融合慕課和虛擬仿真實驗項目訓練的“食品工藝原理”課程教學設計

馬 ，葉坤月，劉曉翠，楊 瀟，李 旭

（西華大學 食品與生物工程學院，四川 成都 611743）

中共中央辦公廳和國務院辦公廳聯合制定發布了《加快教育現代化實施方案（2018—2022 年）》，明確規定，為進一步促進教育信息技術與高等教育教學的發展和深度融合，支持各級高校充分利用現代教育信息技術，對食品專業人才培養模式和教學方法進行創新改革，逐步完善教育信息化的研究與應用，覆蓋師生團隊[1]。“互聯網+教育”這一新型教育手段主要是將我國當前最新興的現代化信息技術和傳統教育課程相結合，有利于促進大學生的知識多元化和健康成長[2]。在“食品工藝原理”課程教學過程中，讓線上慕課教學和線上的虛擬仿真實驗相結合，完成現代化的教育教學方式在食品工程課題中的應用[3]，可以使互聯網教學與講臺教學實現優勢互補，讓教學空間更加廣闊[4]。

以X 大學為例，“食品工藝原理”是學校食品質量與安全專業的核心必修課，包括專業理論課程32 課時和實驗操作課程16 課時。該課程的教學活動目標是讓學生學習掌握每一個典型的食品加工與保藏的工藝和原理，能通過對食品資源的利用、原輔料的選擇、加工與保藏的工藝、包裝與運輸的方式等方面的探討，知道各因素對食品的質量、營養、安全性和貨架期等方面的影響。通過線上慕課精講核心知識點、虛擬仿真實驗項目模擬訓練；線下課堂難點精講、實驗實操訓練的線上線下混合式教學來滿足課程教學目標要求。

課程教學目標及專業培養目標見表1。

表1 課程教學目標及專業培養目標

1 課程設計思路

將“源于生產問題的思考”和“基于工作過程的工程技能”2 種課程思路緊密結合，以食品單元為主要的課程邏輯主線進行了整體的教學設計，讓基于OBE 理念的大學生的培養目標切實地融入日常的教育課堂中[5]。選擇具有典型性、挑戰性和可操作的課程教學內容，全體學生全過程積極參與，從而實現學習與探索、理論和實踐、知識與技能的協同發展。

線上教學（慕課）：選用國家級在線開放精品課程使學生初步了解核心知識點，學校教師自主打造的網上慕課在強化學生專業素養的同時，加深學生對食品加工技術的方法和理論的掌握。

線上實驗操作訓練（虛擬現實實驗）：虛擬現實（Virtual reality，VR） 是一種以多媒體為手段，集視覺、觸覺、聽覺等于一體的逼真的三維虛擬仿真環境，使用戶能夠與虛擬環境中的其他對象進行通信和交互[6]。選擇國家虛擬仿真實驗平臺，確保高效、環保、直觀、安全，同時讓學生參與工廠生產，培養學生獨立思考、應用和實踐的能力，解決了學生難以參與實際生產的問題。

課堂教學：案例教學最大的優勢在于提高學生的興趣，注重學生之間的討論和交流，促進學生的主動性和獨立思考，提高學生分析與解決問題的能力[7]。課堂的教學以啟發式和案例式教學為主，設置專題任務，研究討論食品加工案例和食品企業創新創業案例，使學生對技術原理有深入了解，具備開發新的食品產品和設計體系以保證食品質量安全的能力。通過案例學習，可以培養學生的信息獲取和交流能力，使學生能夠利用自己的“食品工藝原理”知識，識別和表達、分析和解決復雜的食品工程實踐問題。

實驗室訓練：學生在實驗前完成預習報告，了解實驗的目的、原理，以及實驗使用所需的材料與試劑、實驗方法。然后學生分組完成實驗，記錄下現象和數據。在實驗完成后，通過完成實驗報告檢驗學生對各知識點的掌握與理解情況，提升學生的操作能力與綜合能力。

