翻轉課堂融合PBL教學法在“天然產物提取技術”實驗教學中的應用

吳曉娟，吳 偉，林親錄，周文化

（中南林業科技大學食品科學與工程學院，湖南長沙 410004）

0 引言

“天然產物提取技術”實驗是中南林業科技大學食品質量與安全專業的專業選修課程之一。在“天然產物提取技術”理論課的學習過程中，學生已經掌握了糖類、氨基酸和蛋白質、精油、生物堿、黃酮類化合物、皂甙、油脂類化合物等7類常見天然產物提取分離方法的原理、特性及應用。在理論課程教學開展的同時，增加實驗教學環節，不僅能夠增強學生對基本概念和規律的理解，而且可以更好地培養學生的科學素質、創新意識和動手能力。同時，實驗教學也是理工科高等院校教學的重要組成部分，是培養高層次“復合型”人才的關鍵環節，是培養大學生創新精神和創新能力的重要途徑。然而長期以來，受傳統教學模式固化、實驗經費不足等因素影響，“天然產物提取技術”實驗教學未被給予足夠重視，存在教學模式較為落后、教學內容缺乏創新等問題。

翻轉課堂（Flipped Classroom） 是一種新型的教學模式，學生在課前通過觀看教師提供的課件、視頻和擴展資源等自主完成課程知識的學習，在課堂上通過小組討論、協作探究、問題解決和課堂作業等完成知識的內化[1]。翻轉課堂的核心理念為主動學習、學生參與、混合式課程設計。目前，國內外高等院校關于翻轉課堂的教學研究與實踐越來越多，但在食品科學與工程及相關專業應用較少，僅在“食品生產品質控制技術”“現代食品加工新技術”等少數課程中進行實施并取得了較好的教學效果[2-3]。基于問題式學習（Problem-based Learning，PBL） 教學法是指以問題為基礎，學生為中心、教師為引導的小組討論及自學的教學模式[4]。PBL教學法在教學實踐中的應用，有利于教師引導學生圍繞專業問題進行嚴密的思考和推理，使學生更加注重自身自主學習及思維能力的鍛煉。目前，該方法已在“有機化學”“食品生物化學”“食品安全與衛生學”等理論或實驗教學中進行應用并取得了較好的教學效果[5-7]。與傳統課堂相比較，翻轉課堂和PBL教學法都強調以學生為中心，而課堂教學的內容以問題答疑為主，在教師解答學生問題的過程中，增加師生、學生相互之間的交流。在翻轉課堂中融合PBL教學法，可以形成一種更具有特色和優勢的教學模式。因此，研究嘗試將PBL教學法與翻轉課堂相結合，形成了新的“天然產物提取技術”實驗課程的教學模式。

翻轉課堂融合PBL教學法的教學模式見圖1。

圖1 翻轉課堂融合PBL教學法的教學模式

1 “兩位一體”教學模式的建立

翻轉課堂和PBL教學法都強調以學生為中心，將翻轉課堂和PBL教學法相融合，以“天然產物提取技術”中常見的知識點“問題”作為整個實驗課程學習的起點，用來引導學生自主學習。

1.1 實驗項目的確定

根據“天然產物提取技術”實驗課程的教學目標和“翻轉課堂”融合PBL教學模式的特點，通過調研其他相關院校食品質量與安全專業先進的實驗教學實例，考察省內天然產物制取企業的工業化生產線，確定實驗項目。保留部分驗證性實驗項目，重點增設一些綜合性和創新型實驗項目。另外，天然產物的定性定量分析是天然產物提取效果評價的關鍵步驟。之前很多教材中關于黃酮、多酚和磷脂類物質的測定大多延用傳統的方法。但是隨著國家標準方法覆蓋的檢測項目越來越廣，很多天然產物的測定都有了更為準確的國標檢測方法，并且這些方法也是相關企業單位認可和執行的測定的方法。因此，為了適應食品或食品添加劑生產企業的崗位需要，對“茶葉中茶多酚的粗提取和測定”進行了修改，按照原料預處理、浸提、檢測的生產過程，根據企業生產工藝與檢驗流程重新設置了教學內容，并且將茶多酚的定量檢測方法修改為國標方法。

