“教、學、做”一體化的CDIO教學模式探索

李彥 王建輝 劉冬敏 方芳 張博 馬夏吟

摘? 要：CDIO教育理念強調“教、學、做”一體化，食品科學導論課程組教學改革模板設定為選擇食品專業2020級1班為試點，劃分為7個學習項目小組，組長由學生選出，每組有5～7名學生，組長帶領小組成員完成相應的工作和任務安排。學習項目涉及到理論基礎，實踐操作，團隊合作，教師在整個教學過程中承擔的主要作用是對學生進行必要的理論指導。同時，幫助學生完成理論教學的擴展要求，積極調動學生學習的主動性和積極性，以新的課程框架反映新的教學思路。

關鍵詞：食品科學導論；CDIO教學模式；一體化教學；教學設計；教學實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）S1-0101-05

Abstract： On the basis of a comprehensive understanding of the CDIO education concept， the project reform of Introduction to Food Science course was determined as the breakthrough point. Class 1 of Biology Level 19 was selected for pilot and divided into 5- 7 project working groups with 7 students in each group， recommended by the group leader， responsible for work progress and task arrangement of group members. A total of four learning work projects were designed in each project where theoretical foundations were involved and teachers guided students in the necessary theoretical preparation. At the same time， it inspires students to complete the basic requirements and expansion requirements of the project， and gradually improves students' knowledge through gradual learning.

Keywords： Introduction to Food Science; teaching as one CDIO Teaching Model; integrated teaching; teaching design; teaching practice

CDIO工程教學方法是近年來全球工程技術教學變革的更新結果。從2000年開始，由麻省理工學院與瑞典皇家工學院等四所高校組成的全球研發機構，通過歷時4年的探討與研發，建立了CDIO工程技術教學方法理念體系，并建立了以CDIO為名稱的海外合作機構[1-3]。CDIO模式的過程有設想（Conceive）、課程設計（Design）、執行（Implement）和操縱（Operate），它以從技術開發到實際操作的全生命周期工程為主要內容，使學習者以自主的、實踐的、各學科間有機聯系的方法，掌握工程技術的基本理論、技能和經驗[4-5]。其教學大綱符合了美國政府、加拿大以及《華盛頓協議》中各國主要職業工程人員機構對工科課程的規定，其課程框架也反映了新的教學思路[6]。

一? 改革教學模式的主要思路

在全面掌握CDIO教學理念的基礎上，根據本科教學目的和要求，經過進一步學習研究、確定以食品科學導論的教學項目化改革為突破口，在教學方法上加以革新，首先選擇2020屆食品專業一年級學生開展試驗，并劃分為7個項目化工作小組，每組7名學生，由各組同學推舉出組長，承擔課程項目進度，對學習小隊組員的任務進行布置。設計了多個學習性項目，在每一項中，都包括了一定的理論知識基礎，由教師引導學生做好必要的理論知識準備。同時啟發學生如何完成項目的基礎要求和拓展要求，并按照項目內容由淺入深的原則，經過循序漸進的實操練習，逐步增加和豐富學生的知識面[7]。

由于本課程的主要特色是綜合性較高，學校為了提升學生素養，特別強調技能訓練，在提升傳統課堂內容設計的基礎上，對原來的傳統課堂設計的教學內容和實踐性過程進行了多方位的改造，我們的基本思路是：利用CDIO的教學思想，緊跟網絡信息時代發展的腳步，通過減少傳統課堂設計，強化實踐性內容的課程，利用好已有的校內外互動實習平臺，逐步摸索出了一種更加有效的CDIO教學方法，讓學生從實踐動手技能、自主創新、團體協作能力等方面得到提高，為其他工科專業學生的工程教學改革摸索了一種路徑，并發揮了以點帶面的效果。

