基于CDIO模式的“食品工廠設計與環境保護”教學改革

曹冠華 ，陳迪，顧雯 ，賀森 ，馬雅鴿

1.云南中醫藥大學中藥學院（昆明 650500）；2.云南中醫藥大學昆明市瀾湄區域傳統藥物資源開發利用研發中心（昆明 650500）

“復旦共識”“天大行動”“北京指南”的相繼形成，為我國高等工程教育改革指明方向，“新工科”一詞成為高等教育學界全新專有名詞[1]。新工科研究與實踐是教育部為提高工科教育教學質量而實施的國家教育改革，強調學科應具有實用性、交叉性及綜合性，要求學生不僅要掌握理論知識，還要有應用實踐和創新驅動能力[2]。

食品工廠設計是食品工業的重要分支之一，所對應的專業課程“食品工廠設計與環境保護”是食品科學與工程、食品質量與安全等專業核心課程。該課程是一門以工藝設計為主要內容，涉及政治、經濟、工程和技術諸多學科交叉的綜合性課程，具有較強的應用實踐性。課程要求學生具備食品工程原理、食品機械與設備、CAD制圖等基礎學科理論知識，掌握建筑結構、給排水、食品工藝學、經濟學、環保、地理、氣象等專業知識[3]。總體來看，課程專業性強，對學生專業素質要求較高，學習難度大，傳統教學模式和方法根本無法滿足“新工科”背景下食品相關專業的要求，故以“強工科基礎”為目標的課程教學改革勢在必行，也是未來教學活動的重點考慮方向。

1 傳統“食品工廠設計與環境保護”教學中存在不足

“新工科”對食品相關專業的教學和學生培養工作提出更高標準，傳統教學方法已不能滿足工科深度要求，急需創新和改革。欲達目標，先正其弊。對“食品工廠設計與環境保護”傳統教學在現階段存在不足進行總結。

1.1 工科化深度不夠

課程以工藝設計為主，涉及“食品工藝學”“化工原理”“食品機械與設備”“工程制圖”等眾多工科課程，難度較大，學生學起來較為吃力。在傳統教學中，考慮到學生的實際接受能力，弱化工科難度，降低學習要求，比如在學習工廠車間設計時，很大程度上忽略物料衡算對設備的要求，僅強調空間的布局。

1.2 內容復雜，對教師素質要求高

作為工科課程，“食品工廠設計與環境保護”總體較為復雜、枯燥，課程間的聯系較為緊密，學生需對食品加工工藝、機械設備、制圖等有著較高的理解度和知識儲備。在教學過程中，對教師要求同樣較高，不但需洞悉各知識點間的關聯，還應具備深入淺出、化腐朽于神奇的能力，熟悉生產實踐和學科前沿，完成并實施一節節生動有趣的課程設計。

1.3 目標性不突出，教學手段創新性不足

由于課程內容復雜，在教學過程中教學目標被稀釋分散，主線被支線覆蓋，課程目標不突出，弱化該課程在學科中的作用。多媒體雖已被廣泛應用于教學，但滿堂灌還是主要授課形式。單一的講解和機械的理論教學并不能很好地詮釋復雜的內容，更不能打造生動有趣的課堂，這也是大多學生對該門課深感壓力的主要原因之一。

2 “新工科”背景下基于CDIO理念的“食品工廠設計與環境保護”教學改革與實踐

CDIO是一種以構思（conceive）、設計（design）、實現（implement）和運作（operate）為核心的經典工程教育模式，主要表達“做中學”“基于項目的教育和學習”的工程教學理念，注重在教學過程中培養學生的實踐能力，被廣泛應用于工科教學[4-5]。基于CDIO理念的“食品工廠設計與環境保護”教學改革勢在必行，經教學團隊與其他高校任課教師研究分析，主要從圍繞教學目標、強化工科深度，增加實踐比重、提高設計能力，創新教學形式，改革考核方式等方面進行了教學改革的探索。

2.1 圍繞教學目標，強化工科深度

課程最主要的目標是學會工廠設計中的工藝設計，并對新建或改擴食品工廠從工藝生產的角度提供專業建議。在理論教學過程中，要時刻圍繞這一目標，加強各章內容與工藝設計這一主線之間的銜接性，培養學生的工廠工藝設計能力。不斷強化課程的工科深度，體現專業性和實用性，如：加強具體食品品類的機械選型、物料衡算和主車間空間設計的訓練；了解并應用先進生產工藝。

2.2 增加實踐比重，提高設計能力

在保障足夠的理論學時的前提下，增設食品工廠設計課程設計環節，為期1周。課程設計是“食品工廠設計與環境保護”專業性和實踐性的延伸。通過課程設計，學生可將各章節知識歸納為一個有機整體，使其完整化和系統化，并以實踐作業的形式呈現出來。課程設計包含食品項目建議書、可行性分析、工藝流程、要點分析、廠址選擇、廠區總平面圖、豎向布置圖、年產量、班產量計算、物料衡算、設備選型、車間平面布置圖、管道設計圖等。課程設計以實際生產為藍本，以工藝設計為主，體現實踐性和應用性。

2.3 創新教學形式，改革考核方式

在教學過程中，借助多媒體，利用雨課堂等工具，多維度展現工藝設計細節，強化工科深度，如：在學習工廠建筑結構時，可以借鑒現代建筑工藝，采用三維動畫的形式進行講解；在學習管道設計時，可通過展示奶制品廠生產車間結構圖和生產視頻進行學習，使課堂不但生動有趣，還可加深學習印象，達到理論與實踐深度融合的目的。從課前學習分析、任務完成、成果展示、成果改進、教學完善、結果評價等多角度建立對學生的綜合評價體系。課程考核由過程性考核和期末考核兩部分構成，各占50%。過程性考核主要包括平時考勤、繪圖作業、老師評價、課堂測試等環節，期末考核以課程設計成績進行衡量，包括指導老師打分成績和小組答辯成績。考核方式中理論和實踐并重，有效地強化課程目標，加強工科深度。

3 結語

在“新工科”背景下，以CDIO理念為指導思想，以提高課程教學質量，強化工科深度和提升學生專業素養為最終目的，探索“食品工廠設計與環境保護”教學改革。經此課程教學改革后，學生的識圖、制圖和全局布局能力得到了較大提升，能夠從工廠建設和工藝流程的角度，較好地串聯起整個生產過程，具備了選址—廠區布局—產品方案制訂—物料衡算—設備選型—車間設計—管道設計的綜合作業能力。綜合來看，此次教學改革達到了預期目標，教學設計更加完善，教學質量明顯提高，學生工藝設計能力顯著提升，工科素養不斷增強。