CDIO理念下的食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐
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【摘要】食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)是食品科學(xué)與工程和食品質(zhì)量與安全兩專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課和主干課程，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力一直是實(shí)驗(yàn)教學(xué)面對的最大挑戰(zhàn)。本文結(jié)合cdio的教學(xué)理念和培養(yǎng)模式，提出以“系統(tǒng)型、創(chuàng)新性、能力型、自主型”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，并以“學(xué)生為主、實(shí)踐相結(jié)合”的組織方式進(jìn)行食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革和探索，從而達(dá)到在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、交流能力以及精細(xì)思維的教學(xué)效果。
【關(guān)鍵詞】食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)模式；CDIO理論；創(chuàng)新能力
CDIO是構(gòu)思（conceive）、設(shè)計(jì)（design）和實(shí)現(xiàn)（implement）、運(yùn)作（operate）的英文簡寫，由美國麻省理工學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院等4所工程大學(xué)共同發(fā)起，23所來自全球各區(qū)域的大學(xué)參與，合作開發(fā)的一個(gè)國際工程教育合作項(xiàng)目，建立的一個(gè)新型的工程教育模式[1]。該模式主要以培養(yǎng)高水平應(yīng)用工程師為目標(biāo)，以先進(jìn)科技為基礎(chǔ)，將教育教學(xué)過程融入到產(chǎn)品、系統(tǒng)生命周期的實(shí)際情境之中，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐在工程教育中的重要性[2]。由于我國的傳統(tǒng)教育偏重于課本理論知識(shí)的教育，百分之九十以上學(xué)生很少有機(jī)會(huì)參與系統(tǒng)的有團(tuán)隊(duì)協(xié)作的工程項(xiàng)目或者其他創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，為此培養(yǎng)出來的學(xué)生在解決實(shí)際問題的能力方面往往表現(xiàn)欠佳。如何把以往的“知識(shí)儲(chǔ)備型學(xué)生”轉(zhuǎn)化培養(yǎng)為“創(chuàng)新實(shí)干型學(xué)生”，進(jìn)而能夠培育出具備一定相關(guān)專業(yè)知識(shí)技能，同時(shí)有比較好綜合創(chuàng)新能力的應(yīng)用型畢業(yè)生，使他們具備較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和精密思維的能力，這也是當(dāng)前理工類高校亟待解決的教育改進(jìn)問題，然而CDIO教育模式正是解決該問題可行的重要探索途徑[3，4]。食品化學(xué)是利用化學(xué)的理論和方法研究食品本質(zhì)的一門科學(xué)，即從化學(xué)角度和分子水平上研究食品的化學(xué)組成（七大類營養(yǎng)素、風(fēng)味物質(zhì)、食品添加劑、酶、色素等）、分子結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、營養(yǎng)性和安全性質(zhì)以及它們在生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)藏和運(yùn)輸過程中的變化及其對食品安全性和品質(zhì)的影響，屬于應(yīng)用化學(xué)其中的一個(gè)分支[5]。食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)是基于食品化學(xué)理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用體現(xiàn)和驗(yàn)證，是培養(yǎng)學(xué)生牢記理論知識(shí)和提高動(dòng)手能力的良好平臺(tái)。2014年3月，教育部明確指出改革方向，以應(yīng)用技術(shù)型為辦學(xué)定位，全國普通本科高等院校中，有600多所（約占1/2）被要求根據(jù)實(shí)際情況逐步向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)變。我校2015年《韶關(guān)學(xué)院章程》文件中指出，將建設(shè)特色鮮明、優(yōu)勢突出的高水平應(yīng)用型大學(xué)。要求應(yīng)用技術(shù)型人才的培養(yǎng)過程中要特別注重解決實(shí)際問題的能力的培養(yǎng)。因此實(shí)驗(yàn)課程更應(yīng)在此時(shí)體現(xiàn)其不可或缺的作用。作為食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)任課教師或者教研團(tuán)隊(duì)更應(yīng)該嚴(yán)格要求自己，努力提高食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，使其適應(yīng)應(yīng)用技術(shù)型人才的培養(yǎng)需求，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型高級(jí)人才。本文提出基于CDIO理念的《食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)改革。主要從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行四個(gè)方面系統(tǒng)地、積極的進(jìn)行改革與探索，旨在提高我校食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
1教學(xué)理念改革
當(dāng)前我國高等教育的教師普遍存在授課模式單一、授課內(nèi)容偏向理論知識(shí)、缺乏與學(xué)生互動(dòng)等教學(xué)問題，傳統(tǒng)教育模式過多表現(xiàn)出教師的主體性，然而學(xué)生的實(shí)踐操作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都很難有機(jī)會(huì)得到提高[6]。CDIO教學(xué)模式對教師的教學(xué)能力和綜合能力有了新的要求，教師要做學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、課程的設(shè)計(jì)者和綜合的評估者，不再只是知識(shí)的講解者、傳播者和考核者[7]。從學(xué)生角度出發(fā)，我們更應(yīng)該堅(jiān)持“以學(xué)生為本”的教育理念，為學(xué)生自主發(fā)展創(chuàng)造條件和空間。課堂不能只是教師的課堂，應(yīng)該把課堂還給學(xué)生，讓學(xué)生有從分的時(shí)間學(xué)習(xí)、思考、提問，真正體現(xiàn)出學(xué)生的課堂主體地位。因此，首先對實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念進(jìn)行改革探索，要求教師先按照CDIO理念努力提升自身的綜合能力，并按要求在實(shí)際的教學(xué)過程中根據(jù)這一理念進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。學(xué)生需要充分展現(xiàn)出CDIO教學(xué)的主體地位，廣學(xué)多識(shí)、多思考、多實(shí)踐，達(dá)到師生的融洽互動(dòng)。從而將一味向?qū)W生灌輸食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)固定操作，改為引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)良好的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等。
