基于CDIO理念的食品化學課程教學改革

周愛梅 劉 欣 趙力超 劉曉娟 肖蘇堯 曹 庸

(華南農業大學食品學院，廣東廣州 510642)

CDIO是構思(conceive)、設計(design)和實現(implement)、運作(operate)的英文簡寫，是美國麻省理工學院的一種經典工程教育模式。該模式以培養新一代高水平工程師為目標，以科技為基礎，將教育過程置身于產品/系統生命周期的具體情境中［1］，強調工程教育應當關注實踐。由于中國的教育系統側重于理論教育，學生幾乎沒有受到過或參與過系統的工程項目和團隊工作的實際訓練，因此解決實際問題的能力往往欠佳。自2005年中國引入CDIO工程教育模式以來，短短幾年時間就對中國的工程教育產生了深遠的影響［2］。相對于其他工程教育改革模式，CDIO更是一個國際性和系統性的工程教育改革模式［2］。目前，CDIO在中國的一些大學取得了寶貴成功經驗，這些改革探索不僅僅強調提升學生的工程實踐創新能力更兼具人文的關懷［3，4］。

《食品化學》作為食品科學與工程等食品相關專業的一門基礎支撐課程，在本科生教學中占據重要地位。該課程的教學任務在于通過理論講授、實驗操作、實踐參與等多種教學方式使學生熟練掌握食品化學的基礎知識、基本理論和相關試驗技能，為其它食品專業課程的學習及今后從事食品科技相關工作打下堅實的基礎［5］。筆者根據所在教學團隊近20年的教學經驗，結合本科食品專業教學中出現的重理論教學輕實踐培養、重視學生知識的學習而輕視學生開拓創新精神的培養等問題，以及工程教育發展改革的趨勢，提出基于CDIO理念的《食品化學》課程教學改革。主要從教學理念、教學模式、評估方式等方面進行積極的改革與探索，旨在獲取良好的教學效果。

1 教學理念改革

目前中國高等工程教育專業的教師在教學中普遍存在授課內容輕實踐重理論、講課模式僵化、缺乏與學生交流等問題，且傳統教育片面強調教師的權威，學生的工程能力、團隊能力都不能得到有效的提升［6］。CDIO教學模式對教師的教學能力和綜合能力有了新的要求，一方面要求團隊老師最好能在專業面向的工程實踐中加強自身能力、團隊能力、建造產品和系統的能力;另一方面也要求團隊老師提高在一體化知識學習經驗、運用經驗和主動學習方法以及綜合考核學生等方面的能力。因此，首先對教學理念進行改革，強調從教學理念上要轉變教師的職能和心態，要求教師按照CDIO理念提升自身的能力，并在實際的教學過程中要遵循這一理念來進行教學，從而將一味向學生灌輸食品化學知識，改為引導學生培養良好的自主學習能力、實踐創新能力、交流能力以及團隊精神等。參考國內外的教學經驗［7］，教學團隊對食品化學教師的職能態度提出了幾點轉變要求。

(1)教師職能要從知識講解者轉變為學習引導者。由以老師為中心的灌輸式教授食品化學知識和幫帶式的傳統實踐模式，轉變為強調并引導學生自主學習和實踐學習的模式。在教學中應更加注重以學生為中心，在實踐中則應開設不同的實踐場所，并向學生開放以讓學生能自主選擇。同時，教師也要提升工程系統能力，這樣才能以引導者角色引導學生學習，培養學生系統的建造能力和綜合素質。

(2)教師職能要從單一的知識傳播者轉變為課程設計者。教師由以前單純的《食品化學》課本知識的傳播者，轉型為科學知識的傳授者和課程項目的設計者，即要為學生創設強調學生自主學習食品化學知識的環境、努力開發學習資源和實踐場所，并為學生提供學習服務。

(3)教師職能要從單一的知識考核者轉變為綜合評估者。教師由單純的學生知識考核者，轉變為衡量學生學習效果和綜合素質能力增長的評估者。在以往的《食品化學》課程評估方法中，通常采用書面考試。在CDIO模式下，要求教師采用靈活的多種形式全程式的考核評價，且新型模式下的課程考核的指導思想更注重考察學生學習過程中知識水平和綜合素質能力的提升，而傳統模式下注重的是學生知識的增長。

