基于現代工程教育理念的食品機械與設備課程教學改革與實踐

摘 要：CDIO工程教育理念是以培養創新型工程應用性人才為目標的一種新型教育模式。本文針對食品機械與設備課程當前教學中存在的問題，將CDIO工程教育理念引入到該課程教學改革中，著重從理論教學、實踐教學和教學效果評價等方面進行研究；探索了靈活多樣的教學方法，開展了多元化的實踐教學，建立了科學合理的教學效果評價體系。實踐表明，通過實施教學改革，本課程取得了較好的教學效果，培養了學生的自主學習和創新能力，提高了學生的綜合素質和工程實踐能力。

關鍵詞：現代工程教育理念；食品機械與設備；教學改革

隨著全球經濟競爭越來越激烈，對高素質創新人才的需求也越來越緊迫，特別是對創新型工程人才的需求更為迫切。近年來工程人才短缺和工程教育質量問題是我國教育領域面臨的共同問題。為此教育部聯合有關部門實施了“卓越工程師教育培養計劃”，目的是培養出滿足社會需求的具有較強的學習、創新、實際操作和環境適應能力的創新型工程應用人才[1][2]。

CDIO現代工程教育理念是國際工程教育改革的最新成果，是一種全新的教育模式。CDIO是構思（conceive）、設計（design）、實現（implement）和運作（operate）的英文縮寫[3]。該教育理念是將教育過程融入到產品生命周期的具體環境中，讓教師以主要知識點來構思問題，設計一定的初始狀態、認知操作和最終目標，使學生參與到整個教學過程中，既能夠積極主動地學習，又能在實踐中得到能力培養，達到“教”“學”“做”三者之間的有機結合[4][5]，從而培養出具有良好的團隊協作和溝通交流能力，學習、創新和工程實踐能力強的高素質工程人才。

CDIO教育模式能很好地解決我國高等教育中重教學輕實踐，學生實踐操作技能差，自主學習能力不足等瓶頸問題，可有效解決教與學的矛盾[6]。食品機械與設備是食品科學與工程專業的重要專業課程，主要介紹典型食品工廠中常見的物料輸送機械，以及清洗、分離、混合、成型、干燥、殺菌、熱處理等單元操作設備，內容涉及各種設備的結構組成、工作原理、性能參數和操作方法等方面。該課程是一門工程性和實踐性都很強的課程。

一、當前課程教學中存在的問題

食品機械與設備是以工程為基礎的專業課程。該課程的特點是設備種類多、結構復雜、內容信息量大、知識點多、要求學生具有較強的空間想象力和較寬的知識面[7]。因此在教與學的過程中往往存在很大困難，學生普遍感到枯燥乏味，信心不足。實踐教學表明，傳統教學模式對課程教學帶來了一些問題，主要表現在以下幾方面：

（一）理論教學與行業發展脫節。目前我校《食品機械與設備》課程教學內容主要是講授食品工廠中一些典型的機械設備，重點介紹設備的結構及工作原理。然而隨著我國工業化、現代化技術的快速發展，食品機械行業的發展也非常迅猛，涌現出許多新的加工設備，這些新技術、新成果不能夠及時編入教科書中，如果教學內容僅來自教材，就會造成教學內容陳舊、過時，課堂教學與行業發展脫節。

（二）實踐教學與工程應用脫節。由于學校對實驗教學設備的投入少，現有實驗設備的類型和數量嚴重不夠，從而導致實驗教學內容單一。目前僅開設了噴霧干燥實驗、馬口鐵容器的封罐與質量檢測實驗，且基本上是多個學生共用一臺實驗設備。

（三）教學方法缺乏創新，學生學習主觀能動性不夠

由于受到諸多教學條件的限制，目前該課程教學仍主要是教師全程講授，采用單向灌輸的教學形式，學生被動接受，不能體現其作為教學主體的角色作用。結果導致學生學習喪失興趣，教師教學缺乏激情。因此，這種教學模式只注重知識傳授，忽視了學生學習主觀能動性的發揮和實踐能力的煅煉，很難達到工程能力培養的目的。

總之，現有的食品機械與設備課程教學體系存在各種不足和弊端，與當前社會對食品工程專業人才的要求尚存在一定的差距。如何運用CDIO教育理念，對該課程的教學體系進行改革，擬定并執行可行性強的課程教學改革方案，達到培養食品工程專業所需的高素質的應用型工程人才的目標顯得非常必要。

二、食品機械與設備課程教學改革方案

（一）理論教學方法改革

1.理論教學要與食品加工新技術接軌

理論教學是食品機械與設備課程教學最重要的環節之一，通過講授食品加工機械的基本結構、原理、操作方法及應用，使學生具備一定的工藝設計、選型和工程應用能力[8]。但是，隨著高新技術不斷在食品工業中得到應用，食品機械與設備的更新非常快，因此食品機械與設備課程教學要緊跟食品工業高速發展的步伐，將一些新技術、新設備融入到課程教學中。如近年來發展較快的超高壓設備、無損檢測裝置、超臨界萃取分離裝置、無菌包裝設備等新設備已在食品加工中得到廣泛應用，但是多數食品機械教材并沒有包括這些內容。因此需要教師不斷更新知識點，使學生能夠了解和掌握相關的新技術、新裝備。