1.2 教學資源的優化

翻轉課堂融合PBL教學法這種教學模式成功應用的前提是教學資源的準備，包括課件、視頻和擴展資源等。視頻課程是教學資源的核心內容，根據實驗項目的教學目標和知識難易程度，錄制2～3個企業黃酮、肌醇等化合物提取的成套生產線視頻，創設有助于教學內容實現的情境，讓學生對天然產物的提取過程形成感性認識。

1.3 教學模式的建立

創建翻轉課堂融合PBL教學法的教學模式，強調以“問題”作為整個實驗課程學習的關鍵點，用來引導學生自主學習的全過程。將學生分為3～4人為1組，以小組為學習單位，在課前、課中和課后3個階段都采用“問題”進行啟迪。以“大豆磷脂酰膽堿的提取”實驗為例，課前問題是“簡述浸出法磷脂酰膽堿粗提取和測定的原理”；課中問題是“濃縮磷脂中提取磷脂酰膽堿時，先用丙酮萃取，再用乙醇萃取的順序與實驗的工藝順序對工藝效果如何影響”；課后的問題是“分析濃縮磷酸中提取磷脂酰膽堿工藝實驗各工序中的主要工藝條件或工藝參數分別對工藝效果和產品質量產生的影響”。課前，學生帶著問題主動去學習教學資源，有助于視頻教學深入人心；課上通過小組式討論和相互合作，讓學生在解決問題的過程中習得知識，有助于知識內化。另外，融合了PBL教學法的翻轉課堂還能培養學生分析、判斷、解決與推理問題的能力，從而形成一種新的教學模式。

2 “兩位一體”教學模式的應用

（1）課前準備。首先在充分分析學生學情的基礎上，對學生進行合理分組，然后將課件、視頻和擴展資源等發送給學生。學生以小組為單位，共同學習教師提供的課件、視頻、參考文獻等資料。在學習過程中，了解實驗目的、理解實驗原理、初步掌握實驗方法，并對難以理解的知識點提出問題，然后通過查閱資料、小組討論嘗試解決問題，還可以通過網絡平臺與教師進行交流。具體來說，以“茶葉中黃酮類化合物的提取和測定”實驗為例，學生通過查閱文獻、市場調查等了解黃酮類物質的來源和作用，可以從哪些原料中提取黃酮類化合物？目前黃酮類化合物中常見的流通產品有哪些？哪些物質可以作為黃酮類化合測定的標準品？小組成員交流討論，不同觀點交鋒、補充、修正，形成初步的實驗方案并提交給教師。教師根據實驗室具備的設施條件，推測初步的實驗方案是否可行，給出合理的修改建議。例如，根據是以茶葉為原料還是大豆為原料提取黃酮類化合物？是以蘆丁、槲皮素還是大豆黃酮為標準物質測定黃酮類化合物的總含量？

（2）課堂活動。課堂實驗階段是翻轉課堂融合PBL教學模式成功的關鍵。教師可以通過對主要知識點進行提問，以檢查學生的課前學習情況，然后講解本節課的實驗安排及注意事項等。實驗進行時，教師應對各個小組進行巡回指導，學生在實驗過程中則要多思考。同樣以“茶葉中茶多酚的粗提取和測定”實驗為例，學生需要考慮哪些試劑或工藝參數可能會導致實驗失敗。例如，磷酸鹽緩沖液是否需要現配現用？茶多酚溶解后溶液渾濁怎么辦？學生遇到問題首先通過合作探索以解決問題，如果按照事先設計的實驗方案達不到相應的實驗效果，則與教師溝通，共同找出解決方案。

（3）課后反饋。學生完成實驗后，可將提取的黃酮、茶多酚、磷脂酰膽堿等成品進行展示，小組間還可以分享實驗成功或失敗的經驗，課后再獨立完成實驗報告。實驗報告中要體現實驗原理、實驗操作和結果討論。教師需要根據課堂實驗情況和實驗報告進行成績評定，并對實驗中的重點和難點進行更加系統地梳理，將信息及時反饋給學生。同時，教師還應不斷進行教學反思，不斷提升教學水平。

3 結語

通過PBL教學法為以往的翻轉課堂教學模式提供實質性的問題導向，從教學目標、教學內容和教學模式等3個方面進行全面優化和改革探索。通過教學改革，培養學生主動學習、相互協作、樂于思考的學習品質，使學生掌握天然產物提取的主要工藝及相關設備。課程教學改革結論及相關經驗，亦可用于食品質量與安全及相關專業其他課程的實驗教學，為高等院校理工科類專業的實驗教學改革提供參考意見。