項目驅動+虛擬仿真的線上線下混合式教學實踐

范秀萍，夏杏洲，劉亞月，劉曉菲，鄭惠娜

廣東海洋大學食品科技學院（湛江 524088）

在工程專業認證與教育信息化背景下，拓展教學內容的廣度和深度、延伸教學的時間和空間，打破學習資源限制，擺脫學習時空制約，是值得深入研究的課題。隨著互聯網技術的快速發展，虛擬仿真實驗教學平臺已廣泛應用于食品類專業[1]。同時，隨著“互聯網+”時代的到來，大規模在線開放課程（massive open onlinecourses，MOOC）、小規模限制性在線課程（small privateonline course，SPOC）、翻轉課堂等新型教學模式，為高等院校本科教學改革與創新提供了新的思路[2-3]。

“食品化學”“食品營養學”是食品類專業的核心課程，“食品化學與營養學實驗”作為一門獨立開設的實驗課程，在培養學生的專業思維、實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，目前大多仍以驗證性實驗為主，達不到培養學生研究能力的目標[4]。文章構建了以本校虛擬仿真實驗平臺為依托，結合多平臺、多元化教學方法的線上線下混合教學式模式，并在“食品化學與營養學實驗”課程中實踐，以分析該模式的可行性與應用效果。

1 “食品化學與營養學實驗”課程的教學現狀

“食品化學與營養學實驗”是“食品化學”與“食品營養學”兩門理論課程中將實驗環節獨立出來設置的一門專門的實驗課程，是食品科學與工程專業重要的專業核心課；課程內容包括食品原料的化學變化、營養與功能特性、營養調查與食譜設計相關的實驗項目；該課程的實驗項目均為綜合性和設計性實驗，要求學生根據實驗指導書，查閱資料，自行設計實驗部分方案，并按照方案準備實驗并完成實驗內容，使學生具備針對復雜食品工程問題，能夠獨立設計研究方案，正確采集、整理和分析實驗數據，并給出有效結論的研究能力。

本校“食品化學與營養學實驗”是根據食品科學與工程專業的定位改革，在2014年開始設立，24學時，面對食品科學與工程專業三年級學生開設。2018年在培養方案的調整下，增至48學時，在本科二年級學習。課程實驗內容由原來的6個綜合實驗調至10個，增加2個綜合性實驗與2個設計性實驗。主要培養學生研究能力與專業思維能力。課程教學中存在的主要問題：

（1）教學方式單一，課堂時間有限。目前課程主要是老師課堂講解與學生實驗操作。學生學習時間僅為上課的時間。課后不能重復實驗與操作實踐。

（2）實驗資源有限，實踐動手機會不足。我校開設“食品化學與營養學實驗”的食品類專業學生為12個班，每班30～40人，目前實驗室有2間。由于實驗室場地與資源有限，學生在實驗中為3～4人/組，共同完成實驗操作，部分同學會出現不參與、不思考、簡單操作實驗完成任務、課后抄數據與報告的情況，導致學生的實驗操作訓練、研究能力不能及時得到指導與提高。學生在課堂上也會出現實驗結果不理想、實驗時間不足、主動性不夠等問題而影響學習效果。因此，需要從課前預習、課中的實驗訓練與指導及課后的實驗總結與匯報三個方面共同提高學生的學習興趣，增加學生實驗時間，讓學生能主動思考實驗中出現的問題，并應用理論知識找到解決方案。

（3）實驗考核方式較單一，綜合評價研究能力較困難。由于課堂時間有限，目前對學生的考核主要是實驗報告與期末的筆試考核。不能綜合考核學生的實驗操作、研究方案設計、數據采集、整理和分析等綜合研究能力。

因此，如何提高“食品化學與營養學實驗”教學質量，提高學生的學習目標達成度，探討更加有效的教學模式，是課程改革必須解決的重點問題。

2 基于虛擬仿真實驗平臺的線上線下混合式教學模式的實踐

2.1 以項目驅動為導向的課程內容設計

在OBE的教學理念下，“食品化學與營養學實驗”課程采用了以項目驅動為導向、虛擬仿真實驗平臺與自建SPOC課程平臺為支撐的線上線下混合式教學。對課程教學內容進行了設計，分為綜合性實驗項目與研究設計項目兩大類（見圖1）。

圖1 以項目驅動為導向的“食品化學與營養學實驗”課程內容設計

為了讓學生更好地利用食品理論知識解決實際生活與研究中的問題、拓展學生的學習內容與深度、增加學習與研究時間，課程組建立了適用于該實驗課的SPOC課程，課程內容包含實驗授課PPT、操作講解、儀器使用（視頻）以及閱讀資源、題庫等內容。設置了綜合性實驗項目1～6，分別研究了食品中水分活度、淀粉、脂肪、蛋白質、色素的化學或功能性質、影響因素，以解決實際生活或研究中的問題為導向，通過專業理論知識與實驗研究得出合理的結論，使學生在分析復雜食品工程問題、設計實驗方案并能正確地計算與分析數據的設計、研究能力等方面得到訓練。

