新工科背景下基于CDIO模式的教學內容改革與實踐

趙培均 雷萌萌 李倩 張波波 高曉平

為了深化工程教育改革，推進工程教育強國的建設與發展，教育部在2016年提出“新工科”建設要求，近年來高校新工科教育建設已進入實施階段。相比于傳統工科教育，新工科教育提出著重培養符合未來新興產業與新經濟需求的，具有工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才。這要求學生不但精通本專業，還應當具有理解并運用交叉學科的能力?！肮δ苄允称穼W”是一門立足于食品專業基礎上，密切融合營養學、醫學、藥學及生物化學知識，并且涉及產品設計與開發、商業運營及相關法律法規的應用學科，因此，本課程具有較強的交叉學科的特點。

為進一步符合新工科的培養目標，本課程需要學生了解應用于功能性食品的新型功能性成分及其新機制，并且在產品設計過程中增強創新意識，深入了解產品設計流程，以及了解大數據及AI人工智能等新型智能工具在功能性食品設計及制造中的應用。然而，現有教學模式較為陳舊，知識更新較慢，課堂智能化不足，已不能滿足當下新工科的教學需求及市場對人才的知識儲備要求。

教育部在2017年發布的《關于開展新工科研究與實踐的通知》中提出，要在CDIO等工程教育模式的基礎上，開展深化產教融合機制和人才培養模式的改革研究和實踐。因此，研究如何通過CDIO教育模式設計特定環節，將多學科知識及創新意識融會貫通傳授給學生，有助于學生成長為“學有專攻、多專多能”的新型食品人才，符合“新工科”對當下及未來的人才培養需求，對提高食品專業教學質量，促進學生的職業適應性，實現新工科“卓越工程師”的培養目標具有重要意義。

1.新工科背景下CDIO教學模式在功能性食品學課程教學中應用的可行性

CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）是近年來國際上流行的工程類專業教育模式。CDIO于2000年由麻省理工學院等四所國際大學為了解決大學教育與實用性的落差問題而創立，自2008年引入中國以來，已在國內各大工科類專業中具有一定的推廣度及應用基礎。CDIO四個字母分別代表“構思、設計、實現和運作”，從這幾個方面入手，以產品開發周期為載體，引導學生從被動到主動，從書本到實踐，以及從單學科到多學科的學習方式的轉變。新工科致力于培養基礎知識扎實、工程能力強、綜合素質高的新型工程師類人才，這與CDIO工程教育的培養目標相一致。因此，CDIO是一種適合于新工科培養需求的教學模式。

CDIO教學方法提倡以產品開發流程為主線，將企業模式或項目創新模式結合起來，把知識學習融入產品開發環節的流程中，使學生在實踐中獲得專業知識。該教學模式不但能夠使學生更好地理解各部分知識在實際生產環節中是如何使用的，還能提高學生的積極性及創新能力。通過課堂理論教學、實驗操作等方式使學生掌握功能性食品的基礎知識及開發方法，了解行業發展趨勢，將學生培養為符合新工科培養要求的功能性食品開發工程師等專業人才。

2.功能性食品學課程教學過程中存在的問題

2.1自主學習能力較弱

本課程是在完成營養學、生物化學知識的基礎上于大三上學期開設的。學生自主學習能力較弱的問題體現在兩個方面：一是學生對以往學習過的知識會有遺忘情況，但課前不主動復習，導致上課時回憶不起來相關基礎知識，缺乏知識連貫性。二是學生不主動關注學科動態，缺乏對功能性食品市場的了解。這些問題導致學生課堂參與度較低，積極性減弱。

2.2創新精神不足

受多年來應試教育的影響，學生僅關注書本知識，認為能夠應付考試便能夠達到課程學習目標，缺乏大膽設想，勇于創造的理念。比如，老師提問學生認為可以將產品設計為什么樣的形式，使消費者更樂于購買？學生往往趨于保守的回答，缺乏想象力及創造力。再加上教學模式不夠與時俱進，無法引起學生的足夠興趣，使學生更加依賴老師的課堂教學，缺乏思考及創新的積極性。同時也導致了學生對一些教學環節缺乏配合度，課堂反應熱情度不高。

2.3缺乏現場實踐教學

在現有教學模式下，課堂教學知識的更新速度還趕不上行業的發展，很難向企業輸送直接匹配企業需求的工程師。雖然在本專業其他實習觀摩類課程中，已經安排學生對速凍食品、肉制品等食品工廠進行參觀學習，但缺乏功能性食品相關企業實踐教學項目。這使學生難以深刻理解各類功能性食品在實際生產中從無到有的整個流程，并且對生產中易發生的問題體會較少，難以滿足學生對真實應用的教學需求。

2.4課程考核方式較為單一

目前本課程的考核環節以期末閉卷考試成績、課堂表現及平時作業成績構成。缺乏授課過程中多樣性的考核環節，方式較為傳統。這些環節設置缺乏引導學生配合教學環節的積極性，仍然主要考察書本知識，弱化了對實際應用能力的評價。

