基于微課的翻轉課堂在“食品機械與設備”教學中的實踐

姚凌云，孫 敏，宋詩清，王化田，董武林，馮 濤

（1. 上海應用技術大學香料香精技術與工程學院，上海 201418；2. 上海沃迪智能裝備股份有限公司，上海 201506）

0 引言

“食品機械與設備”是學習與掌握各種機械設備的工作原理、結構組成及性能參數等內容的一門必修課程，還涵蓋食品加工過程的設備選型、生產線設計、設備使用與維護等內容。該課程是食品科學與工程類專業的重要專業基礎課程，可為后續“食品工廠設計”“食品工藝學”等課程的學習及學生綜合素質的提高奠定理論與實踐基礎。在多年的教學實踐中，“食品機械與設備”課程的教學過程或多或少存在一些問題。首先，“食品機械與設備”的學習需要良好的食品工程原理基礎，但現在學生的食品工程原理知識水平存在一定差異，導致部分學生跟不上課堂教學節奏；其次，“食品機械與設備”課程抽象的理論知識、雜多分散的知識點、容易混淆的概念和錯綜復雜的生產線設備與管路系統等內容，容易導致學生缺乏興趣與熱情。在學校食品科學與工程專業教學計劃中，“食品機械與設備”是與學生工程能力培養密切相關的課程，為進一步提高課程的教學質量，提升學生工程實踐能力，近年來在該課程教學中引入了校企合作的教學模式，通過課堂學習與企業實踐的校企結合方式，使課堂的理論知識和企業的設備技術形成資源共享并優勢互補，達到了提高課程教學的針對性和實效性之目的[1]。

近年來，隨著信息化、智能化、機械化等工業技術的快速發展，食品加工技術也呈現出日新月異的局面，許多新型的食品機械與設備在行業中涌現出來并發揮重要作用，這也對“食品機械與設備”課程教學帶來了新的挑戰。如何提高學生的學習主動性、積極性，提升學生對“食品機械與設備”的學習興趣與熱情，探索適合學生的學習新模式是課程教學方法改革的重要舉措。目前，基于微課的翻轉課堂在高校的教學改革當中已被廣泛提及，將現代信息技術與食品科學與工程專業教學過程深入融合是值得關注和探討的[2]。闡述新時期“食品機械與設備”的教學改革探索，主要是基于微課的翻轉課堂教學模式在該課程中的實踐與應用，順應當前傳統教學方法改革的需求。通過線上微課、線下翻轉以達到啟發學生創新意識、提高工程實踐能力的目的。利用“互聯網+ ”等新一代信息技術來提高課堂教學環境的信息化、高效化、便利化水平，促進富有成效的教與學并推動工程類專業教學的深化發展。

1 微課與翻轉課堂教學模式概述

早在1993 年，美國北愛荷華大學的Mc Grew 推出了“60 秒有機化學課程”這一新的教學方式，這被認為是“微課”的最初雛形，該雛形通過在線學習和移動學習的方式完成有機化學實際教學。此后，美國新墨西哥州胡安學院的David Penrose 在線上教學的基礎上，于2008 年正式提出“微課”（microlecture） 的概念[3]。在“微課”的教學方式中，教師搭建好線上學習平臺并提供給學生自主學習，學生在課堂外通過電腦在線或下載對提供的微課教程進行學習。微課堂的核心組成內容是通過文字、圖片、視頻、音頻等形式相結合的影音資料為載體，以載體傳遞課程知識點的微型優質學習資源，素材中涵蓋與課程教學相關的PPT 課件、教學設計、練習與測試、課程反饋與評估等多個環節。在課程實際教學過程中，不同的知識點可以有針對性地選擇素材中的某些環節或全部環節在教學場景中進行應用。較之傳統教學模式，微課教學具有效率高的優點，學生通過微課堂掌握基本知識點，教師則針對課程中的重點、難點和知識點的擴充與學生進行交流互動。此外，與傳統的課堂教學形式不同，微課的學習載體富含圖文、視頻等多樣化、趣味化的特點，避免了長時間的傳統講授引起的內容單調和枯燥乏味，使學生能夠積極主動地學習。在課堂注意力集中的情況下，學生進行高效率學習的時間以不超過20 min 為宜，微課的課程短小精悍，視頻的時長一般為10 min，微課堂的這一特點正是符合高效率學習的時間特征，避免過長的學習時間導致學生學習效率降低并引起疲勞。因此，為了讓學生更好地掌握課程相關的知識點，將系統的知識體系進行解構和碎片化處理，分重點和難點進行拆解并制作高質量的微課教學視頻顯得非常關鍵。

