趙武奇，高貴田，張清安，黃小麗

（陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710062）

基于CDIO的“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

趙武奇，高貴田，張清安，黃小麗

（陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710062）

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)存在問(wèn)題和不足的基礎(chǔ)上，將CDIO工程教學(xué)模式引入“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中，探討課程的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，以充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生分析和解決工程設(shè)計(jì)及生產(chǎn)操作中各類(lèi)實(shí)際問(wèn)題的能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

CDIO教學(xué)模式；食品工程原理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

0 引言

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)課程是將食品工程原理理論與實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)的重要環(huán)節(jié)，是理論課程的重要輔助和補(bǔ)充，不同于其他課程的實(shí)驗(yàn)，屬于工程實(shí)驗(yàn)范疇，其基本任務(wù)是加深學(xué)生對(duì)食品加工單元操作的基本理論知識(shí)理解，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和操作技能。如何在“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法的傳授、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和重視實(shí)踐能力的培養(yǎng)，適合高素質(zhì)、創(chuàng)新型專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，已經(jīng)成為“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革成敗的關(guān)鍵。CDIO模式是美國(guó)麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等大學(xué)經(jīng)過(guò)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(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）。該教育模式以工程項(xiàng)目從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、職業(yè)道德、學(xué)術(shù)知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力、終生學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)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(guò)硬的專(zhuān)業(yè)技能,又有良好的職業(yè)道德的國(guó)際化工程師。CDIO教學(xué)模式的核心理念是“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)” 和“做中學(xué)”。自2000年起，CDIO模式在全世界以MIT為首的幾十所大學(xué)實(shí)施以來(lái)，已取得了卓越的成效。目前，汕頭大學(xué)[3]、北京科技大學(xué)等我國(guó)的39所高校已被批準(zhǔn)成為CDIO試點(diǎn)高校[4]。在“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用CDIO教學(xué)模式，對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型食品科學(xué)人才具有重要意義。

1 “食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀及教改方向

目前，國(guó)內(nèi)高校在“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)方面存在的主要問(wèn)題如下：教學(xué)資源有限，班級(jí)學(xué)生人數(shù)眾多；少數(shù)學(xué)生動(dòng)手操作為主，多數(shù)學(xué)生觀看；教學(xué)局限于驗(yàn)證單元操作的基本原理、單純掌握操作技術(shù)，以及很多實(shí)驗(yàn)依附于理論課程的情況；實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、操作步驟及注意事項(xiàng)進(jìn)行“填鴨式”講解等。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式難以達(dá)到培養(yǎng)每個(gè)學(xué)生動(dòng)手能力和操作能力的教學(xué)要求，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和實(shí)際能力的提高；“填鴨式”教學(xué)方式枯燥乏味，不能充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和獨(dú)立性，學(xué)生不會(huì)主動(dòng)思考問(wèn)題，造成依賴(lài)思想的形成，不能有效激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索精神。因此，許多食品專(zhuān)業(yè)教師都在積極探索“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。紀(jì)俊敏等人[5]從合理安排實(shí)驗(yàn)課教學(xué)時(shí)間、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及改革考核方法等方面對(duì)“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行了初步探索和實(shí)踐；陳春剛等人[6]從實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)考核等方面提出相應(yīng)的措施；唐仕榮等人[7]從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方法等方面進(jìn)行了探索；尚宏麗等人[8]對(duì)實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行了改革，優(yōu)化重組了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；孔令明等人[9]應(yīng)用情境教學(xué)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手操作能力；張玉先等人[10]從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)等方面探討了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的舉措。這些研究對(duì)于“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)起到了推進(jìn)作用，但與達(dá)到“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)在教學(xué)“高層次、多樣化、創(chuàng)造性”的人才培養(yǎng)目標(biāo)上還有一定的差距。

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)是以食品工程單元操作原理和設(shè)備為主要內(nèi)容的實(shí)踐性課程，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)遇到許多工程實(shí)際問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)應(yīng)于食品工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中涉及的“單元操作”具有典型的工程特點(diǎn)。因此，可以將“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)當(dāng)作一個(gè)工程項(xiàng)目來(lái)處理，把學(xué)生進(jìn)行分組，建立一個(gè)個(gè)項(xiàng)目組，讓學(xué)生自己查閱資料，再互相進(jìn)行交流溝通，通過(guò)合作來(lái)共同完成項(xiàng)目，包括選題和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，給出實(shí)驗(yàn)步驟，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理，獲得研究結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)按層次不同可分為基礎(chǔ)型、綜合型、研究型3個(gè)層次。基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)是與理論教學(xué)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，大多為演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生正確理解并掌握單元操作的基本實(shí)驗(yàn)技能、操作規(guī)范和動(dòng)手能力,增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí),加深對(duì)理論課程教學(xué)內(nèi)容的理解；綜合型實(shí)驗(yàn)側(cè)重于學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用能力、工程推理和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)；研究型實(shí)驗(yàn)依托課程組教師的基金項(xiàng)目或大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，面向?qū)W有余力且對(duì)食品工程原理有強(qiáng)烈興趣愛(ài)好的學(xué)生，注重學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生理論運(yùn)用及工程實(shí)踐的能力。比較基礎(chǔ)型、綜合型和研究型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)及學(xué)生所處階段的知識(shí)儲(chǔ)備情況，綜合型和研究型實(shí)驗(yàn)非常適合引入CDIO教育理念?！笆称饭こ淘怼钡木C合型實(shí)驗(yàn)主要有流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)、傳熱實(shí)驗(yàn)和干燥實(shí)驗(yàn)，以干燥實(shí)驗(yàn)為例來(lái)探討CDIO教育模式在“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)前先由教師為學(xué)生講解CDIO教育理論，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做簡(jiǎn)單表述，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組并推選出組長(zhǎng)，具體實(shí)施過(guò)程如下。