2.采用靈活多樣的教學方法

食品機械與設備課程教學中要能將CDIO的教育理念有機地貫穿于教與學的各個環節。采用靈活多樣的教學方法和教學手段，激發學生學習的積極性。

（1）案例形象化教學法

講授一些典型的食品機械設備時，通過形象化的實際應用舉例，提高課程的實用性和學生的感性認識。例如在講授均質機和高溫瞬時殺菌設備時，列舉橙汁、桑果汁等飲料加工生產線的案例，介紹均質機、高溫瞬時殺菌設備在果汁生產中的作用和重要性；再通過觀看果汁飲料生產線的視頻錄像，或讓學生進入相關的果汁加工企業參觀實習，讓學生熟悉并掌握這些食品機械設備的結構、工作原理及實際應用。

（2）互動式教學法

互動式教學法是基于現實問題以學生為中心的教學模式，通過設計問題引導學生自主學習，符合CDIO教育模式注重發展學生思考和解決問題能力的教學理念。互動式教學法按照“教師提出問題-引導學生分析問題-指導學生研討-學生得出結論”的教學思路，精心設計教案。比如在物料清洗設備的教學過程中，教師先提出問題“白菜、蘿卜等蔬菜是如何進行清洗的”，然后引導學生去分析思考“這兩種蔬菜的組織結構是否相同？應采用什么方式才能達到清洗目的？是否可采用相同的設備進行清洗？”最后老師組織學生研討這些問題，讓學生提出自己的見解。這種互動式的教學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。

（3）實物教學法

實物教學法是以現場實物為教學對象，進行直觀的講解和分析的教學方法。它能將設備的結構更直觀地展現在學生面前，有助于理解和掌握理論知識；通過實際操作培養學生運用知識于工程實踐的能力。在食品機械與設備課程教學過程中，當條件許可時，可將理論課搬進實訓基地進行現場教學。如在講授爪杯式柑橘壓榨機時，我們采用實物教學法，讓學生在現場先觀察設備的結構和工作過程，并動手拆卸設備，讓學生了解該設備的撥果機構、壓榨機械和汁渣分離機構，讓學生思考為什么這樣設計？對果汁的品質有何影響？通過現場教學，提高了學生的感性認識，對理論基礎知識掌握得更加牢固，起到事半功倍的效果。

（二）實踐教學方法改革

食品機械與設備課程實踐教學與理論教學是相輔相存的有機統一體。通過實踐教學可加深學生對理論知識的理解和掌握，提高解決實際問題的能力，是符合CDIO模式所要求的培養創新型、工程型人才的教育理念。在實踐教學中，通過構建基礎型實驗、綜合設計型實驗、教學實習和科研創新實驗等多層次的實踐教學平臺，讓學生在實踐中學習，培養創新意識和工程應用能力。

三、結語

為提升食品科學與工程專業學生的工程實踐能力和創新能力，培養具有解決食品加工過程中實際問題能力的高級工程技術人才，我們在食品機械與設備課程教學改革中引入CDIO教育理念，通過分析課程教學中存在的主要問題，從理論教學、實踐教學、課程教學效果評價等方面進行改革；探索靈活多樣的教學方法，充分調動學生學習的積極性、主動性，開展多元化的實踐教學；建立科學的教學效果評價機制，全面考核學生綜合素質和理論與實踐能力，完善課程考核機制。這種課程教學改革對培養符合現代食品加工企業所需要的高素質工程技術人才有著重要意義。

參考文獻：

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[2] 雷慶，王敏.從襄樊程視角看工程設計能力培養[J].高等教育研究，2011（5）：18-22.

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[4] 梅怡，梁貴萍，林蕓，李疆.CDIO教學模式在液壓與氣壓傳動課程教學改革中的實踐[J].貴陽學院學報（自然科學版），2014（4）：71-77.

[5] 周愛梅，劉欣，趙力超，劉曉娟.基于CDIO理念的食品化學課程教學改革[J].食品與機械，2015（2）：277-280.

[6] 顧佩華，包能勝，康全禮，陸小華，熊光晶，林鵬，陳嚴.CDIO在中國（上） [J].高等工程教育研究，2012（3）：24-40.

[7] 黃曉杰，孟鑫，劉崑.食品機械設備課程教學模式的探究與實踐[J].農業科技與裝備.2015（2）： 87-88.

[8] 田昊，唐鳳仙，單春會，李應彪.關于如何提升食品機械與設備課程教學效果的探討[J].農產品加工，2015（7）：85-86.