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革
CDIO理念下的實(shí)踐教學(xué)，應(yīng)更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作的整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作能力。因此教學(xué)團(tuán)隊(duì)在實(shí)踐教學(xué)理念上更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生在“做中學(xué)”，并且構(gòu)建了不同層次的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用能力。2.1C實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)思實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)思是一個(gè)很重要的階段，如何在理論知識(shí)和生活實(shí)踐中幫助引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，確立合適的項(xiàng)目是基于CDIO的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)順利實(shí)施的關(guān)鍵[8]。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)思的好壞取決于學(xué)生理論知識(shí)的接受、教師的引導(dǎo)和學(xué)生的社會(huì)實(shí)踐三個(gè)方面。為適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)和CDIO理念的需要，食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改革尤為重要，在實(shí)驗(yàn)條件滿足和教學(xué)大綱范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上，完善實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在教師和學(xué)生的共同參與下適當(dāng)調(diào)整個(gè)別實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，或是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，教師引導(dǎo)，學(xué)生根據(jù)上課所學(xué)和實(shí)習(xí)所見自主選擇。充分考慮與食品工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系，以解決實(shí)際生產(chǎn)問題來構(gòu)思。例如：學(xué)生通過理論知識(shí)了解到果膠是一種天然高分子化合物，具有良好的膠凝化和乳化穩(wěn)定作用，廣泛應(yīng)用于各類食品中，食用安全。然而學(xué)生們在實(shí)習(xí)過程中遇到不少果膠應(yīng)用的例子，比如果凍的生產(chǎn)、糕點(diǎn)硬化的需要以及果醬等的制作。但是果膠生產(chǎn)的工廠確實(shí)比較少了解，因此對果膠產(chǎn)生了很大的興趣。經(jīng)資料查找和整理，發(fā)現(xiàn)不同果皮中果膠含量差別較大、果皮顏色也不一，最終選擇了“天然果膠的提取制備”實(shí)驗(yàn)。另外，學(xué)生在上課過程中了解到，食用油除了可以食用外，還可以用來制作肥皂，但是又不是所有油脂都適用于肥皂的生產(chǎn)，因此對肥皂的制作格外關(guān)注，最終選擇“油脂水解、皂化實(shí)驗(yàn)（肥皂的制作）”實(shí)驗(yàn)。2.2D實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的精髓，實(shí)驗(yàn)效果、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與否、保護(hù)環(huán)境以及社會(huì)需要均應(yīng)該在設(shè)計(jì)過程中得到反映和體現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)思好后，學(xué)生可以在原實(shí)驗(yàn)講義和教師的引導(dǎo)下對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先學(xué)生需要清楚實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉樣品的物理化學(xué)性質(zhì)，明確解決實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵方法，明確設(shè)計(jì)思路，包括資料查找、整理→方案的初步設(shè)計(jì)→團(tuán)隊(duì)討論→教師指導(dǎo)→方案優(yōu)化等過程。這些工作需要實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在教師的指導(dǎo)下合作完成。為了保證實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備種類、臺(tái)套數(shù)和場地的大小需要準(zhǔn)確告知學(xué)生，教師需進(jìn)行全面指導(dǎo)。要求盡量做到方法簡單、方便快捷、節(jié)約環(huán)保，實(shí)驗(yàn)效果最好。例如：“天然果膠的提取制備”實(shí)驗(yàn)中，為了使果膠的產(chǎn)量提高，首先把果皮切粒加熱鈍化果膠酶活性，準(zhǔn)確調(diào)整溶液pH值。為了產(chǎn)品更純凈、減少提取步驟，將柚子先進(jìn)行去皮處理，同時(shí)還可以為后續(xù)的脫色、脫脂省去大量時(shí)間，提高效率?！坝椭?、皂化實(shí)驗(yàn)（肥皂的制作）”實(shí)驗(yàn)中，為了得到更好的肥皂，需要根據(jù)不同油脂的硬度和皂化值進(jìn)行計(jì)算得出最佳配比。同時(shí)確定最佳皂化溫度可以在提高效率的前提下，得到的肥皂既細(xì)膩，去污能力又強(qiáng)。2.3I實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程在順利完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)思和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)階段后，充分利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室其他條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作實(shí)施，主要包括學(xué)生預(yù)習(xí)情況抽查、設(shè)備熟練程度、關(guān)鍵操作步驟的探索與實(shí)施、實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?shí)驗(yàn)實(shí)施過程是一個(gè)綜合考核團(tuán)隊(duì)對前面設(shè)計(jì)階段的熟悉和檢驗(yàn)是否可行的過程，是考驗(yàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的過程。同時(shí)，也是提高學(xué)生系統(tǒng)開發(fā)制作能力的階段。