基于翻轉(zhuǎn)課堂及項(xiàng)目教學(xué)法融合的農(nóng)產(chǎn)品無損檢測課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

石吉勇，鄒小波，郭志明

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)可將課堂講授的基本理論知識和相應(yīng)的基本操作技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，通過理論與實(shí)踐的相互滲透，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的理論知識并提高其動手操作能力[1]。同時，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以提高學(xué)生參與課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性，對于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力具有重要的促進(jìn)作用[2]。農(nóng)產(chǎn)品無損檢測作為一門涉及多學(xué)科交叉的綜合性課程，課程內(nèi)容涉及物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)等多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，是農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏及相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)性課程，既涵蓋系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識又涉及很強(qiáng)的實(shí)踐性[3]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為農(nóng)產(chǎn)品無損檢測課程教學(xué)的重要組成部分，不僅是學(xué)生將課堂知識轉(zhuǎn)化為自身操作能力的重要手段，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及科研意識，為將來開展該領(lǐng)域相關(guān)科學(xué)研究或在實(shí)踐中解決實(shí)際問題奠定基礎(chǔ)[4]。目前，高校的本科教學(xué)由于教學(xué)理念、師資配置、課時分配、經(jīng)費(fèi)投入、硬件條件等不利因素的限制，存在重理論教學(xué)、輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)、重課堂講授、輕課外輔導(dǎo)等現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生無法通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效培養(yǎng)其自身的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力以及理論實(shí)踐并用來解決實(shí)際問題的能力[5]。

如何探索新的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式，有效促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力的培養(yǎng)、高效達(dá)成實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)，已成為高校本科教學(xué)改革中亟需解決的難題。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法作為目前備受關(guān)注的教學(xué)新模式，借助數(shù)字化的課程資源與開放的互聯(lián)網(wǎng)建虛擬課堂，學(xué)生經(jīng)過虛擬課堂的自主學(xué)習(xí)后，再進(jìn)入教室內(nèi)的真實(shí)課堂并借助教師答疑解惑完成知識的內(nèi)化。翻轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)“先教后學(xué)”的教學(xué)形態(tài)調(diào)整為“先學(xué)后教”，有效拓寬了課程教學(xué)的時空范疇，是一種教學(xué)觀念的創(chuàng)新[6-7]。項(xiàng)目教學(xué)法通過給學(xué)生派發(fā)某項(xiàng)具體的項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生完成信息收集、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施及項(xiàng)目評價等環(huán)節(jié)系統(tǒng)學(xué)習(xí)解決問題的完整流程，從而掌握相應(yīng)的專業(yè)技能、方法技能及溝通技能。項(xiàng)目教學(xué)法以學(xué)生為中心，通過學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)、探索性學(xué)習(xí)來實(shí)施某一項(xiàng)目任務(wù)，能有效培養(yǎng)學(xué)生分析問題及解決問題的能力，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動機(jī)[8-9]。筆者以農(nóng)產(chǎn)品無損檢測課程為例，分析了目前實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問題，提出了翻轉(zhuǎn)課堂融合項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式，探索了新教學(xué)模式下農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)思路、實(shí)施機(jī)制和效果評價方法，以期為其他院校的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革提供參考。

1 農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是連接課堂理論知識與實(shí)踐應(yīng)用的重要橋梁，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的重要方式。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)由于教學(xué)理論、儀器設(shè)備、場地等方面的限制，往往在實(shí)際執(zhí)行過程中碰到許多問題，導(dǎo)致無法達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)目的和教學(xué)效果[10]。以農(nóng)產(chǎn)品無損檢測課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，剖析實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題，可為教學(xué)改革指明方向。

