CDIO理念下的食品化学实验课程设计实践

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【摘要】食品化学实验是食品科学与工程和食品质量与安全两专业的一门专业基础课和主干课程，如何提高学生的学习热情、动手能力和创新能力一直是实验教学面对的最大挑战。本文结合cdio的教学理念和培养模式，提出以“系统型、创新性、能力型、自主型”的应用型人才培养目标，并以“学生为主、实践相结合”的组织方式进行食品化学实验教学模式改革和探索，从而达到在教学过程中培养学生自主学习能力、创新实践能力、团队协作精神、交流能力以及精细思维的教学效果。

【关键词】食品化学实验；教学模式；CDIO理论；创新能力

CDIO是构思（conceive）、设计（design）和实现（implement）、运作（operate）的英文简写，由美国麻省理工学院、瑞典林克平大学、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典皇家技术学院等4所工程大学共同发起，23所来自全球各区域的大学参与，合作开发的一个国际工程教育合作项目，建立的一个新型的工程教育模式[1]。该模式主要以培养高水平应用工程师为目标，以先进科技为基础，将教育教学过程融入到产品、系统生命周期的实际情境之中，强调实践在工程教育中的重要性[2]。由于我国的传统教育偏重于课本理论知识的教育，百分之九十以上学生很少有机会参与系统的有团队协作的工程项目或者其他创新训练项目，为此培养出来的学生在解决实际问题的能力方面往往表现欠佳。如何把以往的“知识储备型学生”转化培养为“创新实干型学生”，进而能够培育出具备一定相关专业知识技能，同时有比较好综合创新能力的应用型毕业生，使他们具备较强的创新能力、团队协作精神和精密思维的能力，这也是当前理工类高校亟待解决的教育改进问题，然而CDIO教育模式正是解决该问题可行的重要探索途径[3，4]。食品化学是利用化学的理论和方法研究食品本质的一门科学，即从化学角度和分子水平上研究食品的化学组成（七大类营养素、风味物质、食品添加剂、酶、色素等）、分子结构、物理化学性质、营养性和安全性质以及它们在生产、加工、储藏和运输过程中的变化及其对食品安全性和品质的影响，属于应用化学其中的一个分支[5]。食品化学实验是基于食品化学理论知识的实际应用体现和验证，是培养学生牢记理论知识和提高动手能力的良好平台。2014年3月，教育部明确指出改革方向，以应用技术型为办学定位，全国普通本科高等院校中，有600多所（约占1/2）被要求根据实际情况逐步向应用技术型大学转变。我校2015年《韶关学院章程》文件中指出，将建设特色鲜明、优势突出的高水平应用型大学。要求应用技术型人才的培养过程中要特别注重解决实际问题的能力的培养。因此实验课程更应在此时体现其不可或缺的作用。作为食品化学实验任课教师或者教研团队更应该严格要求自己，努力提高食品化学实验教学模式，使其适应应用技术型人才的培养需求，培养出具有创新精神和实践能力的应用型高级人才。本文提出基于CDIO理念的《食品化学实验》课程教学改革。主要从构思、设计、实施、运行四个方面系统地、积极的进行改革与探索，旨在提高我校食品化学实验教学质量。

1教学理念改革

当前我国高等教育的教师普遍存在授课模式单一、授课内容偏向理论知识、缺乏与学生互动等教学问题，传统教育模式过多表现出教师的主体性，然而学生的实践操作能力和团队协作能力都很难有机会得到提高[6]。CDIO教学模式对教师的教学能力和综合能力有了新的要求，教师要做学习的引导者、课程的设计者和综合的评估者，不再只是知识的讲解者、传播者和考核者[7]。从学生角度出发，我们更应该坚持“以学生为本”的教育理念，为学生自主发展创造条件和空间。课堂不能只是教师的课堂，应该把课堂还给学生，让学生有从分的时间学习、思考、提问，真正体现出学生的课堂主体地位。因此，首先对实验教学理念进行改革探索，要求教师先按照CDIO理念努力提升自身的综合能力，并按要求在实际的教学过程中根据这一理念进行教学实践。学生需要充分展现出CDIO教学的主体地位，广学多识、多思考、多实践，达到师生的融洽互动。从而将一味向学生灌输食品化学实验固定操作，改为引导学生培养良好的自主学习能力、实践创新能力以及团队协作精神等。