“翻轉課堂”（Flipped classroom） 也翻譯為“反轉課堂”“顛倒教室”等名稱，隨著互聯網的發展和普及，2011 年以來翻轉課堂的方法逐漸流行起來并成為影響課堂教學的重大技術變革[4]。伴隨著“互聯網+ ”知識創新的日益普及，促進“互聯網+ ”與學科教學的常態深度融合，翻轉課堂就是該教學模式發展應運而生的新形態。在“翻轉課堂”教學模式中，需要學生在課前對課程知識點及相關的文獻資料進行自主學習，在課堂上則以師生之間、學生之間互動為主，對自主學習環節中存在的疑難之處進行交流和答疑，對知識體系的掌握和學習心得等進行闡述和總結，使課堂成為學生進行深度學習和拓展思維的場所，以達到更有成效的課程教學。目前，“翻轉課堂”教學模式在推進高校教學改革中的作用日益受到重視，特別是將“翻轉課堂”的混合教學模式應用于專業課程講授中的探索已漸成趨勢并產生了提升教學質量的顯著效果[5]。同樣，將翻轉課堂的獨特優勢運用于食品相關專業課程的教學中，對彌補和改進傳統教學方式的不足起到重要作用。首先，翻轉課堂強調學生課外時間自主學習各種教學資源，課堂上以師生交流為主，指導學生完成作業和實現知識內化，可以有效彌補課時不足、知識點陳舊的缺陷。而且，“翻轉課堂”使學生在課堂外可以按照自己的時間和興趣自主完成學習，課堂內主要與教師進行深入交流，從而對專業知識有更深層次的理解[6]。此外，傳統的教學方式教學時間長，通常45 min 一節課，單一的課堂講授往往使學生產生疲勞厭倦，在課堂注意力不夠集中導致學習效率低下?！拔⒄n”作為一種在線學習資源，結合翻轉課堂的教學形式，能夠讓學生有興趣對教材中的機械設備原理進行深入學習，通過與學生、教師之間的充分交流，了解不同設備應用范圍的要求，同時也極大地提高了課程的實踐性、趣味性。

2 基于微課的翻轉課堂在“食品機械與設備”課程教學模式

“食品機械與設備”作為實踐性比較強的課程，在教學過程中存在一定的影響因素。例如，教材更新速度較慢，當前熱點技術智能化、信息化、物聯網等在教材中都沒有詳細的體現，現有教材很難使學生全面客觀地了解食品機械與設備的發展現狀與趨勢。另外，教師在課堂教授的理論知識枯燥難懂而且與實踐的關聯性不強，學生的學習興趣不高而且難以進行深入學習。“翻轉課堂”重視教學知識的傳授和內化過程，在基于“微課”的“翻轉課堂”教學模式下，教師通過錄制微視頻并上傳網絡學習平臺，學生通過線上視頻學習、交流和測試，結合線下課堂教學、知識交流、技能訓練等方式內化知識點，實現個性化學習。

2.1 課程資源建設

在明確教學重、難點的前提下，根據學生基礎知識的差異，教師需要預先做好課程設計與課程資源建設，制作好微課素材。在教師環節，前期準備工作包括明確課程學習目標、重組知識單元、繪制思維導圖等。同時，在新的教學模式下對教學大綱和教學日歷進行適當調整，而且要收集課程教學資源及其他網絡資源進行補充，錄制好讓學生了解專業基礎知識及設備基本原理的微視頻。例如，在分離設備教學中，超濾設備的結構較為抽象，剛開始學習時學生難以想象其具體的工作原理，通過制作微課“膜分離的設備結構與工作原理”使學生更容易理解并掌握超濾膜的工作原理和操作要領。

