“教、学、做”一体化的CDIO教学模式探索

李彦 王建辉 刘冬敏 方芳 张博 马夏吟

摘  要：CDIO教育理念强调“教、学、做”一体化，食品科学导论课程组教学改革模板设定为选择食品专业2020级1班为试点，划分为7个学习项目小组，组长由学生选出，每组有5～7名学生，组长带领小组成员完成相应的工作和任务安排。学习项目涉及到理论基础，实践操作，团队合作，教师在整个教学过程中承担的主要作用是对学生进行必要的理论指导。同时，帮助学生完成理论教学的扩展要求，积极调动学生学习的主动性和积极性，以新的课程框架反映新的教学思路。

关键词：食品科学导论；CDIO教学模式；一体化教学；教学设计；教学实践

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：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工程教学方法是近年来全球工程技术教学变革的更新结果。从2000年开始，由麻省理工学院与瑞典皇家工学院等四所高校组成的全球研发机构，通过历时4年的探讨与研发，建立了CDIO工程技术教学方法理念体系，并建立了以CDIO为名称的海外合作机构[1-3]。CDIO模式的过程有设想（Conceive）、课程设计（Design）、执行（Implement）和操纵（Operate），它以从技术开发到实际操作的全生命周期工程为主要内容，使学习者以自主的、实践的、各学科间有机联系的方法，掌握工程技术的基本理论、技能和经验[4-5]。其教学大纲符合了美国政府、加拿大以及《华盛顿协议》中各国主要职业工程人员机构对工科课程的规定，其课程框架也反映了新的教学思路[6]。

一  改革教学模式的主要思路

在全面掌握CDIO教学理念的基础上，根据本科教学目的和要求，经过进一步学习研究、确定以食品科学导论的教学项目化改革为突破口，在教学方法上加以革新，首先选择2020届食品专业一年级学生开展试验，并划分为7个项目化工作小组，每组7名学生，由各组同学推举出组长，承担课程项目进度，对学习小队组员的任务进行布置。设计了多个学习性项目，在每一项中，都包括了一定的理论知识基础，由教师引导学生做好必要的理论知识准备。同时启发学生如何完成项目的基础要求和拓展要求，并按照项目内容由浅入深的原则，经过循序渐进的实操练习，逐步增加和丰富学生的知识面[7]。

由于本课程的主要特色是综合性较高，学校为了提升学生素养，特别强调技能训练，在提升传统课堂内容设计的基础上，对原来的传统课堂设计的教学内容和实践性过程进行了多方位的改造，我们的基本思路是：利用CDIO的教学思想，紧跟网络信息时代发展的脚步，通过减少传统课堂设计，强化实践性内容的课程，利用好已有的校内外互动实习平台，逐步摸索出了一种更加有效的CDIO教学方法，让学生从实践动手技能、自主创新、团体协作能力等方面得到提高，为其他工科专业学生的工程教学改革摸索了一种路径，并发挥了以点带面的效果。

二  教学操作程序与教学模式特点

作为食品专业的专业基础课，食品科学导论这门课程，面对的学生需要培养工程应用背景，因此，教学过程要以学生为中心，课程的核心竞争力是要提升学生“就业能力”，以“学习能力”为基础，以“专业能力”为主体，以各种“软能力”为连接，培养的学生应该是有“四项核心能力为导向的食品類专业技术人才”。本课程的所有教学内容设计为7个教学项目，完成项目的形式为任务单元的形式完成。推行“教学做一体”的教学方法，包含任务导向、项目驱动、课堂教学与实践教学一体化。以食品加工的产品设计与制造这个知识点为例，有着强烈的工程技术应用背景，本课程组在带领食品2020级1班在统一食品有限公司实习基地，聘请了对方单位的工程师就统一冰红茶和统一方便面的生产线，进行了详细的生产工艺介绍，并在会议室就同学们关心的专业问题，任课老师和工程师跟同学们进行了互动和答疑，所以关于食品加工的产品设计与制造的知识点教学设计和实施，教师是通过实践的工作流程来完成的。总流程包括实施项目引领、课题驱动、课堂教学和实习地工程师讲解整合等“教、学、做”一体的模式。另外以乳制品的加工文献查阅和汇报为例，本课程组老师布置了四个选题：液态鲜乳的市场种类，工业生产的工艺过程、工艺要点；微滤在乳品除菌方面的应用；超滤在干酪制作中的应用；反渗透在乳品工业中的应用，要求学生分组收集资料，查阅文献并整理，完成课程论文，并在期末进行分组汇报，汇报结果评分由学生评价和老师评价两部分组成，占比为40%和60%，计入对学生的课程成绩评价。

三  CDIO教学模式实践过程的“教、学、做”三位一体

（一）  在CDIO教学模式下，每一课程计划（任务单元）通过构想、制定、执行和实施四个步骤来完成

构思过程要明确任务和任务准备，让学生知道自己是什么，并思考如何实现。设计阶段是项目方案的制定，需要学生自行制定目标方案。执行阶段是任务执行，需要学生自行动手完成任务。运作是目标的评估，按照目标要求，对其实现状况做出评估与反应。