2 教學模式的改革

2.1 理論教學模式改革

傳統的食品化學教學只是向學生系統地講解一個完整的知識體系。食品化學作為一門重要的基礎課，在CDIO理念下所教學的內容不僅是為了幫助學生取得食品化學的學科知識，也應該幫助學生提升基本個人能力和人際能力、產品及過程和系統構建能力［8］。因此，在理論教學上，本教學團隊結合自身多年的教學實踐及課程特點和學生的實際情況，以培養學生的自主學習能力和團隊精神、創新精神為重點，對食品化學課程進行改革和實踐。

2.1.1 理論教學的引導 改變舊的以傳授知識為主的教育觀念，樹立CDIO工程教育理念，引導學生主動學習，是教學團隊課程改革的基本理念。在實現過程中，結合教學現狀，主要從兩方面進行。

(1)采用競賽式課堂教學法。在教學過程中采用課堂競賽的方式能有效發揮學生的主動性。具體做法是將學生組成幾個不同的團隊，團隊內部進行具體分工，最后以課程論文的形式上臺講演競賽。在進行課堂競賽時，讓不同團隊之間進行相互競賽并現場打分。授課老師則從學生的團隊合作能力，交流溝通能力，以及學生的表現進行全面的評判。課堂競賽是一種有效的互動式教學模式，在該環節中學生發揮主導作用，訓練了學生的團隊合作能力，批判和創造性思維。

(2)采用基于問題的學習模式。該教育模式也稱作問題式學習，簡稱PBL。它是基于現實世界問題的以學生為中心的教育模式，該教學法的基礎是設計問題引導學生自主學習。在CDIO教學理念下，采用PBL教學法有利于學生積極主動進行學習。基于此，按照“引導學生提出問題—學生分析問題—指導學生研討—學生得出結論”的教學思路，教學團隊精心設計了教案［9］，并在教學實踐中進行具體的實施，通過設計問題以引導學生主動進行學習。比如在“淀粉糊化”和“淀粉老化”的教學過程中，在課堂上現場引入方便面，引導學生提出問題“為什么方便面一沖就可以吃，普通的面卻不可以”，然后引導學生去思考“食品公司在生產方便面時是怎么做到這點的，有沒有更好的方法?”最后老師進一步指導學生研討該問題，讓學生提出自己的見解。這種引導學生主動學習的方法能夠引導學生發揮主觀能動性，增強學生思考問題和解決問題的能力。

2.1.2 自學平臺的設計 在CDIO理念的指導下，教學團隊為學生提供了開放式的課堂環境，創建了學習閱覽室，并提供電子課件、食品化學的國內外參考書籍及電子書、往屆學生的優秀課程論文和PPT資源庫等學習資料。另外，教學團隊還利用學校的網絡教學平臺，建立了食品化學精品課程網站，已在網絡教學平臺上提供了課程課件、教學大綱、課程教案、網上資源庫、課程試題庫、實驗指導等，并有在線答疑和聯系教學團隊欄目，學生在自學的同時可以直接聯系到教學團隊進行及時的答疑解惑。網絡自學重點考查學生的網絡訪問量、與教師的互動情況、課后自檢練習題的卷面情況，這樣不但為學生自主學習提供了便利，還考察了學生的學習情況。

2.2 實踐教學模式改革

構建適應創新型人才培養需要的創新實踐教學體系是高等教育質量工程改革的重點和熱點［6］。CDIO理念下的實踐教學，應更加強調學生的構思—設計—實現—運作的整個系統運作能力。因此教學團隊在實踐教學理念上更加強調學生在“做中學”，并且構建了不同層次的實踐教學平臺，讓學生在實踐中學習，培養創新意識和應用能力。

2.2.1 實踐教學的引導 “做中學”是讓學生在實踐中學習［10］，這樣不僅讓學生自主構建了食品化學知識體系，還能夠培養學生系統的工程能力。教學團隊在實際教學過程中主要從兩方面進行。

(1)教學團隊在食品化學實驗的教學改革中，讓學生全過程自主設計完成綜合實驗或者實驗論文。學生要獨立地完成從查閱資料、制訂實驗方案、配試劑、實施實驗方案、進行數據處理到撰寫實驗報告。

