基于翻轉課堂及項目教學法融合的農產品無損檢測課程實驗教學探索

石吉勇，鄒小波，郭志明

(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江 212013)

實驗教學可將課堂講授的基本理論知識和相應的基本操作技術有機地結合起來，通過理論與實踐的相互滲透，幫助學生鞏固所學的理論知識并提高其動手操作能力[1]。同時，實驗教學可以提高學生參與課堂教學與實驗教學的積極性，對于培養學生嚴謹的科學思維能力具有重要的促進作用[2]。農產品無損檢測作為一門涉及多學科交叉的綜合性課程，課程內容涉及物理、化學、數學等多門學科以及計算機技術、現代傳感技術等多種現代科學技術，是農產品加工及貯藏及相關專業的基礎性課程，既涵蓋系統的基礎理論知識又涉及很強的實踐性[3]。實驗教學作為農產品無損檢測課程教學的重要組成部分，不僅是學生將課堂知識轉化為自身操作能力的重要手段，而且可以培養學生的實踐能力、創新能力以及科研意識，為將來開展該領域相關科學研究或在實踐中解決實際問題奠定基礎[4]。目前，高校的本科教學由于教學理念、師資配置、課時分配、經費投入、硬件條件等不利因素的限制，存在重理論教學、輕實驗教學、重課堂講授、輕課外輔導等現象，導致學生無法通過實驗教學有效培養其自身的創新能力、實踐能力以及理論實踐并用來解決實際問題的能力[5]。

如何探索新的實驗課程教學模式，有效促進學生創新能力和動手能力的培養、高效達成實驗課程的教學目標，已成為高校本科教學改革中亟需解決的難題。翻轉課堂教學法作為目前備受關注的教學新模式，借助數字化的課程資源與開放的互聯網建虛擬課堂，學生經過虛擬課堂的自主學習后，再進入教室內的真實課堂并借助教師答疑解惑完成知識的內化。翻轉課堂將傳統“先教后學”的教學形態調整為“先學后教”，有效拓寬了課程教學的時空范疇，是一種教學觀念的創新[6-7]。項目教學法通過給學生派發某項具體的項目任務，學生完成信息收集、方案設計、項目實施及項目評價等環節系統學習解決問題的完整流程，從而掌握相應的專業技能、方法技能及溝通技能。項目教學法以學生為中心，通過學生的自主性學習、探索性學習來實施某一項目任務，能有效培養學生分析問題及解決問題的能力，引發學生學習的興趣，激發學生學習的動機[8-9]。筆者以農產品無損檢測課程為例，分析了目前實驗課程教學中存在的問題，提出了翻轉課堂融合項目教學法的實驗課程教學模式，探索了新教學模式下農產品無損檢測實驗課程的設計思路、實施機制和效果評價方法，以期為其他院校的實驗課程教學改革提供參考。

1 農產品無損檢測實驗教學中存在的問題

實驗教學是連接課堂理論知識與實踐應用的重要橋梁，是培養學生動手能力和創新能力的重要方式。傳統的實驗課程教學由于教學理論、儀器設備、場地等方面的限制，往往在實際執行過程中碰到許多問題，導致無法達到應有的教學目的和教學效果[10]。以農產品無損檢測課程實驗教學為例，剖析實驗教學過程中存在的問題，可為教學改革指明方向。

1.1實驗教學安排不合理傳統的教學模式中，實驗課與理論課往往是分開進行的，兩部分課程的時間差不利于實驗課程的高效開展。無損檢測為多學科交叉課程，課堂教學過程教師無法在有限的學時內將某一檢測技術的方方面面涉及到，若不能及時開展實驗課程對課題的理論知識進行實際操作，學生難以做到理論聯系實際，無論是實驗課還是理論課，教學效果都無法達到最佳狀態。

1.2實驗設計過程中學生參與度低實驗設計過程中涉及到很多影響實驗效果的關鍵因素，如樣品的選擇、實驗條件(實驗影響因素及各因素水平的設置)、儀器的選型等，合理、準確的實驗設計是建立在對相關課題理論知識深度理解的基礎上。傳統實驗教學模式中，實驗設計完全由教師完成，雖然能夠保證實驗教學的效率和效果，但學生錯過了參與實驗設計的鍛煉機會。