（二）  CDIO教学模式特色：“教、学、做”一体

1  教师充分调动学生学习过程的积极性和主动性

CDIO模式以学生为中心，以理论联系实际的教学方法进行，在项目教学中充分调动了学生的积极性和主动性，他们有针对性地掌握知识，学以致用，在每个章节理论课老师讲授之前，老师都会在网络教学平台要求每名学生预习相关章节的内容，并上传个人预习报告，内容包括章节要点，难点及个人兴趣点，课题教学过程中，老师会结合同学们的兴趣点，以工厂实际进行案例教学、情景教学、翻转课堂的方式，达到调动学生学习积极性的效果；每个章节学习结束之后，也会要求同学们写“summary”， 就章节内容进行回顾并总结个人收获。

2  训练学生的沟通意识

学校的项目以团队协作形式进行，学生合做任务活动，包括文献查阅、PPT制作、工厂和社会调研、实操训练，通过完成任务训练团队协作精神、社交协调技巧。作业形式有小组讨论、小组汇报、小组总结，并由学生自主完成小组领导、小组汇报人的选择，在实践中沟通和合作，训练团队意识。

3  研究与专业知识、技术交叉结合

课程体系上，将集成化项目设计纳入了技能训练与设计实习计划中，以能力训练为核心的实践项目，以促进学生对知识的全面掌握，并灵活地整合项目与设计的实践经验，从而达到了知识、项目与技能的相互结合。

4  提升学员求职能力，增加求职率

全面介绍食品行业的总体状况，包括行业历史、行业发展、行业现状、行业未来、国内外知名食品企业和集团、国内外知名食品专业高校研究机构及国内外权威食品监督机构等，对学生未来的职业规划进行指导，着重于根据学生个人兴趣进行就业或者继续深造的提前设计，避免学生为了学习而学习，对人生和职业未来盲目和迷惑，采用CDIO模式，将工学交替用在“做中学”上，使学员的职业技术显著提高，就业率与再就业能力也明显提升。

四  CDIO教学模式的实施过程分析

食品科学导论主要讲授当前食品科学技术进展的全貌，介绍了食品中营养成分的性质及其作用的基本理论知识。学生通过该课程的学习，不仅应该掌握这些营养成分基本特性和其在食品加工中的性能，并能将这些原理在实践中应用。使学生能够充分了解食品科学这门学科并从中有所领悟和收益，食品科学导论是全国高等学校食品科学与工程专业和食品质量与安全专业的主要课程之一，以CDIO模式运行本课程的教学实施分为四个步骤[8]。

（一）  构思（1学时）

食品科学导论课程具体目标如下。

课程目标1：掌握原料处理、清洗、去皮、离心、过滤和漂白等基于典型加工单元操作的某类食品开发的方法、技术设计（3、4、5、7、8章节）。

课程目标2：能够运用食品科学的专业知识，对食品工厂设计工程中经济社会条件进行调查，对厂址的自然条件进行分析，对生产环境进行预测，对产品质量进行预测，并获得有效结论（1、2、3、4、5、7、9章节）。

课程目标3：能够运用食品科学导论双语课的专业知识，撰写英文报告和设计文稿，并用英文进行PPT陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野（1、2、3、4、6、7、8、9章节）。

根据食品科学导论的课程目标，本課程组采取了多种教学方法的融合，以“食品科学导论”中食品保藏章节教学目标为例，讲述CDIO教学模式的基本实现方法。以实物教学法为例，根据食品在加工贮藏过程中的变化原理：①蛋白质的分解，造成高蛋白含量的动物食品如鱼、禽、肉、蛋、水产品等食品的腐败变质。②油脂的酸价和过氧化物增加，造成坚果类的受潮变质“走油”、腌鱼、冷冻肉“哈喇”味。③淀粉的衰老，造成馒头、面包、糕点类高淀粉含量食品的“回生”。④随着果蔬的吸氧、挥发、变熟，造成其过熟、萎蔫、结构软化、性能降低，从而引出了这个教学课题的主要对象——食品保藏和处理的基本技术及理论。由老师首先给出基本教学信息，然后讲解可使用的教学信息，并解答学生的实际问题；最后由教师下达项目任务单，并给出相应的项目资料，让学生自己研究与掌握。

自主研究教学法：教师利用查看课本、互联网等资料、在实训现场实际研究等手段逐步熟悉工作任务。本课程组在学校网络教学平台上传了食品科学与工程相关的中英文文献100余篇，要求每名学生都阅读并写出“summarize”提交到网络教学平台，拓展了同学们对专业的了解宽度，提高了同学们的学习兴趣，并在平台上布置了相关的课程作业选择题、问答题、论述题等帮助学生了解理论知识。

课堂教学应用的多媒体教学手段包括课件以及雨课堂、腾讯会议平台等，可以实时检测学习效果，尤其是疫情期间能保证在校同学和因疫情不能按时返校的同学同步学习，保持校内学生和校外学生学习进度的统一，学生可以开展自主学习，老师予以必要的指导，训练学生的方法能力，培养学习兴趣[9-10]。

