新工科背景下基于CDIO模式的教学内容改革与实践

赵培均 雷萌萌 李倩 张波波 高晓平

为了深化工程教育改革，推进工程教育强国的建设与发展，教育部在2016年提出“新工科”建设要求，近年来高校新工科教育建设已进入实施阶段。相比于传统工科教育，新工科教育提出着重培养符合未来新兴产业与新经济需求的，具有工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。这要求学生不但精通本专业，还应当具有理解并运用交叉学科的能力。“功能性食品学”是一门立足于食品专业基础上，密切融合营养学、医学、药学及生物化学知识，并且涉及产品设计与开发、商业运营及相关法律法规的应用学科，因此，本课程具有较强的交叉学科的特点。

为进一步符合新工科的培养目标，本课程需要学生了解应用于功能性食品的新型功能性成分及其新机制，并且在产品设计过程中增强创新意识，深入了解产品设计流程，以及了解大数据及AI人工智能等新型智能工具在功能性食品设计及制造中的应用。然而，现有教学模式较为陈旧，知识更新较慢，课堂智能化不足，已不能满足当下新工科的教学需求及市场对人才的知识储备要求。

教育部在2017年发布的《关于开展新工科研究与实践的通知》中提出，要在CDIO等工程教育模式的基础上，开展深化产教融合机制和人才培养模式的改革研究和实践。因此，研究如何通过CDIO教育模式设计特定环节，将多学科知识及创新意识融会贯通传授给学生，有助于学生成长为“学有专攻、多专多能”的新型食品人才，符合“新工科”对当下及未来的人才培养需求，对提高食品专业教学质量，促进学生的职业适应性，实现新工科“卓越工程师”的培养目标具有重要意义。

1.新工科背景下CDIO教学模式在功能性食品学课程教学中应用的可行性

CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）是近年来国际上流行的工程类专业教育模式。CDIO于2000年由麻省理工学院等四所国际大学为了解决大学教育与实用性的落差问题而创立，自2008年引入中国以来，已在国内各大工科类专业中具有一定的推广度及应用基础。CDIO四个字母分别代表“构思、设计、实现和运作”，从这几个方面入手，以产品开发周期为载体，引导学生从被动到主动，从书本到实践，以及从单学科到多学科的学习方式的转变。新工科致力于培养基础知识扎实、工程能力强、综合素质高的新型工程师类人才，这与CDIO工程教育的培养目标相一致。因此，CDIO是一种适合于新工科培养需求的教学模式。

CDIO教学方法提倡以产品开发流程为主线，将企业模式或项目创新模式结合起来，把知識学习融入产品开发环节的流程中，使学生在实践中获得专业知识。该教学模式不但能够使学生更好地理解各部分知识在实际生产环节中是如何使用的，还能提高学生的积极性及创新能力。通过课堂理论教学、实验操作等方式使学生掌握功能性食品的基础知识及开发方法，了解行业发展趋势，将学生培养为符合新工科培养要求的功能性食品开发工程师等专业人才。

2.功能性食品学课程教学过程中存在的问题

2.1自主学习能力较弱

本课程是在完成营养学、生物化学知识的基础上于大三上学期开设的。学生自主学习能力较弱的问题体现在两个方面：一是学生对以往学习过的知识会有遗忘情况，但课前不主动复习，导致上课时回忆不起来相关基础知识，缺乏知识连贯性。二是学生不主动关注学科动态，缺乏对功能性食品市场的了解。这些问题导致学生课堂参与度较低，积极性减弱。

2.2创新精神不足

受多年来应试教育的影响，学生仅关注书本知识，认为能够应付考试便能够达到课程学习目标，缺乏大胆设想，勇于创造的理念。比如，老师提问学生认为可以将产品设计为什么样的形式，使消费者更乐于购买？学生往往趋于保守的回答，缺乏想象力及创造力。再加上教学模式不够与时俱进，无法引起学生的足够兴趣，使学生更加依赖老师的课堂教学，缺乏思考及创新的积极性。同时也导致了学生对一些教学环节缺乏配合度，课堂反应热情度不高。

2.3缺乏现场实践教学

在现有教学模式下，课堂教学知识的更新速度还赶不上行业的发展，很难向企业输送直接匹配企业需求的工程师。虽然在本专业其他实习观摩类课程中，已经安排学生对速冻食品、肉制品等食品工厂进行参观学习，但缺乏功能性食品相关企业实践教学项目。这使学生难以深刻理解各类功能性食品在实际生产中从无到有的整个流程，并且对生产中易发生的问题体会较少，难以满足学生对真实应用的教学需求。

2.4课程考核方式较为单一

目前本课程的考核环节以期末闭卷考试成绩、课堂表现及平时作业成绩构成。缺乏授课过程中多样性的考核环节，方式较为传统。这些环节设置缺乏引导学生配合教学环节的积极性，仍然主要考察书本知识，弱化了对实际应用能力的评价。