在教學內容上，除國內外權威教材中的知識點外，需引入國內外食品機械與設備最新的研究成果，讓學生充分認識學科的前沿領域和最新的發展方向，能夠使對“食品機械與設備”感興趣的學生接觸最新的研究成果。另外，需要注意知識點的細化和搭建知識點框架，以便學生更好地掌握機械設備的工作原理和結構特點，鼓勵學生進行跨學科思考，拓展學生在改進設備和跨學科思考的能力。例如，高壓均質機是食品飲料加工或乳狀液穩定化中的關鍵設備，在混合均質機械與設備中屬于較難的內容，在講授時發現很多學生對此內容難以理解。通過知識點細化，制作了“高壓均質機的工作原理”“高壓均質機在食品乳液穩定化中的應用”“高壓均質機在食品飲料中的應用”等微課視頻，幫助學生細化知識點和搭建知識點框架，使得原本感覺上散亂的知識點在知識內容體系中找到了具體的定位。

課程視頻制作完成之后，通過在線課程平臺發布短視頻、PPT 及文獻等相關教學資料，以便學生利用電腦、手機等設備進行在線自主學習。其中，錄制微課教學視頻是開展微課翻轉課堂教學的基礎，可根據自身教學情況選擇合適的錄制軟件，并掌握其錄制編輯技術[5]。這樣學生可以根據空余時間、環境條件等在一定時間內完成相應知識點的自主學習。在平臺端，定期上傳學習任務清單，引導學生按要求完成自學任務。同時，應該開通論壇區、授課微信群等課程討論與交流平臺，督促學生完成布置的資料查閱與整理、知識點講解和PPT 匯報等任務。

2.2 翻轉課堂實施

在新時代背景下，很多工科專業要進行工程專業認證，上海應用技術大學食品科學與工程專業近年來先后通過IFT 食品專業國際認證和工程教育認證（《華盛頓協議》互認），成為獲得雙國際認證的專業。工程專業認證強調學生中心、成果導向（OBE）與持續改進三大基本理念，OBE 理念的重要性因此被高校工程類專業逐漸所熟知并應用于教學實踐[7-8]。OBE 理念在于注重“學生產出”，特別是創新能力、實踐能力的培養。隨著工程認證理念的普及、知識的快速更新和技術的日益發展，翻轉課堂教學模式的實施也需要改變。因此，在傳統翻轉課堂基礎上，提出了基于微課注重OBE 理念的翻轉課堂模式，突出學生的中心地位，采取課內與課外相結合、教學與實踐相搭配的方法，并將現代信息技術融入教學環節，以進一步提高教學效果。

在翻轉課堂實施過程中，教師預先準備好課程清單讓學生自主學習，內容包括主動觀看微視頻及挑選的在線教學資源，使學生有針對性地進行自主學習并掌握課程知識點內容。課堂教學中，教師以引導為主，發揮學生的中心地位，激發學生在課堂上的學習興趣。例如，在講授設備的結構與工作原理時，其中設計與計算內容比較枯燥，在講授復雜的設備結構時學生往往學習意愿不強，這時可以把重點放在講授設備的工作原理與設備在食品加工中的應用。因此，在實際教學中可根據教學內容的特點和難度設計教學方式，以充分激發學生的學習興趣。學生在觀看微課之后，需要完成提前布置好的課前針對性練習，以加強對學習內容的鞏固。完成練習的過程中出現疑惑需加以思考，如果解決不了就記錄下來并在課堂中互動交流。通過課外讓學生自主進行微課線上學習，課堂上實行基于OBE 理念的翻轉教學模式，可充分提高課程的教學成效和學生的工程實踐能力。OBE 理念高度強調實踐環節的重要性，因此需結合相關要素設計課堂活動的細節，充分發揮學生的主動性并實現知識內化。例如，在課堂活動中引入現場教學及請企業工程師進行授課等方式進行探索和實踐[1]。依托校企合作課程，邀請企業工程師進課堂授課，充分吸收食品機械與設備企業工程師豐富的生產實踐經驗，并結合企業工程師在實際工作中面臨和解決的工程設備問題進行針對性更強的教學活動。