（二）  设计（1学时）

教学方法：头脑风暴法。班级成立学习小组，老师在教学平台提出课题，由小组讨论制定具体计划书，包括小组成员分工完成目标描述，并提出任务目标的拓展可能[9-10]。针对学生所提出的计划书，由老师进行点评，探讨学生制定方案的可能性，并进行反馈，学生再加以修正，就这样反反复复，最后制定方案进行规划的实施方案。

（三）  实施（2学时）

在课程教学过程中进行实物讲解比较， 以食品保藏章节为例，按贮藏与实际生产的基本原理来分。①生命原则。目的是保护食物的生存活性的保藏方法。如0 ℃的冷藏（一般用作鲜活蔬菜的保藏）和气调保藏。②装熊原则。抑制食物中微生物生命活性的保藏方法。干藏要保证含水量小于0.8；冻藏要限制高温（-18℃为冻藏）；腌渍保藏要以高渗透压贮藏；生化保藏。③不充分生命原则。通过有益的微生物发酵，产酸或醇来实现保藏的目的，如食品发酵保藏，产品如泡菜、腌菜、优格等。④无菌敷料机理。通过热处理、微波技术、辐射和超滤净化技术等手段可以杀灭或抑制细菌，达到保证产品较长时间贮存的目的。

实际训练：学校教师以小组为单位，利用香肠加工进行举例授课，通过深入感受和探究食品保藏功能实现，了解食品保藏设计方式与手法，并了解其基本使用常识和设计开发技巧，为培养学生发掘、了解、实际保藏设计开发的基本能力奠定了良好基础，进而培养学生的实际操作技能。与此同时，任课教师更要注意在组织、技能协调和安全保障等方面的指导与监控。

（四）  运作（2学时）

食品科学导论主要讲授当前食品科学技术进展的全貌，介绍食品中营养成分的性质及其作用的基本理论知识。学生通过该课程的学习，不仅应该掌握这些营养成分基本特性和其在食品加工中的性能，并能将这些原理在实践中应用。学生能够充分了解食品科学这门学科并从中有所领悟和收益，食品科学导论是全国高等学校食品科学与工程专业和食品质量与安全专业的主要课程之一。以食品加工的单元操作为例，本课程的翻转课题教学设计模板如图1所示，7个小组成员根据任务书的内容完成汇报，并完成一定的实际操作，任课老师和小组成员根据工作的完成状况做出综合考核，并进行自评、班级网络共享和教师考核，通过考核评分表得出班级每名同学的综合分数。

五  教学模式实施的保证条件

（一）  CDIO教学模式的实施采用SCL教学方法

SCL教学方法，是以学生为中心方式的英文（Student Centred Learning）缩写。该教学方法在教学活动中[7]，教师的作用是要应充分调动培训自我的主观积极性、兴趣和创新性，学生在老师的引导下扩展视野，并以小组形式讨论、团体合作等方式来发现问题、获得新知识。在整个教育活动中，老师以学生为主体起着引导辅助他们的作用。学生作为教学活动的主人、演员，是学习的积极探索者，通过将自己积极主动投入到教学中去以建立对事物的正确认识，从而实现对知识点的全面掌握与了解，老师则是整个课堂教学进程的设计师与推动者，是编剧、也是导师，给他们创造了一种知识的框架与舞台。

食品科学导论课程教学总体设计教学模式都是以SCL模式教学，从而达到工程认证的教学保证。课程教学手段包括课堂教学、课堂提问、小组讨论、小组汇报、文献阅读与翻译、阶段性考试、课后总结，工厂参观等，全面保证以学生为中心的教学理念。

（二）  实训室条件

长沙理工大学食品预处理实验室是湖南省重点实验室。实训室有倒置显微镜、流式细胞仪、全波段酶标仪等；还具备相应的实验基地和平台，包括动物营养学分析平台、分子生物操作平台、细胞房以及小型饲料加工设备等。

（三）  课程教学团队

加强案例教学，突出实验分析手段应用。考试方法改革，增加开卷考核，基于工程教育认证培养要求，课程体系/课程评估进行了大调整，加强教学效果的评价，加大了实践（实验）和设计教学比重，融科研项目于教学改革项目、专业课程综合实验、专业技能训练、创新训练。课程团队老师先后参加了省市级课堂教学竞赛、多媒体教学竞赛；指导学生参加了中国食品学会的李锦记创新创业大赛并数次获得国家级奖项；指导学生参加全国大学生生命科学竞赛，课程团队老师还积极进行教学改革项目的研究，打造了省级一流课程，获批省级重点教改项目立项。

六  结束语

本文基于CDIO工程教育理念，从改革课程教学模式的主要思路、CDIO教学模式特点、CDIO教学模式实施过程、CDIO教学实施保障条件四个方面，对食品科学导论课程教学模式的改革进行了探索。统计表明，教学模式改革在提升課堂教学效果和质量、工程意识、创新意识和能力等方面取得了良好的效果，主要体现在学生就业单位评价提升、竞赛获奖成果增多、理论和实践考试成绩显著提高等方面。目前，该教学模式仍在探索和实践中，期待能有更多成效并能够应用于相关专业课的教学实践中。

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