二? 教學操作程序與教學模式特點

作為食品專業的專業基礎課，食品科學導論這門課程，面對的學生需要培養工程應用背景，因此，教學過程要以學生為中心，課程的核心競爭力是要提升學生“就業能力”，以“學習能力”為基礎，以“專業能力”為主體，以各種“軟能力”為連接，培養的學生應該是有“四項核心能力為導向的食品類專業技術人才”。本課程的所有教學內容設計為7個教學項目，完成項目的形式為任務單元的形式完成。推行“教學做一體”的教學方法，包含任務導向、項目驅動、課堂教學與實踐教學一體化。以食品加工的產品設計與制造這個知識點為例，有著強烈的工程技術應用背景，本課程組在帶領食品2020級1班在統一食品有限公司實習基地，聘請了對方單位的工程師就統一冰紅茶和統一方便面的生產線，進行了詳細的生產工藝介紹，并在會議室就同學們關心的專業問題，任課老師和工程師跟同學們進行了互動和答疑，所以關于食品加工的產品設計與制造的知識點教學設計和實施，教師是通過實踐的工作流程來完成的。總流程包括實施項目引領、課題驅動、課堂教學和實習地工程師講解整合等“教、學、做”一體的模式。另外以乳制品的加工文獻查閱和匯報為例，本課程組老師布置了四個選題：液態鮮乳的市場種類，工業生產的工藝過程、工藝要點；微濾在乳品除菌方面的應用；超濾在干酪制作中的應用；反滲透在乳品工業中的應用，要求學生分組收集資料，查閱文獻并整理，完成課程論文，并在期末進行分組匯報，匯報結果評分由學生評價和老師評價兩部分組成，占比為40%和60%，計入對學生的課程成績評價。

三? CDIO教學模式實踐過程的“教、學、做”三位一體

（一）? 在CDIO教學模式下，每一課程計劃（任務單元）通過構想、制定、執行和實施四個步驟來完成

構思過程要明確任務和任務準備，讓學生知道自己是什么，并思考如何實現。設計階段是項目方案的制定，需要學生自行制定目標方案。執行階段是任務執行，需要學生自行動手完成任務。運作是目標的評估，按照目標要求，對其實現狀況做出評估與反應。

（二）? CDIO教學模式特色：“教、學、做”一體

1? 教師充分調動學生學習過程的積極性和主動性

CDIO模式以學生為中心，以理論聯系實際的教學方法進行，在項目教學中充分調動了學生的積極性和主動性，他們有針對性地掌握知識，學以致用，在每個章節理論課老師講授之前，老師都會在網絡教學平臺要求每名學生預習相關章節的內容，并上傳個人預習報告，內容包括章節要點，難點及個人興趣點，課題教學過程中，老師會結合同學們的興趣點，以工廠實際進行案例教學、情景教學、翻轉課堂的方式，達到調動學生學習積極性的效果；每個章節學習結束之后，也會要求同學們寫“summary”， 就章節內容進行回顧并總結個人收獲。

2? 訓練學生的溝通意識

學校的項目以團隊協作形式進行，學生合做任務活動，包括文獻查閱、PPT制作、工廠和社會調研、實操訓練，通過完成任務訓練團隊協作精神、社交協調技巧。作業形式有小組討論、小組匯報、小組總結，并由學生自主完成小組領導、小組匯報人的選擇，在實踐中溝通和合作，訓練團隊意識。

3? 研究與專業知識、技術交叉結合

課程體系上，將集成化項目設計納入了技能訓練與設計實習計劃中，以能力訓練為核心的實踐項目，以促進學生對知識的全面掌握，并靈活地整合項目與設計的實踐經驗，從而達到了知識、項目與技能的相互結合。

4? 提升學員求職能力，增加求職率

全面介紹食品行業的總體狀況，包括行業歷史、行業發展、行業現狀、行業未來、國內外知名食品企業和集團、國內外知名食品專業高校研究機構及國內外權威食品監督機構等，對學生未來的職業規劃進行指導，著重于根據學生個人興趣進行就業或者繼續深造的提前設計，避免學生為了學習而學習，對人生和職業未來盲目和迷惑，采用CDIO模式，將工學交替用在“做中學”上，使學員的職業技術顯著提高，就業率與再就業能力也明顯提升。

