基于CDIO模式的“食品工厂设计与环境保护”教学改革

曹冠华 ，陈迪，顾雯 ，贺森 ，马雅鸽

1.云南中医药大学中药学院（昆明 650500）；2.云南中医药大学昆明市澜湄区域传统药物资源开发利用研发中心（昆明 650500）

“复旦共识”“天大行动”“北京指南”的相继形成，为我国高等工程教育改革指明方向，“新工科”一词成为高等教育学界全新专有名词[1]。新工科研究与实践是教育部为提高工科教育教学质量而实施的国家教育改革，强调学科应具有实用性、交叉性及综合性，要求学生不仅要掌握理论知识，还要有应用实践和创新驱动能力[2]。

食品工厂设计是食品工业的重要分支之一，所对应的专业课程“食品工厂设计与环境保护”是食品科学与工程、食品质量与安全等专业核心课程。该课程是一门以工艺设计为主要内容，涉及政治、经济、工程和技术诸多学科交叉的综合性课程，具有较强的应用实践性。课程要求学生具备食品工程原理、食品机械与设备、CAD制图等基础学科理论知识，掌握建筑结构、给排水、食品工艺学、经济学、环保、地理、气象等专业知识[3]。总体来看，课程专业性强，对学生专业素质要求较高，学习难度大，传统教学模式和方法根本无法满足“新工科”背景下食品相关专业的要求，故以“强工科基础”为目标的课程教学改革势在必行，也是未来教学活动的重点考虑方向。

1 传统“食品工厂设计与环境保护”教学中存在不足

“新工科”对食品相关专业的教学和学生培养工作提出更高标准，传统教学方法已不能满足工科深度要求，急需创新和改革。欲达目标，先正其弊。对“食品工厂设计与环境保护”传统教学在现阶段存在不足进行总结。

1.1 工科化深度不够

课程以工艺设计为主，涉及“食品工艺学”“化工原理”“食品机械与设备”“工程制图”等众多工科课程，难度较大，学生学起来较为吃力。在传统教学中，考虑到学生的实际接受能力，弱化工科难度，降低学习要求，比如在学习工厂车间设计时，很大程度上忽略物料衡算对设备的要求，仅强调空间的布局。

1.2 内容复杂，对教师素质要求高

作为工科课程，“食品工厂设计与环境保护”总体较为复杂、枯燥，课程间的联系较为紧密，学生需对食品加工工艺、机械设备、制图等有着较高的理解度和知识储备。在教学过程中，对教师要求同样较高，不但需洞悉各知识点间的关联，还应具备深入浅出、化腐朽于神奇的能力，熟悉生产实践和学科前沿，完成并实施一节节生动有趣的课程设计。

1.3 目标性不突出，教学手段创新性不足

由于课程内容复杂，在教学过程中教学目标被稀释分散，主线被支线覆盖，课程目标不突出，弱化该课程在学科中的作用。多媒体虽已被广泛应用于教学，但满堂灌还是主要授课形式。单一的讲解和机械的理论教学并不能很好地诠释复杂的内容，更不能打造生动有趣的课堂，这也是大多学生对该门课深感压力的主要原因之一。

2 “新工科”背景下基于CDIO理念的“食品工厂设计与环境保护”教学改革与实践

CDIO是一种以构思（conceive）、设计（design）、实现（implement）和运作（operate）为核心的经典工程教育模式，主要表达“做中学”“基于项目的教育和学习”的工程教学理念，注重在教学过程中培养学生的实践能力，被广泛应用于工科教学[4-5]。基于CDIO理念的“食品工厂设计与环境保护”教学改革势在必行，经教学团队与其他高校任课教师研究分析，主要从围绕教学目标、强化工科深度，增加实践比重、提高设计能力，创新教学形式，改革考核方式等方面进行了教学改革的探索。

2.1 围绕教学目标，强化工科深度

课程最主要的目标是学会工厂设计中的工艺设计，并对新建或改扩食品工厂从工艺生产的角度提供专业建议。在理论教学过程中，要时刻围绕这一目标，加强各章内容与工艺设计这一主线之间的衔接性，培养学生的工厂工艺设计能力。不断强化课程的工科深度，体现专业性和实用性，如：加强具体食品品类的机械选型、物料衡算和主车间空间设计的训练；了解并应用先进生产工艺。

2.2 增加实践比重，提高设计能力

在保障足够的理论学时的前提下，增设食品工厂设计课程设计环节，为期1周。课程设计是“食品工厂设计与环境保护”专业性和实践性的延伸。通过课程设计，学生可将各章节知识归纳为一个有机整体，使其完整化和系统化，并以实践作业的形式呈现出来。课程设计包含食品项目建议书、可行性分析、工艺流程、要点分析、厂址选择、厂区总平面图、竖向布置图、年产量、班产量计算、物料衡算、设备选型、车间平面布置图、管道设计图等。课程设计以实际生产为蓝本，以工艺设计为主，体现实践性和应用性。

2.3 创新教学形式，改革考核方式

在教学过程中，借助多媒体，利用雨课堂等工具，多维度展现工艺设计细节，强化工科深度，如：在学习工厂建筑结构时，可以借鉴现代建筑工艺，采用三维动画的形式进行讲解；在学习管道设计时，可通过展示奶制品厂生产车间结构图和生产视频进行学习，使课堂不但生动有趣，还可加深学习印象，达到理论与实践深度融合的目的。从课前学习分析、任务完成、成果展示、成果改进、教学完善、结果评价等多角度建立对学生的综合评价体系。课程考核由过程性考核和期末考核两部分构成，各占50%。过程性考核主要包括平时考勤、绘图作业、老师评价、课堂测试等环节，期末考核以课程设计成绩进行衡量，包括指导老师打分成绩和小组答辩成绩。考核方式中理论和实践并重，有效地强化课程目标，加强工科深度。

3 结语

在“新工科”背景下，以CDIO理念为指导思想，以提高课程教学质量，强化工科深度和提升学生专业素养为最终目的，探索“食品工厂设计与环境保护”教学改革。经此课程教学改革后，学生的识图、制图和全局布局能力得到了较大提升，能够从工厂建设和工艺流程的角度，较好地串联起整个生产过程，具备了选址—厂区布局—产品方案制订—物料衡算—设备选型—车间设计—管道设计的综合作业能力。综合来看，此次教学改革达到了预期目标，教学设计更加完善，教学质量明显提高，学生工艺设计能力显著提升，工科素养不断增强。