存在的問題

2.1自主學習能力較弱

本課程是在完成營養(yǎng)學、生物化學知識的基礎(chǔ)上于大三上學期開設(shè)的。學生自主學習能力較弱的問題體現(xiàn)在兩個方面：一是學生對以往學習過的知識會有遺忘情況，但課前不主動復習，導致上課時回憶不起來相關(guān)基礎(chǔ)知識，缺乏知識連貫性。二是學生不主動關(guān)注學科動態(tài)，缺乏對功能性食品市場的了解。這些問題導致學生課堂參與度較低，積極性減弱。

2.2創(chuàng)新精神不足

受多年來應(yīng)試教育的影響，學生僅關(guān)注書本知識，認為能夠應(yīng)付考試便能夠達到課程學習目標，缺乏大膽設(shè)想，勇于創(chuàng)造的理念。比如，老師提問學生認為可以將產(chǎn)品設(shè)計為什么樣的形式，使消費者更樂于購買？學生往往趨于保守的回答，缺乏想象力及創(chuàng)造力。再加上教學模式不夠與時俱進，無法引起學生的足夠興趣，使學生更加依賴老師的課堂教學，缺乏思考及創(chuàng)新的積極性。同時也導致了學生對一些教學環(huán)節(jié)缺乏配合度，課堂反應(yīng)熱情度不高。

2.3缺乏現(xiàn)場實踐教學

在現(xiàn)有教學模式下，課堂教學知識的更新速度還趕不上行業(yè)的發(fā)展，很難向企業(yè)輸送直接匹配企業(yè)需求的工程師。雖然在本專業(yè)其他實習觀摩類課程中，已經(jīng)安排學生對速凍食品、肉制品等食品工廠進行參觀學習，但缺乏功能性食品相關(guān)企業(yè)實踐教學項目。這使學生難以深刻理解各類功能性食品在實際生產(chǎn)中從無到有的整個流程，并且對生產(chǎn)中易發(fā)生的問題體會較少，難以滿足學生對真實應(yīng)用的教學需求。

2.4課程考核方式較為單一

目前本課程的考核環(huán)節(jié)以期末閉卷考試成績、課堂表現(xiàn)及平時作業(yè)成績構(gòu)成。缺乏授課過程中多樣性的考核環(huán)節(jié)，方式較為傳統(tǒng)。這些環(huán)節(jié)設(shè)置缺乏引導學生配合教學環(huán)節(jié)的積極性，仍然主要考察書本知識，弱化了對實際應(yīng)用能力的評價。

3.功能性食品學課程改革目標及方法

3.1項目式教學

項目制教學方式是CDIO教學模式的常用手段，通過學生組隊共同完成項目的方式將常規(guī)課程知識有機聯(lián)系起來。本課程將以功能性食品產(chǎn)品設(shè)計項目為載體，讓學生自行組成團隊，通過前期調(diào)查選擇感興趣的產(chǎn)品，在項目實現(xiàn)的整個過程中協(xié)助合作，從產(chǎn)品設(shè)計到產(chǎn)品生產(chǎn)，從宣傳策劃到產(chǎn)品推介，全面提升學生對基礎(chǔ)知識的把握，對前沿科學的理解，對相關(guān)法律法規(guī)的把控，以及在各個環(huán)節(jié)中的創(chuàng)新能力。同時還能提高學生的溝通能力、系統(tǒng)思考能力及職業(yè)道德修養(yǎng)。

3.2現(xiàn)場式教學

CDIO教學模式強調(diào)通過實踐提升學生的動手能力，并從該環(huán)節(jié)深刻感受知識應(yīng)用。因此，本項目將通過多種方式加強學生對實際生產(chǎn)的學習體驗。比如一方面可以邀請企業(yè)管理人員作為行業(yè)導師到課堂中做知識分享，加強學生與企業(yè)的溝通，另一方面可以組織學生到工廠區(qū)實地考察學習。同時，可以通過模擬實驗室及仿真工廠等智慧課堂工具，使學生了解不易實現(xiàn)的實驗項目及生產(chǎn)過程的細節(jié)，并引導學生從實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，以期發(fā)現(xiàn)新知識，引起新思考。通過該環(huán)節(jié)，可以提高學生的動手能力、邏輯思維能力及思考能力。