3.功能性食品学课程改革目标及方法

3.1项目式教学

项目制教学方式是CDIO教学模式的常用手段，通过学生组队共同完成项目的方式将常规课程知识有机联系起来。本课程将以功能性食品产品设计项目为载体，让学生自行组成团队，通过前期调查选择感兴趣的产品，在项目实现的整个过程中协助合作，从产品设计到产品生产，从宣传策划到产品推介，全面提升学生对基础知识的把握，对前沿科学的理解，对相关法律法规的把控，以及在各个环节中的创新能力。同时还能提高学生的沟通能力、系统思考能力及职业道德修养。

3.2现场式教学

CDIO教学模式强调通过实践提升学生的动手能力，并从该环节深刻感受知识应用。因此，本项目将通过多种方式加强学生对实际生产的学习体验。比如一方面可以邀请企业管理人员作为行业导师到课堂中做知识分享，加强学生与企业的沟通，另一方面可以组织学生到工厂区实地考察学习。同时，可以通过模拟实验室及仿真工厂等智慧课堂工具，使学生了解不易实现的实验项目及生产过程的细节，并引导学生从实际生产中发现问题，提出问题，以期发现新知识，引起新思考。通过该环节，可以提高学生的动手能力、逻辑思维能力及思考能力。

3.3过程性考核

改进现有传统的考核形式，增强过程性评价考核，全面考察学生在“构思、设计、实现、运作”整个过程中的表现。比如，将课前作业、课堂知识点小测验、团队合作成员互相打分，以及课堂参与度纳入考核评价体系，依据CDIO要求，全面考察学生的个人能力、团队合作精神以及工程系统能力。通过该环节，能够提高学生的团队合作意识及学在平时的学习习惯。

4.功能性食品学课程教学改革的实施方案

4.1CDIO项目制教学模式的构建

在课程开始初期，让学生自行组成团队，在前期市场调研及文献调研的基础上选择感兴趣的目标人群、相应的产品类型，以及适用的核心功能性原料，以此为依据进行产品设计，并在课下收集消费者购买意愿及产品评价。在之后课堂上的项目汇报环节，每个成员都需将自己承担的工作进行汇报，同时，要选择市面上的对标产品，陈述自己產品的优势和创新性。使学生在此过程中能够充分掌握功能性食品的产品设计原理，了解功能性食品的原料特点和相应的产品类型，能够为特定的目标人群设计相应的产品，在环保、安全、合法合规的条件下优化产品方案，并提高学生的创新意识及团队合作能力。

4.2线下线上相结合，提高学生主动性

通过课前作业的方式，将需要用到的基础学科知识点融入其中，督促学生提前预习在大一大二学过的基础知识，使学生在上课时快速回忆起基础内容。同时，在学习通平台设立答疑群，解答学生疑问，以弥补课堂不足。另外选择功能性食品相关的正面及反面纪录片或影片，让学生在课后观看，并提交观后感，帮助拓展学生视野，培养学生批判性思维。

4.3引进企业导师，加强产学沟通

将教学与实际生产结合起来，企业导师在教学过程中可以向学生提问在实际生产中遇到的问题，让学生提供解决方案，考察学生知识利用的情况。同时，开设工厂现场教学。学生在参观工厂的过程中，通过代教老师充分了解产品生产的整个工艺流程，认识工厂结构及生产设备。

4.4考核评价改革

以过程评价为主，期末考试成绩为辅。而在过程评价环节，除了团队答辩、团队作业、上课表现等环节的考核，再引入团队成员互相打分的考核机制，促进学生的团队协作意识。此外，引入加分机制，如鼓励学生以自己团队的产品参加各种创新创业比赛，通过该环节提高学生的创新积极性，对参加比赛的团队成员给予加分奖励。

结语

功能性食品学课程教学改革基于新工科人才培养目标，依托CDIO教学模式，优化了教学内容，改进了教学方法，丰富的评价机制，有效弥补了传统教学过程中存在的问题及不足，提高教学的趣味性及学生的课程参与积极度。同时，充分利用企业资源及智慧课堂对学生能力进行全方位的培养，提高学生理论知识掌握及实际应用转化的能力。

基金项目：

河南农业大学2023年教学改革研究与实践项目（2023XJGLX068）；

新工科建设背景下一流本科课程食品毒理学对分课堂研究（2022XJGLX037）；

河南农业大学专创融合特色示范课-食品毒理学（2023KC45）。

作者简介：

赵培均（1988.03-），女，河南郑州人，讲师；主要从事《功能性食品学》《公共营养与社区指导》等教学工作和天然产物功能及机制等研究工作。

*通讯作者：

高晓平（1976.09-），男，河南安阳人，副教授；主要从事《食品毒理学》《食品安全学》等教学工作和畜产品加工与质量安全控制等研究工作。