(2)教學團隊鼓勵學生參與教師的科研活動，指導學生申報各級創新創業項目，開展創新性實驗。對于食品類專業的學生來說，必須掌握食品化學的基本知識和研究方法，并了解如何在實踐中應用食品化學相關原理解決實際問題，做到學以致用。因此，在食品化學的實踐教學中，除了要求學生要完成食品化學實驗課規定的實驗內容和實驗要求外，還因材施教，鼓勵學生參與教師的科研項目，指導學生申報國家級、省級、校級和院級等各類課外創新創業計劃項目。

2.2.2 實踐場所的設計 在教學過程中為了更好地激發學生的學習興趣，鍛煉學生整個CDIO全過程能力的能力，結合現有經驗教學團隊最終主要形成了4個不同層次的實踐教學平臺。

教學團隊將食品化學綜合實驗平臺、科研創新實驗平臺、實習實踐平臺、CDIO模式的實踐實驗場所作為食品化學實踐教學的主要內容和地點，給學生機會和創設環境條件讓學生有機會參與到實踐和項目運行中來。食品化學綜合實驗平臺主要開設綜合實驗，所開設的綜合實驗都是圍繞該課程的重點難點章節，同時結合教學團隊的科研成果展開的。科研平臺和校內外實習基地主要為學生提供良好的創新實踐機會和基地，如學生可以通過這些科研平臺和校內外實習基地申請開展校級、省級和國家級創新項目。CDIO模式的實踐實驗場所，這是教學團隊正在開設的讓學生積極地進行自主實踐和創新性學習的場所。本教學團隊通過改造傳統的實驗室，來構建CDIO模式的實踐實驗場所，為學生構思、設計和實現運作實驗或產品過程以及學生組建創新性團隊提供支持條件。這與以往傳統的實驗室有所區別，傳統的學生實驗室，主要是讓學生做演示性、驗證性或者綜合性的實驗為主，而沒有機會使學生能夠構思新的創意，自主設計思路和組建團隊動手實驗。

2.3 評估方式改革

目前中國高等工程教育專業的學生考核評價模式陳舊，教師主要以考試的方式評價學生對知識學習的掌握情況，而忽略對學生能力和綜合素質的考核［11］。食品化學課程以往的考核路線也是從出勤情況(10%)、平時作業與實驗(30%)、期末考試(60%)3個方面進行綜合評價，這樣的教學模式和考核方式不利于培養應用創新型人才。在教學實踐過程中以CDIO工程教育與人才培養模式為指導，教師作為學生學習效果的評估者，應該將學生的基本個人能力、人際能力、綜合實踐能力以及學科知識融入到學生的專業評估之中。為了能夠比較全面地評估學生學習食品化學課程前后的學習效果，改變理論考試的弊端，結合教學實際教學團隊重新給考核內容歸類定位，最終采用了靈活多樣的全程式考核評價。主要從以下三方面進行評估:

(1)知識水平評估(50%)。主要是用來評估學生對食品化學知識的掌握情況，更重要是評估學生是否具有綜合應用食品化學知識分析和解決實際問題的能力。教學團隊在CDIO理念的指導下結合實際情況制定了期末閉卷考試要求。學生的知識水平往往與所得分值成正比，60分及以上評定為知識水平及格。雖然這一評價方式有待進一步發展，但這依舊是對學生知識水平考核的最有效也是最主要的評估方式。

(2)能力評估(40%)。主要是用來評價學生的自學能力、實踐和創新能力、人際能力和團隊合作精神等各方面的能力。其中主要包括課程作業(10%)，通過設計課后作業和網絡課堂可以進一步鞏固學生的食品化學專業知識和自學能力，主要考察學生完成平時作業的情況和質量，一般來說完成的情況越好，可以代表自學能力越強。實驗操作及實驗報告(10%)，此過程主要考察學生的實踐能力和團隊合作精神，在考核評價過程中不但要對實驗團隊在實驗過程中學生的動手實踐能力進行考核，也要對撰寫實驗報告的書面表達能力以及對實驗結果的自主分析探討能力等進行評定。課程論文和課堂競賽(20%)，此過程可以考察學生人際能力、團隊合作精神等綜合能力，主要通過學生撰寫課程論文的質量和在課堂競賽中的表現等進行綜合考核。另外學生在創新實踐上取得成果，或者參與創新課題、其他項目或發表論文可以申請向老師加分。