3.3過程性考核

改進現(xiàn)有傳統(tǒng)的考核形式，增強過程性評價考核，全面考察學生在“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作”整個過程中的表現(xiàn)。比如，將課前作業(yè)、課堂知識點小測驗、團隊合作成員互相打分，以及課堂參與度納入考核評價體系，依據(jù)CDIO要求，全面考察學生的個人能力、團隊合作精神以及工程系統(tǒng)能力。通過該環(huán)節(jié)，能夠提高學生的團隊合作意識及學在平時的學習習慣。

4.功能性食品學課程教學改革的實施方案

4.1CDIO項目制教學模式的構(gòu)建

在課程開始初期，讓學生自行組成團隊，在前期市場調(diào)研及文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上選擇感興趣的目標人群、相應(yīng)的產(chǎn)品類型，以及適用的核心功能性原料，以此為依據(jù)進行產(chǎn)品設(shè)計，并在課下收集消費者購買意愿及產(chǎn)品評價。在之后課堂上的項目匯報環(huán)節(jié)，每個成員都需將自己承擔的工作進行匯報，同時，要選擇市面上的對標產(chǎn)品，陳述自己產(chǎn)品的優(yōu)勢和創(chuàng)新性。使學生在此過程中能夠充分掌握功能性食品的產(chǎn)品設(shè)計原理，了解功能性食品的原料特點和相應(yīng)的產(chǎn)品類型，能夠為特定的目標人群設(shè)計相應(yīng)的產(chǎn)品，在環(huán)保、安全、合法合規(guī)的條件下優(yōu)化產(chǎn)品方案，并提高學生的創(chuàng)新意識及團隊合作能力。

4.2線下線上相結(jié)合，提高學生主動性

通過課前作業(yè)的方式，將需要用到的基礎(chǔ)學科知識點融入其中，督促學生提前預習在大一大二學過的基礎(chǔ)知識，使學生在上課時快速回憶起基礎(chǔ)內(nèi)容。同時，在學習通平臺設(shè)立答疑群，解答學生疑問，以彌補課堂不足。另外選擇功能性食品相關(guān)的正面及反面紀錄片或影片，讓學生在課后觀看，并提交觀后感，幫助拓展學生視野，培養(yǎng)學生批判性思維。

4.3引進企業(yè)導師，加強產(chǎn)學溝通

將教學與實際生產(chǎn)結(jié)合起來，企業(yè)導師在教學過程中可以向?qū)W生提問在實際生產(chǎn)中遇到的問題，讓學生提供解決方案，考察學生知識利用的情況。同時，開設(shè)工廠現(xiàn)場教學。學生在參觀工廠的過程中，通過代教老師充分了解產(chǎn)品生產(chǎn)的整個工藝流程，認識工廠結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)設(shè)備。

4.4考核評價改革

以過程評價為主，期末考試成績?yōu)檩o。而在過程評價環(huán)節(jié)，除了團隊答辯、團隊作業(yè)、上課表現(xiàn)等環(huán)節(jié)的考核，再引入團隊成員互相打分的考核機制，促進學生的團隊協(xié)作意識。此外，引入加分機制，如鼓勵學生以自己團隊的產(chǎn)品參加各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽，通過該環(huán)節(jié)提高學生的創(chuàng)新積極性，對參加比賽的團隊成員給予加分獎勵。

結(jié)語

功能性食品學課程教學改革基于新工科人才培養(yǎng)目標，依托CDIO教學模式，優(yōu)化了教學內(nèi)容，改進了教學方法，豐富的評價機制，有效彌補了傳統(tǒng)教學過程中存在的問題及不足，提高教學的趣味性及學生的課程參與積極度。同時，充分利用企業(yè)資源及智慧課堂對學生能力進行全方位的培養(yǎng)，提高學生理論知識掌握及實際應(yīng)用轉(zhuǎn)化的能力。

基金項目：

河南農(nóng)業(yè)大學2023年教學改革研究與實踐項目（2023XJGLX068）；

新工科建設(shè)背景下一流本科課程食品毒理學對分課堂研究（2022XJGLX037）；

河南農(nóng)業(yè)大學專創(chuàng)融合特色示范課-食品毒理學（2023KC45）。

作者簡介：

趙培均（1988.03-），女，河南鄭州人，講師；主要從事《功能性食品學》《公共營養(yǎng)與社區(qū)指導》等教學工作和天然產(chǎn)物功能及機制等研究工作。

*通訊作者：

高曉平（1976.09-），男，河南安陽人，副教授；主要從事《食品毒理學》《食品安全學》等教學工作和畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量安全控制等研究工作。