為了進一步提高學生的研究與設計能力，同時結合本校食品專業的海洋與農產品加工特色，設置了4項開放性的研究設計實驗項目，要求學生以小組為單位，完成方案設計、實驗準備、研究、結果分析，最后得出研究結論。由于實驗室場地、大型研究設備與課堂時間限制，導致研究內容的完整性、設備的使用均受到影響。因此，借助“廣東省海洋食品學實驗教學示范中心虛擬仿真實驗平臺”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”，以及膳食設計軟件，通過虛擬仿真軟件的多感知性、沉浸性、交互性的學習、膳食設計軟件的便利性，可使學生拓展學習內容，掌握線下實驗無法實現的設備內部結構認識、操作正確性的判斷、膳食的精準評價、食譜的多樣化選擇等內容，在提高學生學習興趣與主動性的同時，也訓練了學生研究的創新思維。

2.2 線上線下混合教學模式的實踐

在OBE的教學理念下，以項目驅動為導向，通過線上線下混合互動式教學模式的實施，達到“食品化學與營養學實驗”的教學目標（見圖2）。在教學過程的三個階段課前、課中、課后，以虛擬仿真實驗平臺、自建SPOC課程平臺為依托，進行線上線下混合式教學，使實體實驗和虛擬仿真實驗虛實結合、相互補充。在教學中，教師既要發揮實體實驗的優勢，能實不虛；又借助于信息技術，以虛補實、以虛促實，拓展教學內容的廣度和深度、延伸教學的時間和空間。借助QQ或微信平臺、超星學習通、騰訊會議或錄頻軟件等發布任務、通知、閱讀資料、師生討論、項目互評、錄制項目匯報視頻等各項互動教學活動。

圖2 線上線下混合式教學模式組織方式與考核評價

2.3 建立多元化評價方式

“食品化學與營養學實驗”課程不僅是食品理論知識的拓展，也是實驗研究能力的訓練，因此本課程采用多元考核與評價方式。（1）課前：從老師發布的項目或任務出發，通過線上學習、查閱文獻、小組討論后完成實驗設計、提交預習報告，并完成線上

小測與虛擬仿真實驗考核；（2）課中：線下課堂教學、實驗設計與操作技能考核；（3）課后：線上評閱實驗報告及項目匯報；（4）課程采用理論考試和實驗操作進行考核；（5）問卷調查：評價學生對課程目標的達成情況。通過多元考核與評價方式，學生的自主學習能力、實驗設計能力、實踐與科研能力等均得到了較好的訓練，幫助學生樹立正確的價值觀與責任感，培養專業素養。

3 混合式教學模式實踐的效果

以教學改革之前的食品1182班為對照，對采用項目驅動+虛擬仿真混合教學模式改革的食品1191和1201成績進行比較分析，結果見圖3。與教學改革前的食品1182班學生期未考試卷面成績與總成績相比，采用項目驅動+虛擬仿真的混合教學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 混合式教學模式實踐的成績分析

采用問卷調查法對混合式教學模式實施效果進行評價。食品1191和食品1201班學生對教學內容設計、教學模式及教學效果的評價均達到4.6分以上（滿意為5分、不滿意為1分）。83%的同學認為采用項目驅動模式提高了學習興趣、激發了學習的動力并能主動應用專業知識解決問題（圖4）。對食品1191和食品1201班共62位同學的虛擬仿真軟件使用效果也進行了問卷調查評價，其中有96.9%的同學認為虛擬仿真軟件對該課程的學習有幫助，其中87.5%以上的學生認為虛擬仿真軟件拓展了實驗研究的深度與廣度（圖5）。

圖4 混合式教學模式實施的問卷調查結果

圖5 虛擬仿真軟件使用效果評價

4 結語

“食品化學與營養學”實驗是一門理論與研究相結合的實踐課程。基于虛擬仿真平臺、結合超星平臺、手機APP等線上工具，可突破線下教學的時間、資源與空間限制，教學中采用項目驅動的混合教學模式，激發學生學習的主動性，提高學生理論知識的應用能力；采用虛擬仿真與線下實驗結合，拓展了實驗研究的完整性與深度，訓練學生的專業思維與研究能力。線上線下結合的混合式教學模式對提高教學效果和教學質量有著積極的影響，為“食品化學與營養學實驗”課程的教學改革提供參考。