2实验教学模式改革

CDIO理念下的实践教学，应更加强调学生的构思-设计-实现-运作的整个系统运作能力。因此教学团队在实践教学理念上更加强调学生在“做中学”，并且构建了不同层次的实践教学平台，让学生在实践中学习，培养创新意识和应用能力。2.1C实验项目构思实验项目构思是一个很重要的阶段，如何在理论知识和生活实践中帮助引导学生发现问题，确立合适的项目是基于CDIO的创新实验平台顺利实施的关键[8]。实验项目构思的好坏取决于学生理论知识的接受、教师的引导和学生的社会实践三个方面。为适应应用型人才培养和CDIO理念的需要，食品化学实验项目改革尤为重要，在实验条件满足和教学大纲范围内的基础上，完善实验项目，在教师和学生的共同参与下适当调整个别实验项目，或是改进实验方法，教师引导，学生根据上课所学和实习所见自主选择。充分考虑与食品工业生产实际相联系，以解决实际生产问题来构思。例如：学生通过理论知识了解到果胶是一种天然高分子化合物，具有良好的胶凝化和乳化稳定作用，广泛应用于各类食品中，食用安全。然而学生们在实习过程中遇到不少果胶应用的例子，比如果冻的生产、糕点硬化的需要以及果酱等的制作。但是果胶生产的工厂确实比较少了解，因此对果胶产生了很大的兴趣。经资料查找和整理，发现不同果皮中果胶含量差别较大、果皮颜色也不一，最终选择了“天然果胶的提取制备”实验。另外，学生在上课过程中了解到，食用油除了可以食用外，还可以用来制作肥皂，但是又不是所有油脂都适用于肥皂的生产，因此对肥皂的制作格外关注，最终选择“油脂水解、皂化实验（肥皂的制作）”实验。2.2D实验方案设计实验项目设计是实验实践的精髓，实验效果、实验技术、经济与否、保护环境以及社会需要均应该在设计过程中得到反映和体现。在实验项目构思好后，学生可以在原实验讲义和教师的引导下对实验方案进行设计。首先学生需要清楚实验目的、熟悉样品的物理化学性质，明确解决实验的关键方法，明确设计思路，包括资料查找、整理→方案的初步设计→团队讨论→教师指导→方案优化等过程。这些工作需要实验团队在教师的指导下合作完成。为了保证实验的实施，实验室设备种类、台套数和场地的大小需要准确告知学生，教师需进行全面指导。要求尽量做到方法简单、方便快捷、节约环保，实验效果最好。例如：“天然果胶的提取制备”实验中，为了使果胶的产量提高，首先把果皮切粒加热钝化果胶酶活性，准确调整溶液pH值。为了产品更纯净、减少提取步骤，将柚子先进行去皮处理，同时还可以为后续的脱色、脱脂省去大量时间，提高效率。“油脂水解、皂化实验（肥皂的制作）”实验中，为了得到更好的肥皂，需要根据不同油脂的硬度和皂化值进行计算得出最佳配比。同时确定最佳皂化温度可以在提高效率的前提下，得到的肥皂既细腻，去污能力又强。2.3I实验实施过程在顺利完成实验项目构思和实验方案设计阶段后，充分利用实验设备和实验室其他条件进行实验操作实施，主要包括学生预习情况抽查、设备熟练程度、关键操作步骤的探索与实施、实验条件优化，达到实验目的。实验实施过程是一个综合考核团队对前面设计阶段的熟悉和检验是否可行的过程，是考验团队协作能力的过程。同时，也是提高学生系统开发制作能力的阶段。首先，为了进一步巩固和拓展团队对实验方案设计的熟悉程度，在实验实施阶段通过知识问答的形式鼓励每个团队查找资料，进一步系统的熟悉实验重点知识。例如：实验一“豆粕中蛋白的提取分离”中，提出“蛋白质提取方法有哪些，并简述各自原理及其优缺点？并写出一种与讲义不同的工艺流程，及其所需试剂与设备的种类与用量？”，要求每个团队（4人1小组为1团队）根据集体所了解或者所查找到的资料进行解答。每个团队积极参与，给出了不少不错的答案。另外，在实验项目实施的同时，要求每个团队自己例举实验试剂和仪器清单，根据清单每个团队自己完成实验准备，大多数团队能够很好的完成，只有部分团队会有少量仪器设备未能及时配备，影响了实验的实施，这个过程是为了让每个团队养成独立完成实验的能力，培养学生的整体意识和创新意识。由于实验中不少实验细节是由学生团队自己提出的，所以他们的兴趣明显提高，实验中的设备也有提前主动去了解，因此实验实施比较顺利，也比较节约时间。很好的激发学生们的学习积极性。2.4O实验结果展示相对于实验来说，项目运行主要是实验结果的展示，主要包括实验报告的书写和实验成果的展示。普通的实验结束后，会要求学生简单完成实验报告，但是本次实验结束后不仅要完成实验报告各部分内容，还需要要求学生实验成果拍照打印出来共展示。同时，将实验过程中的材料也一并上交，包括问题解答、实验设计清单等。本学期实验完成后，通过笔试来完成最后的考核。通过多方面的综合考虑来评价学生的实验效果。