1.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排不合理傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，實(shí)驗(yàn)課與理論課往往是分開進(jìn)行的，兩部分課程的時間差不利于實(shí)驗(yàn)課程的高效開展。無損檢測為多學(xué)科交叉課程，課堂教學(xué)過程教師無法在有限的學(xué)時內(nèi)將某一檢測技術(shù)的方方面面涉及到，若不能及時開展實(shí)驗(yàn)課程對課題的理論知識進(jìn)行實(shí)際操作，學(xué)生難以做到理論聯(lián)系實(shí)際，無論是實(shí)驗(yàn)課還是理論課，教學(xué)效果都無法達(dá)到最佳狀態(tài)。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中學(xué)生參與度低實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中涉及到很多影響實(shí)驗(yàn)效果的關(guān)鍵因素，如樣品的選擇、實(shí)驗(yàn)條件(實(shí)驗(yàn)影響因素及各因素水平的設(shè)置)、儀器的選型等，合理、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是建立在對相關(guān)課題理論知識深度理解的基礎(chǔ)上。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完全由教師完成，雖然能夠保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和效果，但學(xué)生錯過了參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的鍛煉機(jī)會。

1.3實(shí)驗(yàn)過程中師生缺乏溝通為了保證在有限的時間、有限的場地內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多采用分組的教學(xué)方式。如果每個小組的人數(shù)很少，雖然能夠提高每個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度，但小組的數(shù)量將非常多，師資力量及實(shí)驗(yàn)設(shè)備往往無法配套；如果小組的人數(shù)很多，必將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)講解過程中無法兼顧到每一位學(xué)生，同時每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度也將非常低，均不利于教學(xué)目的和教學(xué)效果的達(dá)成。

1.4人均設(shè)備配套率低與常規(guī)的農(nóng)產(chǎn)品、食品課程實(shí)驗(yàn)相比，農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)課程涉及的儀器往往是專門的、普及率不高的科研儀器設(shè)備(如近紅外光譜儀、高光譜成像系統(tǒng)、拉曼光譜、核磁共振成像系統(tǒng)等)，這就導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)開展過程中可能整個班的學(xué)生只能共用一臺或幾臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備。若涉及到更高精尖的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其操作過程往往非常復(fù)雜，本科生無法在1～2個課時內(nèi)完成上機(jī)培訓(xùn)，直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課變成儀器參觀課，教學(xué)效果必然大打折扣。

1.5教學(xué)過程缺乏創(chuàng)新現(xiàn)有的農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)課大多為單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，一般由教師事先講解實(shí)驗(yàn)的原理、注意事項(xiàng)并演示操作過程，然后學(xué)生嚴(yán)格按照步驟進(jìn)行操作，最后完成實(shí)驗(yàn)報告。教學(xué)過程基本上是“教師帶路，學(xué)生跟隨”的模式。這種簡單模仿，學(xué)生只是被動地接受知識，無法充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。

1.6課程評價方式單一現(xiàn)有農(nóng)產(chǎn)品無損檢測課程的實(shí)驗(yàn)課時一般為6～10課時，因此實(shí)驗(yàn)課往往并不單獨(dú)開設(shè)，而是將其納入理論課程的評價體系中。鑒于實(shí)驗(yàn)課程在整個課程中所占比例不大，學(xué)生普遍對實(shí)驗(yàn)課程的重視程度不高。同時，實(shí)驗(yàn)課程的成績考核大多以學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報告為評價依據(jù)，這種評價方式的評價方法和主體都過于單一，無法考察學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)態(tài)度和動手能力是否真正得到提高。

