基于CDIO的“食品工程原理”实验教学改革

赵武奇，高贵田，张清安，黄小丽

（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710062）

基于CDIO的“食品工程原理”实验教学改革

赵武奇，高贵田，张清安，黄小丽

（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710062）

“食品工程原理”实验教学对培养学生的自主设计与创新能力等具有重要的作用。在分析目前“食品工程原理”实验教学存在问题和不足的基础上，将CDIO工程教学模式引入“食品工程原理”实验课的教学中，探讨课程的构思、设计、实现和运作，以充分发挥学生学习的主观能动性，提高学生分析和解决工程设计及生产操作中各类实际问题的能力，提高实验教学效果。

CDIO教学模式；食品工程原理；实验教学改革

0 引言

“食品工程原理”实验课程是将食品工程原理理论与实践联系起来的重要环节，是理论课程的重要辅助和补充，不同于其他课程的实验，属于工程实验范畴，其基本任务是加深学生对食品加工单元操作的基本理论知识理解，培养学生动手能力和操作技能。如何在“食品工程原理”实验教学过程中强化学习方法的传授、提高学生学习的主动性和重视实践能力的培养，适合高素质、创新型专业人才培养目标，已经成为“食品工程原理”实验课教学改革成败的关键。CDIO模式是美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等大学经过多年研究而创立的一种新型工程教育模式[1]，CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。该教育模式以工程项目从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，培养学生的工程能力、职业道德、学术知识、运用知识解决问题的能力、终生学习能力、团队协作能力、交流能力和大系统掌控能力[2]，从而培养既有过硬的专业技能,又有良好的职业道德的国际化工程师。CDIO教学模式的核心理念是“基于项目的教育和学习” 和“做中学”。自2000年起，CDIO模式在全世界以MIT为首的几十所大学实施以来，已取得了卓越的成效。目前，汕头大学[3]、北京科技大学等我国的39所高校已被批准成为CDIO试点高校[4]。在“食品工程原理”实验教学中采用CDIO教学模式，对培养高素质、创新型食品科学人才具有重要意义。

1 “食品工程原理”实验教学的现状及教改方向

目前，国内高校在“食品工程原理”实验方面存在的主要问题如下：教学资源有限，班级学生人数众多；少数学生动手操作为主，多数学生观看；教学局限于验证单元操作的基本原理、单纯掌握操作技术，以及很多实验依附于理论课程的情况；实验指导教师对实验目的、实验原理、操作步骤及注意事项进行“填鸭式”讲解等。这样的实验教学模式难以达到培养每个学生动手能力和操作能力的教学要求，不利于学生创新能力的培养和实际能力的提高；“填鸭式”教学方式枯燥乏味，不能充分发挥学生的学习主动性和独立性，学生不会主动思考问题，造成依赖思想的形成，不能有效激发学生的求知欲和探索精神。因此，许多食品专业教师都在积极探索“食品工程原理”实验教学改革。纪俊敏等人[5]从合理安排实验课教学时间、调整教学内容及改革考核方法等方面对“食品工程原理”实验教学改革进行了初步探索和实践；陈春刚等人[6]从实验安排、实验准备、实验操作、实验报告、实验考核等方面提出相应的措施；唐仕荣等人[7]从实验内容、教学模式、考核方法等方面进行了探索；尚宏丽等人[8]对实验课程实验教学内容及实验模式进行了改革，优化重组了实验教学内容；孔令明等人[9]应用情境教学法进行实验教学，以激发学生的学习兴趣，培养学生自主学习能力和动手操作能力；张玉先等人[10]从实验教学内容与教学方法、实验教学平台建设等方面探讨了实验教学改革的举措。这些研究对于“食品工程原理”实验的教学起到了推进作用，但与达到“食品工程原理”实验在教学“高层次、多样化、创造性”的人才培养目标上还有一定的差距。

“食品工程原理”实验是以食品工程单元操作原理和设备为主要内容的实践性课程，实验过程中会遇到许多工程实际问题，实验内容紧密联系生产实际，对应于食品工业生产过程中涉及的“单元操作”具有典型的工程特点。因此，可以将“食品工程原理”实验当作一个工程项目来处理，把学生进行分组，建立一个个项目组，让学生自己查阅资料，再互相进行交流沟通，通过合作来共同完成项目，包括选题和设计实验方案，给出实验步骤，独立进行实验操作、观察实验现象、记录并处理实验数据、对实验结果进行分析处理，获得研究结论，完成实验报告，最终达到培养学生的创新能力和工程素养。

2 基于CDIO的“食品工程原理”实验教学改革

“食品工程原理”实验按层次不同可分为基础型、综合型、研究型3个层次。基础型实验是与理论教学相结合的实验，大多为演示性和验证性实验，重点是培养学生正确理解并掌握单元操作的基本实验技能、操作规范和动手能力,增强实践意识,加深对理论课程教学内容的理解；综合型实验侧重于学生对专业应用能力、工程推理和解决问题能力的培养；研究型实验依托课程组教师的基金项目或大学生创新实验项目，面向学有余力且对食品工程原理有强烈兴趣爱好的学生，注重学生团队协作能力、创造性能力的培养，提高学生理论运用及工程实践的能力。比较基础型、综合型和研究型实验的特点及学生所处阶段的知识储备情况，综合型和研究型实验非常适合引入CDIO教育理念。“食品工程原理”的综合型实验主要有流体力学实验、传热实验和干燥实验，以干燥实验为例来探讨CDIO教育模式在“食品工程原理”实验中的应用。实验前先由教师为学生讲解CDIO教育理论，对实验项目做简单表述，对学生进行分组并推选出组长，具体实施过程如下。