1.3實驗過程中師生缺乏溝通為了保證在有限的時間、有限的場地內完成實驗教學任務，傳統實驗教學大多采用分組的教學方式。如果每個小組的人數很少，雖然能夠提高每個學生的實驗參與度，但小組的數量將非常多，師資力量及實驗設備往往無法配套；如果小組的人數很多，必將導致實驗講解過程中無法兼顧到每一位學生，同時每位學生的實驗參與度也將非常低，均不利于教學目的和教學效果的達成。

1.4人均設備配套率低與常規的農產品、食品課程實驗相比，農產品無損檢測實驗課程涉及的儀器往往是專門的、普及率不高的科研儀器設備(如近紅外光譜儀、高光譜成像系統、拉曼光譜、核磁共振成像系統等)，這就導致農產品無損檢測實驗開展過程中可能整個班的學生只能共用一臺或幾臺實驗設備。若涉及到更高精尖的實驗設備，其操作過程往往非常復雜，本科生無法在1～2個課時內完成上機培訓，直接導致實驗課變成儀器參觀課，教學效果必然大打折扣。

1.5教學過程缺乏創新現有的農產品無損檢測實驗課大多為單一的驗證性實驗，一般由教師事先講解實驗的原理、注意事項并演示操作過程，然后學生嚴格按照步驟進行操作，最后完成實驗報告。教學過程基本上是“教師帶路，學生跟隨”的模式。這種簡單模仿，學生只是被動地接受知識，無法充分調動學生學習的主動性和創造性。

1.6課程評價方式單一現有農產品無損檢測課程的實驗課時一般為6～10課時，因此實驗課往往并不單獨開設，而是將其納入理論課程的評價體系中。鑒于實驗課程在整個課程中所占比例不大，學生普遍對實驗課程的重視程度不高。同時，實驗課程的成績考核大多以學生提交的實驗報告為評價依據，這種評價方式的評價方法和主體都過于單一，無法考察學生的學習過程、學習態度和動手能力是否真正得到提高。

2 翻轉課堂及項目教學法的教學理論

翻轉課堂教學法是人類社會進入信息化的大背景下，信息化技術成果及信息化生產模式對人類知識傳授方式變革的驅動結果。與傳統的課堂教學相比，翻轉課堂由2個時空課堂組成[11]。第一課堂是教師借助互聯網為學生預先設置的虛擬課堂，教學內容主要為教師根據教學目標制作的教學視頻、文獻資料等數字資源，學生在家里和自習室可通過網絡教學平臺、社交網絡等自主學習授課知識以及在課前掌握相關知識。第二課堂與傳統的教學課堂類似，但教師不再將主要精力放在講授相關的課程知識上，而是針對學生在第一課堂學習過程中遇到的問題，通過組織學生討論、一對一答疑等方式開展針對性、討論式教學，幫助學生完成知識的內化[6]。翻轉課堂將傳統的“先教后學”的模式變革為“先學后教”，拓展了教學的時間與空間，提高了教學的針對性，有利于學生學習知識、形成技能、培養個性和發展高階能力[12]。

項目教學法是基于構建主義學習理論和行動學習法理論而建立的一種以學生自主學習、自由探索的教學方法[13]。教師根據教學內容的特點和難度將其打包為具體的項目任務，學生在教師的指導下通過承接相關項目任務，親自處理完成項目任務所有流程，自主解決項目執行過程中遇到的問題和困難，進而在掌握相關教學內容的過程中學習如何通過理論來客觀分析問題、通過實踐結合理論來創造性地解決問題[8]。項目教學法的內容設計具有很強的實踐性，能有效解決傳統教學理論脫離實踐的弊端；項目教學法的實施過程要求學生具有很強的自主性，為學生提供根據自己興趣選擇內容和展示形式的決策機會，學生能夠自主、自由地進行學習；項目教學法的教學內容具有綜合性，有利于培養學生的自學能力、觀察能力、動手能力、研究與分析問題的能力、合作能力與解決實際問題的能力；項目教學法的學習目標具有多樣性，每個學生會根據自己的經驗與知識，尋求解決問題的最優方案與策略，有利于提高學生的綜合素質[14]。

