項(xiàng)目驅(qū)動+虛擬仿真的線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐

范秀萍，夏杏洲，劉亞月，劉曉菲，鄭惠娜

廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院（湛江 524088）

在工程專業(yè)認(rèn)證與教育信息化背景下，拓展教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度、延伸教學(xué)的時間和空間，打破學(xué)習(xí)資源限制，擺脫學(xué)習(xí)時空制約，是值得深入研究的課題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺已廣泛應(yīng)用于食品類專業(yè)[1]。同時，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，大規(guī)模在線開放課程（massive open onlinecourses，MOOC）、小規(guī)模限制性在線課程（small privateonline course，SPOC）、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)模式，為高等院校本科教學(xué)改革與創(chuàng)新提供了新的思路[2-3]。

“食品化學(xué)”“食品營養(yǎng)學(xué)”是食品類專業(yè)的核心課程，“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”作為一門獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，在培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)思維、實(shí)踐操作與研究能力方面有著重要意義。由于受到時間、場地、資源等限制，目前大多仍以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生研究能力的目標(biāo)[4]。文章構(gòu)建了以本校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺為依托，結(jié)合多平臺、多元化教學(xué)方法的線上線下混合教學(xué)式模式，并在“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中實(shí)踐，以分析該模式的可行性與應(yīng)用效果。

1 “食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀

“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”是“食品化學(xué)”與“食品營養(yǎng)學(xué)”兩門理論課程中將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)獨(dú)立出來設(shè)置的一門專門的實(shí)驗(yàn)課程，是食品科學(xué)與工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課；課程內(nèi)容包括食品原料的化學(xué)變化、營養(yǎng)與功能特性、營養(yǎng)調(diào)查與食譜設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；該課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均為綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，查閱資料，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分方案，并按照方案準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生具備針對復(fù)雜食品工程問題，能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)研究方案，正確采集、整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并給出有效結(jié)論的研究能力。

本?！笆称坊瘜W(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”是根據(jù)食品科學(xué)與工程專業(yè)的定位改革，在2014年開始設(shè)立，24學(xué)時，面對食品科學(xué)與工程專業(yè)三年級學(xué)生開設(shè)。2018年在培養(yǎng)方案的調(diào)整下，增至48學(xué)時，在本科二年級學(xué)習(xí)。課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由原來的6個綜合實(shí)驗(yàn)調(diào)至10個，增加2個綜合性實(shí)驗(yàn)與2個設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。主要培養(yǎng)學(xué)生研究能力與專業(yè)思維能力。課程教學(xué)中存在的主要問題：

（1）教學(xué)方式單一，課堂時間有限。目前課程主要是老師課堂講解與學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生學(xué)習(xí)時間僅為上課的時間。課后不能重復(fù)實(shí)驗(yàn)與操作實(shí)踐。

（2）實(shí)驗(yàn)資源有限，實(shí)踐動手機(jī)會不足。我校開設(shè)“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”的食品類專業(yè)學(xué)生為12個班，每班30～40人，目前實(shí)驗(yàn)室有2間。由于實(shí)驗(yàn)室場地與資源有限，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中為3～4人/組，共同完成實(shí)驗(yàn)操作，部分同學(xué)會出現(xiàn)不參與、不思考、簡單操作實(shí)驗(yàn)完成任務(wù)、課后抄數(shù)據(jù)與報告的情況，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練、研究能力不能及時得到指導(dǎo)與提高。學(xué)生在課堂上也會出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想、實(shí)驗(yàn)時間不足、主動性不夠等問題而影響學(xué)習(xí)效果。因此，需要從課前預(yù)習(xí)、課中的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練與指導(dǎo)及課后的實(shí)驗(yàn)總結(jié)與匯報三個方面共同提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)時間，讓學(xué)生能主動思考實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，并應(yīng)用理論知識找到解決方案。

（3）實(shí)驗(yàn)考核方式較單一，綜合評價研究能力較困難。由于課堂時間有限，目前對學(xué)生的考核主要是實(shí)驗(yàn)報告與期末的筆試考核。不能綜合考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、研究方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、整理和分析等綜合研究能力。

因此，如何提高“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度，探討更加有效的教學(xué)模式，是課程改革必須解決的重點(diǎn)問題。

2 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的線上線下混合式教學(xué)模式的實(shí)踐

2.1 以項(xiàng)目驅(qū)動為導(dǎo)向的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

在OBE的教學(xué)理念下，“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程采用了以項(xiàng)目驅(qū)動為導(dǎo)向、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺與自建SPOC課程平臺為支撐的線上線下混合式教學(xué)。對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分為綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與研究設(shè)計(jì)項(xiàng)目兩大類（見圖1）。

圖1 以項(xiàng)目驅(qū)動為導(dǎo)向的“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

為了讓學(xué)生更好地利用食品理論知識解決實(shí)際生活與研究中的問題、拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容與深度、增加學(xué)習(xí)與研究時間，課程組建立了適用于該實(shí)驗(yàn)課的SPOC課程，課程內(nèi)容包含實(shí)驗(yàn)授課PPT、操作講解、儀器使用（視頻）以及閱讀資源、題庫等內(nèi)容。設(shè)置了綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1～6，分別研究了食品中水分活度、淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、色素的化學(xué)或功能性質(zhì)、影響因素，以解決實(shí)際生活或研究中的問題為導(dǎo)向，通過專業(yè)理論知識與實(shí)驗(yàn)研究得出合理的結(jié)論，使學(xué)生在分析復(fù)雜食品工程問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并能正確地計(jì)算與分析數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)、研究能力等方面得到訓(xùn)練。