2 課程教學方案設計

2.1 理論教學設計

以傳統食品發酵工藝為例，教學內容分為發酵食品的微生物利用及相關因素的控制和發酵食品的品種兩部分。發酵食品的微生物利用及相關因素的控制主要問題描述了發酵食品的定義、發酵食品的種類、傳統發酵的定義、食品發酵的類型、食品發酵中的微生物種類及其利用、發酵食品中常見的細菌、酵母、霉菌、發酵原理，食品發酵的主要分析影響社會因素理論及其內部控制，發酵對食品安全品質的影響。在發酵食品行業分類管理部分，介紹了原料的分類、微生物的分類方法及幾個典型的發酵食品加工工藝，重點內容介紹了郫縣豆瓣醬發酵工藝、泡菜發酵工藝和醋發酵工藝。

學生每完成一個章節核心知識點的學習，完成小測驗進行闖關，解鎖下一章節內容的學習，小測驗會表現出學生的學習效果。

課堂教學設計見表2，發酵食品微生物利用及相關因素的控制思維導圖見圖1，發酵食品種類思維導圖見圖2。

圖1 發酵食品微生物利用及相關因素的控制思維導圖

圖2 發酵食品種類思維導圖

表2 課堂教學設計

2.2 實驗教學設計

在“互聯網+”的背景下，許多高校的實驗課程變得豐富多彩。該實驗教學的線上實驗使用虛擬仿真實驗。虛擬仿真實驗教學是培養學生創新與實踐能力的重要措施[8]。探索在我國高等教育中推進“智力+教育”，對我國高等教育的發展具有重要意義[9]。通過線上實驗教學，讓學生沉浸在整套工業生產設備的學習中，從而提高學生的工程素養。

學生在進行線上虛擬實驗時，選擇國家虛擬仿真實驗平臺中發酵食品或果汁類實驗項目，進行實驗目的、實驗原理、實驗設備等知識點的了解，然后進入三維空間進行實驗。學生考核成績以平臺給出的分數為準。

線下實驗訓練：學生在實驗前完成預習報告，在實驗時學生分組進行實驗并記錄現象和數據，實驗后獨立完成實驗報告及思考題。

發酵果蔬汁實驗項目設計（線上線下結合） 見表3。

表3 發酵果蔬汁實驗項目設計（線上線下結合）

2.3 學習評價

過程評估結果由在線視頻學習、測驗（作業）、小組討論、在線虛擬模擬培訓4 個部分組成，占評估總分的20%。實驗結果由預覽報告和實驗運行及實驗報告3 個部分組成，占總考核分數的20%。期末考試是封閉式考試，占總分的60%。

在“食品工藝學原理”課程教學中，為了了解學生對教學目標的完成情況，解決教學過程中出現的問題并提出解決方法，建立了與課程質量有關的監控、評價與改進機制，從學生角度查找問題并有效改進措施，持續提高課程的教學效果。

3 結語

在國家“雙萬計劃”（萬門國家金科、萬門省級金科） 的背景下，合理增加學生課程學習難度，拓寬課程深度，切實提高專業課程設計教學工作質量，是每一位高校作為教師的教學活動目標。“食品工藝原理”教學將“學習輸出”的概念融入教學實踐中，進行基于MOOC 和虛擬仿真實驗項目訓練的教學模式創新，將技術與學科理論相結合，學生的學習效果良好，小組通過教材、教學參考資料、專業文獻探究等方式制定解決方案，進行小組討論和小組討論辯論。這種教學方式能讓學生積極參與課堂的教學，培養學生獨立思考的能力，掌握高水平知識，解決復雜工程問題，做到廣度、深度、效度、信度、挑戰性并重，提高學生的職業意識和民族自豪感。

今后，“食品工藝原理”課程建設應與“課程思政”示范專業的建設相結合。在加強專業知識教育與思想政治教育緊密結合的同時，要進一步把學生價值觀的塑造、教師對學生知識的傳授和學生的學習能力方面的培養相互結合起來；加強跨學科整合和產教結合，使教學內容與時俱進，能適應新時期的社會、政治、經濟、科技的發展新要求。