首先，為了進(jìn)一步鞏固和拓展團(tuán)隊(duì)對實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的熟悉程度，在實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段通過知識(shí)問答的形式鼓勵(lì)每個(gè)團(tuán)隊(duì)查找資料，進(jìn)一步系統(tǒng)的熟悉實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)知識(shí)。例如：實(shí)驗(yàn)一“豆粕中蛋白的提取分離”中，提出“蛋白質(zhì)提取方法有哪些，并簡述各自原理及其優(yōu)缺點(diǎn)？并寫出一種與講義不同的工藝流程，及其所需試劑與設(shè)備的種類與用量？”，要求每個(gè)團(tuán)隊(duì)（4人1小組為1團(tuán)隊(duì)）根據(jù)集體所了解或者所查找到的資料進(jìn)行解答。每個(gè)團(tuán)隊(duì)積極參與，給出了不少不錯(cuò)的答案。另外，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施的同時(shí)，要求每個(gè)團(tuán)隊(duì)自己例舉實(shí)驗(yàn)試劑和儀器清單，根據(jù)清單每個(gè)團(tuán)隊(duì)自己完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，大多數(shù)團(tuán)隊(duì)能夠很好的完成，只有部分團(tuán)隊(duì)會(huì)有少量儀器設(shè)備未能及時(shí)配備，影響了實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，這個(gè)過程是為了讓每個(gè)團(tuán)隊(duì)養(yǎng)成獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的整體意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。由于實(shí)驗(yàn)中不少實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)是由學(xué)生團(tuán)隊(duì)自己提出的，所以他們的興趣明顯提高，實(shí)驗(yàn)中的設(shè)備也有提前主動(dòng)去了解，因此實(shí)驗(yàn)實(shí)施比較順利，也比較節(jié)約時(shí)間。很好的激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性。2.4O實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示相對于實(shí)驗(yàn)來說，項(xiàng)目運(yùn)行主要是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的展示，主要包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫和實(shí)驗(yàn)成果的展示。普通的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，會(huì)要求學(xué)生簡單完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，但是本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后不僅要完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告各部分內(nèi)容，還需要要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果拍照打印出來共展示。同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)過程中的材料也一并上交，包括問題解答、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)清單等。本學(xué)期實(shí)驗(yàn)完成后，通過筆試來完成最后的考核。通過多方面的綜合考慮來評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果。
3改革成效與討論
實(shí)踐證明，基于CDIO理念下是食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生調(diào)查表明，有超過95%的學(xué)生反映，在新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，他們自主學(xué)習(xí)食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的能力大幅提升，自學(xué)能力和實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)能力也得到極大的提高，同時(shí)以團(tuán)隊(duì)模式的合作學(xué)習(xí)，使得同學(xué)們更加注重個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)精神和精細(xì)思維的培養(yǎng)。CDIO四個(gè)教學(xué)階段的系統(tǒng)改革，使得學(xué)生清晰感受到獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的重要性，每個(gè)階段都是完成實(shí)驗(yàn)過程的有機(jī)組合、缺一不可，可以很好的培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)改革過程中也遇到一些問題，需要以后進(jìn)一步改進(jìn)。例如，實(shí)驗(yàn)構(gòu)思階段，這是一個(gè)集思廣益的階段，同時(shí)跟大家的所見所聞息息相關(guān)，因此要完全做到既滿足社會(huì)先進(jìn)生產(chǎn)的需要，又能極大地激發(fā)學(xué)生的興趣難度較大，只能不停的改革跟進(jìn)，做到與時(shí)俱進(jìn)。再者，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，不少好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因得不到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置而不得止步，這些有待學(xué)校進(jìn)一步完善。4結(jié)束語經(jīng)過近一年的食品化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐，取得了良好效果?；贑DIO的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐不但明顯的促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，還激發(fā)了學(xué)生對食品實(shí)驗(yàn)課程的濃厚興趣。同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的整體意識(shí)，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，多角度的培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。全面促進(jìn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作的能力，為配合高素質(zhì)應(yīng)用型人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革值得進(jìn)一步的探索和推廣。
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作者:劉日斌 朱建華 葉俊 鄒秀容 單位:韶關(guān)學(xué)院英東食品科學(xué)與工程學(xué)院