2.1 构思阶段

根据给出的实验要求，学生通过市场调研、发散思维进行创意，小组讨论后确定干燥的物料，确定实验题目和实验目标，该阶段培养学生分析问题的能力、运用基础理论知识的能力、发散性思维的能力，调动学生学习的积极性。例如，学生通过到相关企业了解到目前加工猕猴桃片时，使用食盐和白砂糖浸泡时间过长，会严重破坏猕猴桃的营养成分，影响产品品质。陕西是世界最大的猕猴桃生产基地，猕猴桃采后极易腐烂变质。企业急需新技术加工果片。学生通过查阅资料对目前的干燥方法进行比较分析，确定实验题目为猕猴桃片的微波真空干燥。

2.2 设计阶段

学生结合理论知识学习、食工基础实验和构思阶段的既定目标3个方面，在深入查阅资料的基础上进行设计，制定实验的内容、方案、方法、步骤及技术路线，分析技术难点及所需的数据处理方法。边学习边设计，小组成员要经常在一起讨论，教师可以帮助分析方案的可行性。培养学生理论联系实际的能力及缜密思维的能力和解决问题的能力。例如，学生通过讨论后得出猕猴桃片微波真空干燥实验的内容为：①猕猴桃片微波真空干燥特性及干燥模型实验；②猕猴桃片微波真空干燥工艺优化实验；③猕猴桃片微波真空干燥过程中营养成分及质构特性变化规律实验。

2.3 实施阶段

实施是将设计转化为最终产品的过程。学生根据上面确定的实验步骤、方法及技术路线完成干燥实验并对数据进行处理，在实验过程中遇到问题，要及时寻求解决办法。这一阶段，学生可以将课本上别人的知识转化为自己的知识，可以将感性知识上升到一定的理论高度，同时达到对学生实际动手操作能力及团队协作能力及用理论知识解决实际问题等能力的培养。例如，在猕猴桃片干燥实验中学生碰到了多目标优化问题，通过查阅资料，积极讨论和向教师请教，最后决定采用遗传算法优化技术。

2.4 运作阶段

对已经采用最佳工艺参数干燥的猕猴桃片样品进行营养指标、感官指标、质构指标、复水性及色泽等指标测定及显微组织观察，如果品质未达到要求，应分析原因、调整实验，直至产品合格，最后学生综合分析实验结果，并根据已有的基础知识解释观察到的情况，撰写实验报告。通过运作阶段，学生综合分析与解决问题的能力得到提升，同时也强化了专业能力，即把微观组织与宏观性能相联系的跨越式思维的能力和总结归纳能力。

3 结语

“食品工程原理”实验是一门实践性、工程性极强的课程，将CDIO工程教育模式引入教学中，不仅可以提高学生运用知识和经验分析、研究和解决实际问题的能力，培养学生的团队协作能力、交流沟通能力、工程实践能力，而且能够激发学生的主观能动性和创新思维，培养学生的创新能力和科学的工作作风。

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

[2]康全礼，陆小华，熊光晶．CDIO大纲与工程创新型人才培养 [J]．高等教育研究学报，2008，31（4）：15-18．

[3]顾佩华，沈民奋，李丹平．从CDIO到EIP－CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索 [J]．高等工程教育研究，2008（1）：12-20．

[4]徐银梅，李擎，鲁亿方.电机及运动控制实验教学中的CDIO能力培养 [J].实验室科学，2015，18（2）：106-108．

[5]纪俊敏，魏安池，刘玉兰.食品工程原理实验教学方法改进初探 [J].大学教育，2014（6）：126-127.

[6]陈春刚，韩芬霞.提高食品工程原理课程实验教学质量的看法 [J].农产品加工（学刊），2014（3）：84-88.

[7]唐仕荣，宋慧，陈尚龙.基于“卓越计划”的食品工程原理实验教学模式改革初探 [J].科技视界，2014（5）：95-96.

[8]尚宏丽，孟鑫.提高涉农本科食品工程原理实验教学质量的探索与研究 [J].中国校外教育，2012（6）：106-107.

[9]孔令明，李芳，朱正兰，等．情境教学法在食品工程原理实验教学中的应用 [J].新西部（理论版），2011（7）：174-175.

[10]张玉先，张仲欣，唐浩国，等．食品工程原理实验教学改革与实践 [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

陕西师范大学2017年度校级教学改革研究项目（17JG44）；陕西师范大学2017年“教师教学模式创新与实践研究”专项基金项目 （JSJX2017L120）。

赵武奇（1965— ），男，博士，副教授，研究方向为食品加工新技术。