3.功能性食品學課程改革目標及方法

3.1項目式教學

項目制教學方式是CDIO教學模式的常用手段，通過學生組隊共同完成項目的方式將常規課程知識有機聯系起來。本課程將以功能性食品產品設計項目為載體，讓學生自行組成團隊，通過前期調查選擇感興趣的產品，在項目實現的整個過程中協助合作，從產品設計到產品生產，從宣傳策劃到產品推介，全面提升學生對基礎知識的把握，對前沿科學的理解，對相關法律法規的把控，以及在各個環節中的創新能力。同時還能提高學生的溝通能力、系統思考能力及職業道德修養。

3.2現場式教學

CDIO教學模式強調通過實踐提升學生的動手能力，并從該環節深刻感受知識應用。因此，本項目將通過多種方式加強學生對實際生產的學習體驗。比如一方面可以邀請企業管理人員作為行業導師到課堂中做知識分享，加強學生與企業的溝通，另一方面可以組織學生到工廠區實地考察學習。同時，可以通過模擬實驗室及仿真工廠等智慧課堂工具，使學生了解不易實現的實驗項目及生產過程的細節，并引導學生從實際生產中發現問題，提出問題，以期發現新知識，引起新思考。通過該環節，可以提高學生的動手能力、邏輯思維能力及思考能力。

3.3過程性考核

改進現有傳統的考核形式，增強過程性評價考核，全面考察學生在“構思、設計、實現、運作”整個過程中的表現。比如，將課前作業、課堂知識點小測驗、團隊合作成員互相打分，以及課堂參與度納入考核評價體系，依據CDIO要求，全面考察學生的個人能力、團隊合作精神以及工程系統能力。通過該環節，能夠提高學生的團隊合作意識及學在平時的學習習慣。

4.功能性食品學課程教學改革的實施方案

4.1CDIO項目制教學模式的構建

在課程開始初期，讓學生自行組成團隊，在前期市場調研及文獻調研的基礎上選擇感興趣的目標人群、相應的產品類型，以及適用的核心功能性原料，以此為依據進行產品設計，并在課下收集消費者購買意愿及產品評價。在之后課堂上的項目匯報環節，每個成員都需將自己承擔的工作進行匯報，同時，要選擇市面上的對標產品，陳述自己產品的優勢和創新性。使學生在此過程中能夠充分掌握功能性食品的產品設計原理，了解功能性食品的原料特點和相應的產品類型，能夠為特定的目標人群設計相應的產品，在環保、安全、合法合規的條件下優化產品方案，并提高學生的創新意識及團隊合作能力。

4.2線下線上相結合，提高學生主動性

通過課前作業的方式，將需要用到的基礎學科知識點融入其中，督促學生提前預習在大一大二學過的基礎知識，使學生在上課時快速回憶起基礎內容。同時，在學習通平臺設立答疑群，解答學生疑問，以彌補課堂不足。另外選擇功能性食品相關的正面及反面紀錄片或影片，讓學生在課后觀看，并提交觀后感，幫助拓展學生視野，培養學生批判性思維。

4.3引進企業導師，加強產學溝通

將教學與實際生產結合起來，企業導師在教學過程中可以向學生提問在實際生產中遇到的問題，讓學生提供解決方案，考察學生知識利用的情況。同時，開設工廠現場教學。學生在參觀工廠的過程中，通過代教老師充分了解產品生產的整個工藝流程，認識工廠結構及生產設備。

4.4考核評價改革

以過程評價為主，期末考試成績為輔。而在過程評價環節，除了團隊答辯、團隊作業、上課表現等環節的考核，再引入團隊成員互相打分的考核機制，促進學生的團隊協作意識。此外，引入加分機制，如鼓勵學生以自己團隊的產品參加各種創新創業比賽，通過該環節提高學生的創新積極性，對參加比賽的團隊成員給予加分獎勵。

結語

功能性食品學課程教學改革基于新工科人才培養目標，依托CDIO教學模式，優化了教學內容，改進了教學方法，豐富的評價機制，有效彌補了傳統教學過程中存在的問題及不足，提高教學的趣味性及學生的課程參與積極度。同時，充分利用企業資源及智慧課堂對學生能力進行全方位的培養，提高學生理論知識掌握及實際應用轉化的能力。

基金項目：

河南農業大學2023年教學改革研究與實踐項目（2023XJGLX068）；

新工科建設背景下一流本科課程食品毒理學對分課堂研究（2022XJGLX037）；

河南農業大學專創融合特色示范課-食品毒理學（2023KC45）。

作者簡介：

趙培均（1988.03-），女，河南鄭州人，講師；主要從事《功能性食品學》《公共營養與社區指導》等教學工作和天然產物功能及機制等研究工作。

*通訊作者：

高曉平（1976.09-），男，河南安陽人，副教授；主要從事《食品毒理學》《食品安全學》等教學工作和畜產品加工與質量安全控制等研究工作。