3改革成效与讨论

实践证明，基于CDIO理念下是食品化学实验教学改革取得了良好的教学效果。学生调查表明，有超过95%的学生反映，在新的实验教学模式下，他们自主学习食品化学实验相关知识的能力大幅提升，自学能力和实验综合设计能力也得到极大的提高，同时以团队模式的合作学习，使得同学们更加注重个人能力、团队精神和精细思维的培养。CDIO四个教学阶段的系统改革，使得学生清晰感受到独立完成整个实验过程的重要性，每个阶段都是完成实验过程的有机组合、缺一不可，可以很好的培养学生的自主创新能力。同时，在实验改革过程中也遇到一些问题，需要以后进一步改进。例如，实验构思阶段，这是一个集思广益的阶段，同时跟大家的所见所闻息息相关，因此要完全做到既满足社会先进生产的需要，又能极大地激发学生的兴趣难度较大，只能不停的改革跟进，做到与时俱进。再者，实验设计阶段，不少好的实验设计因得不到的实验设备的配置而不得止步，这些有待学校进一步完善。4结束语经过近一年的食品化学实验的探索与实践，取得了良好效果。基于CDIO的实验教学的改革与实践不但明显的促进了实验教学质量，还激发了学生对食品实验课程的浓厚兴趣。同时，培养了学生的整体意识，提高了学生的自主学习能力和团队协作能力，多角度的培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。全面促进了学生实验设计和实验操作的能力，为配合高素质应用型人才打下坚实基础。因此，该实验教学改革值得进一步的探索和推广。

参考文献

[1]王亚良,张烨,陈勇,等.基于CDIO的实验项目开发与实践[J].实验技术与管理,2010(2):119-121.

[2]邵秀芝.基于CDIO理念的《食品化学》课程学习评价多样化的研究[J].教育教学论坛,2013(2):71-72．

[3]赵跃民.实验室是大学的核心竞争力[J].实验室研究与探索,2005,24(2):1-4.

[4]陈耀溪,鲍鸿.新人才培养战略下的实验室建设与管理研究[J].实验室科学,2008(1):128-130.

[5]阚建全.食品化学[M].北京:中国农业大学出版社,2008:2.

[6]曹淼孙,梁志星.基于CDIO理念的工程专业教师角色转型[J].高等工程教育研究,2012(1):88-91.

[7]王硕旺,洪成文.CDIO:美国麻省理工学院工程教育的经典模式[J].理工高教研究,2009,28(4):116-119．

[8]陈友媛,郭秀军.全方位构建实验教学与实验室管理体系[J].实验室研究与探索,2010,29(12):163-166.

作者:刘日斌 朱建华 叶俊 邹秀容 单位:韶关学院英东食品科学与工程学院