為了進(jìn)一步提高學(xué)生的研究與設(shè)計(jì)能力，同時結(jié)合本校食品專業(yè)的海洋與農(nóng)產(chǎn)品加工特色，設(shè)置了4項(xiàng)開放性的研究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，要求學(xué)生以小組為單位，完成方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、研究、結(jié)果分析，最后得出研究結(jié)論。由于實(shí)驗(yàn)室場地、大型研究設(shè)備與課堂時間限制，導(dǎo)致研究內(nèi)容的完整性、設(shè)備的使用均受到影響。因此，借助“廣東省海洋食品學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺”的超臨界流體萃取3D虛擬仿真軟件，與北京歐倍爾公司平臺的“蛋白酶解制海洋活性肽3D虛擬仿真軟件”，以及膳食設(shè)計(jì)軟件，通過虛擬仿真軟件的多感知性、沉浸性、交互性的學(xué)習(xí)、膳食設(shè)計(jì)軟件的便利性，可使學(xué)生拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，掌握線下實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)的設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)認(rèn)識、操作正確性的判斷、膳食的精準(zhǔn)評價、食譜的多樣化選擇等內(nèi)容，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與主動性的同時，也訓(xùn)練了學(xué)生研究的創(chuàng)新思維。

2.2 線上線下混合教學(xué)模式的實(shí)踐

在OBE的教學(xué)理念下，以項(xiàng)目驅(qū)動為導(dǎo)向，通過線上線下混合互動式教學(xué)模式的實(shí)施，達(dá)到“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)目標(biāo)（見圖2）。在教學(xué)過程的三個階段課前、課中、課后，以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺、自建SPOC課程平臺為依托，進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)，使實(shí)體實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充。在教學(xué)中，教師既要發(fā)揮實(shí)體實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，能實(shí)不虛；又借助于信息技術(shù)，以虛補(bǔ)實(shí)、以虛促實(shí)，拓展教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度、延伸教學(xué)的時間和空間。借助QQ或微信平臺、超星學(xué)習(xí)通、騰訊會議或錄頻軟件等發(fā)布任務(wù)、通知、閱讀資料、師生討論、項(xiàng)目互評、錄制項(xiàng)目匯報視頻等各項(xiàng)互動教學(xué)活動。

圖2 線上線下混合式教學(xué)模式組織方式與考核評價

2.3 建立多元化評價方式

“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程不僅是食品理論知識的拓展，也是實(shí)驗(yàn)研究能力的訓(xùn)練，因此本課程采用多元考核與評價方式。（1）課前：從老師發(fā)布的項(xiàng)目或任務(wù)出發(fā)，通過線上學(xué)習(xí)、查閱文獻(xiàn)、小組討論后完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、提交預(yù)習(xí)報告，并完成線上

小測與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)考核；（2）課中：線下課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作技能考核；（3）課后：線上評閱實(shí)驗(yàn)報告及項(xiàng)目匯報；（4）課程采用理論考試和實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行考核；（5）問卷調(diào)查：評價學(xué)生對課程目標(biāo)的達(dá)成情況。通過多元考核與評價方式，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐與科研能力等均得到了較好的訓(xùn)練，幫助學(xué)生樹立正確的價值觀與責(zé)任感，培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)。

3 混合式教學(xué)模式實(shí)踐的效果

以教學(xué)改革之前的食品1182班為對照，對采用項(xiàng)目驅(qū)動+虛擬仿真混合教學(xué)模式改革的食品1191和1201成績進(jìn)行比較分析，結(jié)果見圖3。與教學(xué)改革前的食品1182班學(xué)生期未考試卷面成績與總成績相比，采用項(xiàng)目驅(qū)動+虛擬仿真的混合教學(xué)模式與多元評價方式后，食品1191和食品1201班的成績均有顯著提高。

圖3 混合式教學(xué)模式實(shí)踐的成績分析

采用問卷調(diào)查法對混合式教學(xué)模式實(shí)施效果進(jìn)行評價。食品1191和食品1201班學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)模式及教學(xué)效果的評價均達(dá)到4.6分以上（滿意為5分、不滿意為1分）。83%的同學(xué)認(rèn)為采用項(xiàng)目驅(qū)動模式提高了學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)了學(xué)習(xí)的動力并能主動應(yīng)用專業(yè)知識解決問題（圖4）。對食品1191和食品1201班共62位同學(xué)的虛擬仿真軟件使用效果也進(jìn)行了問卷調(diào)查評價，其中有96.9%的同學(xué)認(rèn)為虛擬仿真軟件對該課程的學(xué)習(xí)有幫助，其中87.5%以上的學(xué)生認(rèn)為虛擬仿真軟件拓展了實(shí)驗(yàn)研究的深度與廣度（圖5）。

圖4 混合式教學(xué)模式實(shí)施的問卷調(diào)查結(jié)果

圖5 虛擬仿真軟件使用效果評價

4 結(jié)語

“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)”實(shí)驗(yàn)是一門理論與研究相結(jié)合的實(shí)踐課程?；谔摂M仿真平臺、結(jié)合超星平臺、手機(jī)APP等線上工具，可突破線下教學(xué)的時間、資源與空間限制，教學(xué)中采用項(xiàng)目驅(qū)動的混合教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提高學(xué)生理論知識的應(yīng)用能力；采用虛擬仿真與線下實(shí)驗(yàn)結(jié)合，拓展了實(shí)驗(yàn)研究的完整性與深度，訓(xùn)練學(xué)生的專業(yè)思維與研究能力。線上線下結(jié)合的混合式教學(xué)模式對提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量有著積極的影響，為“食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)改革提供參考。