四? CDIO教學模式的實施過程分析

食品科學導論主要講授當前食品科學技術進展的全貌，介紹了食品中營養成分的性質及其作用的基本理論知識。學生通過該課程的學習，不僅應該掌握這些營養成分基本特性和其在食品加工中的性能，并能將這些原理在實踐中應用。使學生能夠充分了解食品科學這門學科并從中有所領悟和收益，食品科學導論是全國高等學校食品科學與工程專業和食品質量與安全專業的主要課程之一，以CDIO模式運行本課程的教學實施分為四個步驟[8]。

（一）? 構思（1學時）

食品科學導論課程具體目標如下。

課程目標1：掌握原料處理、清洗、去皮、離心、過濾和漂白等基于典型加工單元操作的某類食品開發的方法、技術設計（3、4、5、7、8章節）。

課程目標2：能夠運用食品科學的專業知識，對食品工廠設計工程中經濟社會條件進行調查，對廠址的自然條件進行分析，對生產環境進行預測，對產品質量進行預測，并獲得有效結論（1、2、3、4、5、7、9章節）。

課程目標3：能夠運用食品科學導論雙語課的專業知識，撰寫英文報告和設計文稿，并用英文進行PPT陳述發言、清晰表達或回應指令，并具備一定的國際視野（1、2、3、4、6、7、8、9章節）。

根據食品科學導論的課程目標，本課程組采取了多種教學方法的融合，以“食品科學導論”中食品保藏章節教學目標為例，講述CDIO教學模式的基本實現方法。以實物教學法為例，根據食品在加工貯藏過程中的變化原理：①蛋白質的分解，造成高蛋白含量的動物食品如魚、禽、肉、蛋、水產品等食品的腐敗變質。②油脂的酸價和過氧化物增加，造成堅果類的受潮變質“走油”、腌魚、冷凍肉“哈喇”味。③淀粉的衰老，造成饅頭、面包、糕點類高淀粉含量食品的“回生”。④隨著果蔬的吸氧、揮發、變熟，造成其過熟、萎蔫、結構軟化、性能降低，從而引出了這個教學課題的主要對象——食品保藏和處理的基本技術及理論。由老師首先給出基本教學信息，然后講解可使用的教學信息，并解答學生的實際問題；最后由教師下達項目任務單，并給出相應的項目資料，讓學生自己研究與掌握。

自主研究教學法：教師利用查看課本、互聯網等資料、在實訓現場實際研究等手段逐步熟悉工作任務。本課程組在學校網絡教學平臺上傳了食品科學與工程相關的中英文文獻100余篇，要求每名學生都閱讀并寫出“summarize”提交到網絡教學平臺，拓展了同學們對專業的了解寬度，提高了同學們的學習興趣，并在平臺上布置了相關的課程作業選擇題、問答題、論述題等幫助學生了解理論知識。

課堂教學應用的多媒體教學手段包括課件以及雨課堂、騰訊會議平臺等，可以實時檢測學習效果，尤其是疫情期間能保證在校同學和因疫情不能按時返校的同學同步學習，保持校內學生和校外學生學習進度的統一，學生可以開展自主學習，老師予以必要的指導，訓練學生的方法能力，培養學習興趣[9-10]。

（二）? 設計（1學時）

教學方法：頭腦風暴法。班級成立學習小組，老師在教學平臺提出課題，由小組討論制定具體計劃書，包括小組成員分工完成目標描述，并提出任務目標的拓展可能[9-10]。針對學生所提出的計劃書，由老師進行點評，探討學生制定方案的可能性，并進行反饋，學生再加以修正，就這樣反反復復，最后制定方案進行規劃的實施方案。

（三）? 實施（2學時）

在課程教學過程中進行實物講解比較， 以食品保藏章節為例，按貯藏與實際生產的基本原理來分。①生命原則。目的是保護食物的生存活性的保藏方法。如0 ℃的冷藏（一般用作鮮活蔬菜的保藏）和氣調保藏。②裝熊原則。抑制食物中微生物生命活性的保藏方法。干藏要保證含水量小于0.8；凍藏要限制高溫（-18℃為凍藏）；腌漬保藏要以高滲透壓貯藏；生化保藏。③不充分生命原則。通過有益的微生物發酵，產酸或醇來實現保藏的目的，如食品發酵保藏，產品如泡菜、腌菜、優格等。④無菌敷料機理。通過熱處理、微波技術、輻射和超濾凈化技術等手段可以殺滅或抑制細菌，達到保證產品較長時間貯存的目的。