2.3 教學反饋與評價

在課堂中融入翻轉課堂理念，克服了傳統課堂中灌輸式教育、學生被動學習的局面，強化學生對工程實踐的理解，使學生更主動積極地進行自主學習。在翻轉課堂教學模式中，還需要注重教師與學生的課堂和課外交流，可以采取在線通訊交流工具，方便教學相關問題的及時傳達及增加教師和學生、學生和學生之間的即時交流。教師的角色在翻轉課堂中教學責任更加重大，需要在課堂內外觀察學習狀況并聽取學生的反饋，有針對性地解決教學難點并優化知識結構，思考如何提高教學效果及促進學習對課程的認知理解。

在教學過程中，可根據微課視頻觀看率及討論區熱詞統計等后臺數據，進一步優化課程資源的結構。課后的評測及設計類作業的布置也是翻轉課堂的重要組成部分，可加深鞏固相關的理論知識及主動探求相關機械設備的原理和應用場景，對“食品機械與設備”課程的學習來說非常重要。例如，在單個章節的學習中，安排若干小組以合作的形式進行文獻收集、分析和PPT 制作等方面的訓練并在課堂中呈現。另外，可結合單元評測，將教學全過程的參與程度、課前課后測驗及作業的提交作為平時過程管理的成績依據。通信技術的發展為教學反饋與評價提供了豐富的技術支持，方便師生、學生之間開展即時性交流，可加強對未掌握知識點的鞏固，還可以進行學習心得交流、在線測試和課程拓展學習等活動。教學評價可采用過程評價為主、結論性評價為輔的考核方式進行，根據學生的課程參與程度、作業完成情況及期末考試成績，給出綜合客觀的評價。

3 基于微課的翻轉課堂在“食品機械與設備”教學中的成效淺析

“食品機械與設備”課程的傳統教學環節中，因內容枯燥晦澀，學生往往對課程缺乏興趣，多數學生通過死記硬背的方式完成學習。另外，很少有學生主動進行課前預習，過分依賴課堂灌輸式講授而缺乏對專業知識的獨立思考。而基于微課堂的翻轉課堂教學方式，需要學生在課前通過觀看短視頻、自行查閱資料等方式預習，而且對于較難的知識點可以在課堂上通過提問或課外在線方式進行互動和交流，極大地增強了對課程重點、難點知識的掌握，相對于傳統教學方式來說具備非常高的優越性。

對于“食品機械與設備”課程來說，依靠學習課本的理論知識并不能滿足當前食品加工行業的實際需求，提高學生實際解決加工過程中機械設備問題的能力顯得尤其重要。在傳統課堂中，存在課程知識點分散、內容多、學時少等諸多問題，課堂上教師更注重傳授理論知識，缺少針對機械設備的實際應用案例供學生實踐與交流。在翻轉課堂教學中，通過結合校企合作教學，實踐不足的弊端得到顯著改善。而且，翻轉課堂改變了課堂的組織方式，增加了課堂的互動環節，能夠極大地提高學生的實踐能力。通過采取翻轉課堂方式，作業布置和批改方式也發生了變化。例如，教師在學習平臺發布課后練習并設定好起止時間，能夠起督促和鞏固學習的作用。學生完成課后練習后，可以通過平臺獲得正誤情況，對于錯誤之處可以通過查閱資料進行知識補充和完善，對于較難理解的知識點可以和教師、學生交流討論，這樣可有效提升課程學習和知識點鞏固的效果。基于微課的翻轉課堂教學方式應用于“食品機械與設備”教學是一種新的嘗試，因此后續還需要廣泛聽取學生的反饋，通過線上線下結合的途徑征集意見，對于學生反映的優點應當保持，不足之處則進行修正完善。

4 結語

“食品機械與設備”是學校食品科學與工程專業的必修課程，也是專業工程認證關注的核心課程。將互聯網等現代信息技術與食品科學與工程專業教學過程緊密結合，采用基于微課的翻轉課堂這一新型教學模式非常值得普及和推廣。在前期校企合作課程的基礎上，進一步通過線上微課、線下翻轉，結合新一代信息技術提高課堂教學的信息化、高效化、便利化水平，能夠顯著提高教學成效，提升學生的理論知識水平和工程實踐能力，是食品科學與工程專業教學深化發展的必然趨勢。