(3)綜合素質評估(10%)。主要是用來提升學生的自我修養。學生的綜合素質主要通過學生平時表現來評價，包括學習態度、課堂表現、出勤情況、社交能力(包括創新能力、實踐能力)，貫穿學生學習的整個過程來進行考察。

3 改革成效

實踐證明，基于CDIO理念下的食品化學教學改革收到了良好的教學效果。學生調查表明，有近100%的學生反映，在新的教學模式下，他們自主學習食品化學相關知識的比例大幅提升，自學能力也得到極大提高，同時他們在學習中更加注重自身個人能力、團隊精神和綜合素質的培養。教學團隊為課程所建立的4個不同層次的實踐教學平臺不但使他們有機會參與到科研項目或者創新課題中來，而且很好地鞏固了專業知識和專業技能，也培養了他們獨立思考和創新實踐能力，鍛煉了整個CDIO全過程能力。近5年來，教學團隊指導學生各級創新計劃項目達20項，其中國家級創新計劃項目1項，省級創新計劃項目2項，校級創新計劃項目8項，院級創新計劃項目9項，并指導學生在正式期刊上公開發表創新實踐論文71篇。

同樣，食品化學教學改革的探索也提高了教學團隊的教學能力和工程實踐能力。近幾年，教學團隊成功獲得各級教改項目近10項，發表相關教改論文7篇，主編、副主編或參編教材及相應參考書近20本。不少老師還獲得校級、省級等相關教學獎勵。

基于教學改革所取得的教學成果，教學團隊承擔的《食品化學》課程于2014年被批準為華南農業大學校級精品資源共享課加以建設，并被推薦為廣東省省級教學成果培育項目加以建設。

4 結語

文章探討了在CDIO工程教育理念下的食品化學課程教學改革，從改變教學理念和教學模式等方面入手，通過在教學過程中為學生提供課程學習的CDIO背景環境，包括為學生學習食品化學課程創設強調學生主動學習的教學模式、讓學生進行構思－設計－實現－運行(CDIO)的實踐場所和強調學生綜合素質能力的評估方式等學習環境條件，為食品化學的課程教育改革提供了方法。從而達到在整個的食品化學教學過程中培養學生自主學習食品化學知識和鍛煉個人能力、人際溝通交流能力以及整個CDIO全過程能力的教學效果。

目前，在教學改革中還存在許多不足之處，如在評價方式上對于學生能力和綜合素質的評價需要進一步研究和量化，以為學生提供一個更加客觀公正的符合學生真實能力和素質的評價結果。又如在教學方式上，探索既符合現有高等教育學校教學實際條件又符合CDIO要求、能被廣大師生認可的方式仍舊是一大有待繼續解決的難題。當然，CDIO不僅僅是這些教學模式或理念的改變，CDIO課程大綱強調教師在加強專業基礎教育的同時，還要關注學生的工程實踐、個人職業技能與人際溝通技能，強調發展學生的綜合創新能力，更要求教育教學和社會大環境共同協調發展。這樣一種全面系統的工程教育改革，必須要在整個專業層面上規劃、設計和實施才能取得預期的改革效果［12］。但實踐證明，在高等教育食品化學課程教學改革實踐中有意識的引入CDIO理念是可行的，并且有利于培養和提升學生的各方面能力和綜合素質。后續的《食品化學》課程教學改革應該依照CDIO大綱和標準，借鑒和參考已有的成功案例創造性的結合本校歷史與特色，在教學上注重培養學生的自主學習能力、個人能力、人際能力乃至整個CDIO的全過程能力，以使《食品化學》課程教學改革乃至整個食品科學與工程專業的教學改革具有更加明確的方向性、系統性。

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11 邵秀芝.基于CDIO理念的《食品化學》課程學習評價多樣化的研究［J］.教育教學論壇，2013(2):71～72.

12 顧佩華，包能勝，康全禮，等.CDIO在中國(下)［J］.高等工程教育研究，2012(5):34～45.