2 翻轉(zhuǎn)課堂及項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)理論

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法是人類社會進(jìn)入信息化的大背景下，信息化技術(shù)成果及信息化生產(chǎn)模式對人類知識傳授方式變革的驅(qū)動結(jié)果。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，翻轉(zhuǎn)課堂由2個時空課堂組成[11]。第一課堂是教師借助互聯(lián)網(wǎng)為學(xué)生預(yù)先設(shè)置的虛擬課堂，教學(xué)內(nèi)容主要為教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)制作的教學(xué)視頻、文獻(xiàn)資料等數(shù)字資源，學(xué)生在家里和自習(xí)室可通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、社交網(wǎng)絡(luò)等自主學(xué)習(xí)授課知識以及在課前掌握相關(guān)知識。第二課堂與傳統(tǒng)的教學(xué)課堂類似，但教師不再將主要精力放在講授相關(guān)的課程知識上，而是針對學(xué)生在第一課堂學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，通過組織學(xué)生討論、一對一答疑等方式開展針對性、討論式教學(xué)，幫助學(xué)生完成知識的內(nèi)化[6]。翻轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)的“先教后學(xué)”的模式變革為“先學(xué)后教”，拓展了教學(xué)的時間與空間，提高了教學(xué)的針對性，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)知識、形成技能、培養(yǎng)個性和發(fā)展高階能力[12]。

項(xiàng)目教學(xué)法是基于構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論和行動學(xué)習(xí)法理論而建立的一種以學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自由探索的教學(xué)方法[13]。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)和難度將其打包為具體的項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下通過承接相關(guān)項(xiàng)目任務(wù)，親自處理完成項(xiàng)目任務(wù)所有流程，自主解決項(xiàng)目執(zhí)行過程中遇到的問題和困難，進(jìn)而在掌握相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的過程中學(xué)習(xí)如何通過理論來客觀分析問題、通過實(shí)踐結(jié)合理論來創(chuàng)造性地解決問題[8]。項(xiàng)目教學(xué)法的內(nèi)容設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，能有效解決傳統(tǒng)教學(xué)理論脫離實(shí)踐的弊端；項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施過程要求學(xué)生具有很強(qiáng)的自主性，為學(xué)生提供根據(jù)自己興趣選擇內(nèi)容和展示形式的決策機(jī)會，學(xué)生能夠自主、自由地進(jìn)行學(xué)習(xí)；項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)內(nèi)容具有綜合性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、觀察能力、動手能力、研究與分析問題的能力、合作能力與解決實(shí)際問題的能力；項(xiàng)目教學(xué)法的學(xué)習(xí)目標(biāo)具有多樣性，每個學(xué)生會根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)與知識，尋求解決問題的最優(yōu)方案與策略，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)[14]。

3 基于翻轉(zhuǎn)課堂融合項(xiàng)目教學(xué)法的農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

與農(nóng)產(chǎn)品無損檢測課程的理論教學(xué)不同，實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到設(shè)備、場地、人員等因素的影響。如何高效利用有限的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)場所、優(yōu)化課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、提高師生交流的效率等是農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革必需思考的問題。筆者利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時空范疇，利用項(xiàng)目教學(xué)法賦予學(xué)生主動設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析問題、解決問題的項(xiàng)目式承接體驗(yàn)，開展了基于翻轉(zhuǎn)課堂融合項(xiàng)目教學(xué)法的農(nóng)產(chǎn)品無損檢測課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索。以計(jì)算機(jī)視覺檢測農(nóng)產(chǎn)品外觀品質(zhì)實(shí)驗(yàn)為例，從課程資源制作、網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建、課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、課程實(shí)驗(yàn)開展、實(shí)驗(yàn)成績評價5個方面展開。

(1)課程資源制作。借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)思路，教師事先錄制微視頻講解計(jì)算機(jī)視覺成像原理、計(jì)算機(jī)視覺硬件組成、計(jì)算機(jī)視覺軟件、計(jì)算機(jī)圖像處理等理論知識以及通過視頻演示如何進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖像采集與計(jì)算機(jī)圖像處理。上述視頻通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)先發(fā)給學(xué)生，學(xué)生可以提前熟知實(shí)驗(yàn)過程，并根據(jù)自己的知識面對實(shí)驗(yàn)需要涉及的理論知識進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)，不僅節(jié)約教學(xué)的時間和空間，而且可以為學(xué)生順利開展實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