實際訓練：學校教師以小組為單位，利用香腸加工進行舉例授課，通過深入感受和探究食品保藏功能實現，了解食品保藏設計方式與手法，并了解其基本使用常識和設計開發技巧，為培養學生發掘、了解、實際保藏設計開發的基本能力奠定了良好基礎，進而培養學生的實際操作技能。與此同時，任課教師更要注意在組織、技能協調和安全保障等方面的指導與監控。

（四）? 運作（2學時）

食品科學導論主要講授當前食品科學技術進展的全貌，介紹食品中營養成分的性質及其作用的基本理論知識。學生通過該課程的學習，不僅應該掌握這些營養成分基本特性和其在食品加工中的性能，并能將這些原理在實踐中應用。學生能夠充分了解食品科學這門學科并從中有所領悟和收益，食品科學導論是全國高等學校食品科學與工程專業和食品質量與安全專業的主要課程之一。以食品加工的單元操作為例，本課程的翻轉課題教學設計模板如圖1所示，7個小組成員根據任務書的內容完成匯報，并完成一定的實際操作，任課老師和小組成員根據工作的完成狀況做出綜合考核，并進行自評、班級網絡共享和教師考核，通過考核評分表得出班級每名同學的綜合分數。

五? 教學模式實施的保證條件

（一）? CDIO教學模式的實施采用SCL教學方法

SCL教學方法，是以學生為中心方式的英文（Student Centred Learning）縮寫。該教學方法在教學活動中[7]，教師的作用是要應充分調動培訓自我的主觀積極性、興趣和創新性，學生在老師的引導下擴展視野，并以小組形式討論、團體合作等方式來發現問題、獲得新知識。在整個教育活動中，老師以學生為主體起著引導輔助他們的作用。學生作為教學活動的主人、演員，是學習的積極探索者，通過將自己積極主動投入到教學中去以建立對事物的正確認識，從而實現對知識點的全面掌握與了解，老師則是整個課堂教學進程的設計師與推動者，是編劇、也是導師，給他們創造了一種知識的框架與舞臺。

食品科學導論課程教學總體設計教學模式都是以SCL模式教學，從而達到工程認證的教學保證。課程教學手段包括課堂教學、課堂提問、小組討論、小組匯報、文獻閱讀與翻譯、階段性考試、課后總結，工廠參觀等，全面保證以學生為中心的教學理念。

（二）? 實訓室條件

長沙理工大學食品預處理實驗室是湖南省重點實驗室。實訓室有倒置顯微鏡、流式細胞儀、全波段酶標儀等；還具備相應的實驗基地和平臺，包括動物營養學分析平臺、分子生物操作平臺、細胞房以及小型飼料加工設備等。

（三）? 課程教學團隊

加強案例教學，突出實驗分析手段應用。考試方法改革，增加開卷考核，基于工程教育認證培養要求，課程體系/課程評估進行了大調整，加強教學效果的評價，加大了實踐（實驗）和設計教學比重，融科研項目于教學改革項目、專業課程綜合實驗、專業技能訓練、創新訓練。課程團隊老師先后參加了省市級課堂教學競賽、多媒體教學競賽；指導學生參加了中國食品學會的李錦記創新創業大賽并數次獲得國家級獎項；指導學生參加全國大學生生命科學競賽，課程團隊老師還積極進行教學改革項目的研究，打造了省級一流課程，獲批省級重點教改項目立項。

六? 結束語

本文基于CDIO工程教育理念，從改革課程教學模式的主要思路、CDIO教學模式特點、CDIO教學模式實施過程、CDIO教學實施保障條件四個方面，對食品科學導論課程教學模式的改革進行了探索。統計表明，教學模式改革在提升課堂教學效果和質量、工程意識、創新意識和能力等方面取得了良好的效果，主要體現在學生就業單位評價提升、競賽獲獎成果增多、理論和實踐考試成績顯著提高等方面。目前，該教學模式仍在探索和實踐中，期待能有更多成效并能夠應用于相關專業課的教學實踐中。

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