基于CDIO模式的食品工程原理课程教改与探索

何志平 陈芳 鲍宗亮

近几年来，随着我国经济社会的发展，食品企业机械化程度不断提高。例如食品的包装，15年前在浙江的众多中小企业中还大量采用人工包装，但近年来，几乎绝大部分企业都采用自动化包装生产线进行机械化包装，生产环节的自动化程度不断提高。因此，食品专业人才培养要求也发生了变化，如何提高学生的实践能力，成为高校育人模式改革的新方向。食品工程原理本质是单元操作原理集合，是进行食品工艺设计、机械与设备设计及选型等课程的必备知识，是食品科学与工程专业的核心课程之一。本文主要对基于CDIO模式的食品工程原理课程的教学改革进行摸索，从而为食品工程原理的课程改革以及学生实践能力提升提供参考。

一、CDIO工程教育模式概述

近年来，工业界逐渐认识到，由于严重脱离实践，高校工程专业所培养的毕业生难以适应现实工业生产的需要。高校工程教育必须主动调整人才培养模式，以满足工业生产领域的需求。CDIO工程教育模式就是在这种情况下应运而生的。

CDIO是2001年由美国麻省理工学院联合瑞典的查尔姆斯技术大学、林克平大学以及皇家技术学院等3所高校共同开发的一种全新工程教育理念和实施体系。CDIO是英文单词“构思”（Conceive）、“设计”（Design）、“实施”（Implement）、“运行”（Operate）的缩写。CDIO工程教育的设计灵感源于工程产品/系统的生命周期，注重培养学生掌握扎实的工程基础理论和专业知识，并在此基础上将教育过程放到工程领域的具体情境中，通过贯穿整个人才培养过程的团队设计和创新实践训练，培养专业基础扎实、职业道德高尚的新一代高水平工程师。

二、基于CDIO 的“食品工程原理”教学改革思路

食品工程原理核心教学内容是“三种传递”，即热量、质量和动量传递。热量传递以理论计算为主，因而应多设计一些计算场景，增加学生的理论掌握程度。质量传递和动量传递在食品企业中应用比较普遍，比如物料干燥、输送、固液离心處理、沉降、提取、搅拌等，因而需要进行实际操作来提升学生的动手能力。下面以物料干燥实验来探讨CDIO教育模式在“食品工程原理”教学中的应用。

2.1 构思阶段

物料干燥是食品原料处理的重要单元操作，干燥过程可以分为水分扩散内部控制和外部控制过程。内部控制过程主要受到物料厚度、物料内部空隙结构、水分结合牢固程度等因素的影响，而外部控制过程主要受到空气相对湿度的影响。不同物料干燥特性相差很大。学生通过查询相关资料，并考虑到山核桃是浙江的特产，其物料干燥还比较落后，选择新鲜山核桃进行干燥试验，观察干燥过程中含水量、水分比和干燥速度的变化。

2.2 设计阶段

山核桃目前以自然晾晒和热风干燥为主，干燥方式比较落后。学生在查询其他物料干燥的基础上，选择不同大小的山核桃进行干燥试验，考察物料尺寸对干燥速度、平衡含水量、有效水分扩散系数等干燥特性的影响。设置不同干燥温度试验，考察干燥温度对干燥特性的影响，并利用阿伦尼乌斯公式，对不同温度有效水分扩散系数进行回归，并计算出山核桃的干燥活化能，从而从根源上了解物料的干燥特性。设置不同干燥方法，如间歇微波干燥、真空干燥、自然晾晒和热风干燥对山核桃干燥特性的影响，在平衡干燥速度（时间消耗）、能量消耗和山核桃中不饱和脂肪酸变质速度（营养消耗）的关系，尝试建立高效合理的山核桃干燥工艺。

2.3 实施阶段

食品工程原理是一门实践性很强的课程，面对一些实际生产中的技术问题，需要通过实践才能真正熟练掌握。学生按照设计的试验方案进行山核桃干燥试验，结果发现，山核桃尺寸对干燥时间几乎没有影响，却对山核桃平衡含水量影响很大。通过与老师交流，得出不同大小山核桃干燥应该在不同温度下进行，应该进行分级干燥。在进行温度干燥时，学生先进行干燥曲线的绘制，发现温度对干燥速度和平衡含水量影响显著。从山核桃样品的干燥要求来看，35℃进行干燥的样品不达标，干燥温度过高，干燥明显变快，不饱和脂肪酸也快速上升，导致干燥样品品质下降，不利于后期加工。学生们在讨论的基础上认为45℃是山核桃最适宜的干燥温度。在对干燥方法对山核桃干燥特性的影响实验中，同学们可以观察到干燥方法对山核桃干燥速度影响很大，同时通过干燥数据和机理分析，推断出不同干燥方法对山核桃干燥热量传递和水分传递的影响，从中筛选出绿色高效的工艺。通过山核桃干燥试验的实施，能够让学生熟悉干燥特性的评价，并初步掌握干燥的机理，从而有利于提升学生对物料干燥知识的熟练程度和运用水平，从而大大提升学生的实践能力。

三、结语

食品工程原理是食品专业的核心课程，但区别于其他课程，该门课程理论公式较少，而经验公式较多，应用场景复杂，具有极强的实践性。学好食品工程原理能大大提升学生解决实际问题的能力。本文通过事先查询相关资料，选择具有特色的山核桃作为干燥原料，并通过试验设计，串联起常见的干燥知识，最后通过实验实施，大大提升学生的实践能力。本文采用CDIO工程教育模式，对食品工程原理课程进行改革探索，有利于提升食品工程原理的教学质量，从而提升学生的实践能力。

通讯作者：陈芳