(2)網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建。為了使師生之間、學(xué)生之間可以擺脫時空的限制，隨時隨地針對視頻學(xué)習(xí)或?qū)嶒?yàn)執(zhí)行過程中遇到的問題進(jìn)行討論和交流，教師可借助微信、微博、博客、QQ等建立交流平臺。借助建立的平臺，教師可將課件、視頻、語音等資料快速推送給學(xué)生，學(xué)生也可借助視頻、圖片、語音等精準(zhǔn)描述自己在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題。師生均可利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行高效討論與交流，打破課堂教學(xué)的時間和空間界限，有利于在教師和學(xué)生之間開展互動式學(xué)習(xí)，大大提高學(xué)習(xí)和交流的廣度和深度。

(3)課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。借鑒項(xiàng)目教學(xué)法中的項(xiàng)目式任務(wù)設(shè)計(jì)思路，教師不再按照傳統(tǒng)的方式預(yù)先指定完善的、固定的計(jì)算機(jī)視覺檢測農(nóng)產(chǎn)品外觀品質(zhì)實(shí)驗(yàn)路線。教師固定實(shí)驗(yàn)采用的技術(shù)路線和試驗(yàn)裝置，發(fā)布試驗(yàn)需要達(dá)到的預(yù)期效果，但在農(nóng)產(chǎn)品對象選擇、外觀待測指標(biāo)類型、數(shù)據(jù)處理方式3個節(jié)點(diǎn)上設(shè)置變量。學(xué)生在選擇不同的農(nóng)產(chǎn)品對象、外觀檢測指標(biāo)和數(shù)據(jù)處理方式時，必須主動思考這些參數(shù)選擇的依據(jù)是什么、如何達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果等問題，從而賦予學(xué)生參與項(xiàng)目的完整體驗(yàn)。

(4)課程實(shí)驗(yàn)開展。在實(shí)驗(yàn)課前，學(xué)生通過視頻自主了解實(shí)驗(yàn)的理論要點(diǎn)、操作規(guī)范、實(shí)驗(yàn)流程等相關(guān)內(nèi)容，并要求學(xué)生在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，召集組員構(gòu)成項(xiàng)目小組，完成任務(wù)分工及完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。教師課前對學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評估并給出反饋意見，實(shí)驗(yàn)課期間不再重復(fù)闡述視頻已涉及的內(nèi)容，主要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全操作規(guī)范，并重點(diǎn)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中碰到的問題進(jìn)行答疑解惑。通過教師與學(xué)生之間的高效互動和交流，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提升學(xué)生對知識的理解和內(nèi)化程度。

(5)實(shí)驗(yàn)成績評價。教師可根據(jù)課前預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作過程、實(shí)驗(yàn)報告、互動交流情況4個方面來綜合評價學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程成績。課前預(yù)習(xí)情況可通過預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)習(xí)題的方式考核，實(shí)驗(yàn)操作過程主要考核實(shí)驗(yàn)操作的嚴(yán)謹(jǐn)性、規(guī)范性和安全性，實(shí)驗(yàn)報告主要考核報告的規(guī)范性及預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的達(dá)成度，互動交流方面主要考察學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的深度和廣度。

4 結(jié)語

高效利用師生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時間及實(shí)驗(yàn)室空間，提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、分析問題、解決問題的自主性，提升學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維能力是農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)課程的重要改革方向。引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)理念，拓展實(shí)驗(yàn)課程的時間及空間范疇，借鑒項(xiàng)目教學(xué)法對學(xué)生分析問題、解決問題的引導(dǎo)機(jī)制開展了基于翻轉(zhuǎn)課堂融合項(xiàng)目教學(xué)法的農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索，提出了新教學(xué)模式下農(nóng)產(chǎn)品無損檢測實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)思路、實(shí)施機(jī)制和效果評價方法，可培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及科研意識，為開展該領(lǐng)域相關(guān)科學(xué)研究或在實(shí)踐中解決實(shí)際問題奠定基礎(chǔ)。