2.1 構(gòu)思階段

根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研、發(fā)散思維進(jìn)行創(chuàng)意，小組討論后確定干燥的物料，確定實(shí)驗(yàn)題目和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，該階段培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力、運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)的能力、發(fā)散性思維的能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。例如，學(xué)生通過(guò)到相關(guān)企業(yè)了解到目前加工獼猴桃片時(shí)，使用食鹽和白砂糖浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)嚴(yán)重破壞獼猴桃的營(yíng)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(xué)生通過(guò)查閱資料對(duì)目前的干燥方法進(jìn)行比較分析，確定實(shí)驗(yàn)題目為獼猴桃片的微波真空干燥。

2.2 設(shè)計(jì)階段

學(xué)生結(jié)合理論知識(shí)學(xué)習(xí)、食工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和構(gòu)思階段的既定目標(biāo)3個(gè)方面，在深入查閱資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，制定實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、方案、方法、步驟及技術(shù)路線，分析技術(shù)難點(diǎn)及所需的數(shù)據(jù)處理方法。邊學(xué)習(xí)邊設(shè)計(jì)，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(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力及縝密思維的能力和解決問(wèn)題的能力。例如，學(xué)生通過(guò)討論后得出獼猴桃片微波真空干燥實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容為：①獼猴桃片微波真空干燥特性及干燥模型實(shí)驗(yàn)；②獼猴桃片微波真空干燥工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)；③獼猴桃片微波真空干燥過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)成分及質(zhì)構(gòu)特性變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)。

2.3 實(shí)施階段

實(shí)施是將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的過(guò)程。學(xué)生根據(jù)上面確定的實(shí)驗(yàn)步驟、方法及技術(shù)路線完成干燥實(shí)驗(yàn)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題，要及時(shí)尋求解決辦法。這一階段，學(xué)生可以將課本上別人的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的知識(shí)，可以將感性知識(shí)上升到一定的理論高度，同時(shí)達(dá)到對(duì)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題等能力的培養(yǎng)。例如，在獼猴桃片干燥實(shí)驗(yàn)中學(xué)生碰到了多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，通過(guò)查閱資料，積極討論和向教師請(qǐng)教，最后決定采用遺傳算法優(yōu)化技術(shù)。

2.4 運(yùn)作階段

對(duì)已經(jīng)采用最佳工藝參數(shù)干燥的獼猴桃片樣品進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)、感官指標(biāo)、質(zhì)構(gòu)指標(biāo)、復(fù)水性及色澤等指標(biāo)測(cè)定及顯微組織觀察，如果品質(zhì)未達(dá)到要求，應(yīng)分析原因、調(diào)整實(shí)驗(yàn)，直至產(chǎn)品合格，最后學(xué)生綜合分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并根據(jù)已有的基礎(chǔ)知識(shí)解釋觀察到的情況，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過(guò)運(yùn)作階段，學(xué)生綜合分析與解決問(wèn)題的能力得到提升，同時(shí)也強(qiáng)化了專(zhuān)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(yǔ)

“食品工程原理”實(shí)驗(yàn)是一門(mén)實(shí)踐性、工程性極強(qiáng)的課程，將CDIO工程教育模式引入教學(xué)中，不僅可以提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)分析、研究和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、交流溝通能力、工程實(shí)踐能力，而且能夠激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)的工作作風(fēng)。

[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(xué)報(bào)，2008，31（4）：15-18．

[3]顧佩華，沈民奮，李丹平．從CDIO到EIP－CDIO——汕頭大學(xué)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(jī)及運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的CDIO能力培養(yǎng) [J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2015，18（2）：106-108．

[5]紀(jì)俊敏，魏安池，劉玉蘭.食品工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改進(jìn)初探 [J].大學(xué)教育，2014（6）：126-127.

[6]陳春剛，韓芬霞.提高食品工程原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的看法 [J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2014（3）：84-88.

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[10]張玉先，張仲欣，唐浩國(guó)，等．食品工程原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)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(xué)2017年度校級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（17JG44）；陜西師范大學(xué)2017年“教師教學(xué)模式創(chuàng)新與實(shí)踐研究”專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目 （JSJX2017L120）。

趙武奇（1965— ），男，博士，副教授，研究方向?yàn)槭称芳庸ば录夹g(shù)。