3 基于翻轉課堂融合項目教學法的農產品無損檢測實驗教學探索

與農產品無損檢測課程的理論教學不同，實驗教學受到設備、場地、人員等因素的影響。如何高效利用有限的實驗設備及實驗場所、優化課程實驗設計、提高師生交流的效率等是農產品無損檢測實驗教學改革必需思考的問題。筆者利用翻轉課堂教學模式拓展實驗教學的時空范疇，利用項目教學法賦予學生主動設計實驗、分析問題、解決問題的項目式承接體驗，開展了基于翻轉課堂融合項目教學法的農產品無損檢測課程實驗教學探索。以計算機視覺檢測農產品外觀品質實驗為例，從課程資源制作、網絡平臺構建、課程實驗設計、課程實驗開展、實驗成績評價5個方面展開。

(1)課程資源制作。借鑒翻轉課堂的教學思路，教師事先錄制微視頻講解計算機視覺成像原理、計算機視覺硬件組成、計算機視覺軟件、計算機圖像處理等理論知識以及通過視頻演示如何進行計算機圖像采集與計算機圖像處理。上述視頻通過網絡預先發給學生，學生可以提前熟知實驗過程，并根據自己的知識面對實驗需要涉及的理論知識進行個性化學習，不僅節約教學的時間和空間，而且可以為學生順利開展實驗奠定基礎。

(2)網絡平臺構建。為了使師生之間、學生之間可以擺脫時空的限制，隨時隨地針對視頻學習或實驗執行過程中遇到的問題進行討論和交流，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生，學生也可借助視頻、圖片、語音等精準描述自己在實驗過程中遇到的問題。師生均可利用互聯網進行高效討論與交流，打破課堂教學的時間和空間界限，有利于在教師和學生之間開展互動式學習，大大提高學習和交流的廣度和深度。

(3)課程實驗設計。借鑒項目教學法中的項目式任務設計思路，教師不再按照傳統的方式預先指定完善的、固定的計算機視覺檢測農產品外觀品質實驗路線。教師固定實驗采用的技術路線和試驗裝置，發布試驗需要達到的預期效果，但在農產品對象選擇、外觀待測指標類型、數據處理方式3個節點上設置變量。學生在選擇不同的農產品對象、外觀檢測指標和數據處理方式時，必須主動思考這些參數選擇的依據是什么、如何達到預期的實驗效果等問題，從而賦予學生參與項目的完整體驗。

(4)課程實驗開展。在實驗課前，學生通過視頻自主了解實驗的理論要點、操作規范、實驗流程等相關內容，并要求學生在此基礎上根據實驗目的和要求，召集組員構成項目小組，完成任務分工及完成實驗方案設計。教師課前對學生提交的實驗方案進行評估并給出反饋意見，實驗課期間不再重復闡述視頻已涉及的內容，主要強調實驗安全操作規范，并重點對學生實驗過程中碰到的問題進行答疑解惑。通過教師與學生之間的高效互動和交流，激發學生的學習興趣和調動學生自主學習的積極性，提升學生對知識的理解和內化程度。

(5)實驗成績評價。教師可根據課前預習情況、實驗操作過程、實驗報告、互動交流情況4個方面來綜合評價學生的實驗課程成績。課前預習情況可通過預設網絡習題的方式考核，實驗操作過程主要考核實驗操作的嚴謹性、規范性和安全性，實驗報告主要考核報告的規范性及預期實驗結果的達成度，互動交流方面主要考察學生提出問題、分析問題、解決問題的深度和廣度。

4 結語

高效利用師生的實驗教學時間及實驗室空間，提高學生參與實驗設計、操作、分析問題、解決問題的自主性，提升學生的動手能力和創新思維能力是農產品無損檢測實驗課程的重要改革方向。引入翻轉課堂教學理念，拓展實驗課程的時間及空間范疇，借鑒項目教學法對學生分析問題、解決問題的引導機制開展了基于翻轉課堂融合項目教學法的農產品無損檢測實驗教學探索，提出了新教學模式下農產品無損檢測實驗課程的設計思路、實施機制和效果評價方法，可培養學生的實踐能力、創新能力以及科研意識，為開展該領域相關科學研究或在實踐中解決實際問題奠定基礎。