基于翻转课堂及项目教学法融合的农产品无损检测课程实验教学探索

石吉勇，邹小波，郭志明

(江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江 212013)

实验教学可将课堂讲授的基本理论知识和相应的基本操作技术有机地结合起来，通过理论与实践的相互渗透，帮助学生巩固所学的理论知识并提高其动手操作能力[1]。同时，实验教学可以提高学生参与课堂教学与实验教学的积极性，对于培养学生严谨的科学思维能力具有重要的促进作用[2]。农产品无损检测作为一门涉及多学科交叉的综合性课程，课程内容涉及物理、化学、数学等多门学科以及计算机技术、现代传感技术等多种现代科学技术，是农产品加工及贮藏及相关专业的基础性课程，既涵盖系统的基础理论知识又涉及很强的实践性[3]。实验教学作为农产品无损检测课程教学的重要组成部分，不仅是学生将课堂知识转化为自身操作能力的重要手段，而且可以培养学生的实践能力、创新能力以及科研意识，为将来开展该领域相关科学研究或在实践中解决实际问题奠定基础[4]。目前，高校的本科教学由于教学理念、师资配置、课时分配、经费投入、硬件条件等不利因素的限制，存在重理论教学、轻实验教学、重课堂讲授、轻课外辅导等现象，导致学生无法通过实验教学有效培养其自身的创新能力、实践能力以及理论实践并用来解决实际问题的能力[5]。

如何探索新的实验课程教学模式，有效促进学生创新能力和动手能力的培养、高效达成实验课程的教学目标，已成为高校本科教学改革中亟需解决的难题。翻转课堂教学法作为目前备受关注的教学新模式，借助数字化的课程资源与开放的互联网建虚拟课堂，学生经过虚拟课堂的自主学习后，再进入教室内的真实课堂并借助教师答疑解惑完成知识的内化。翻转课堂将传统“先教后学”的教学形态调整为“先学后教”，有效拓宽了课程教学的时空范畴，是一种教学观念的创新[6-7]。项目教学法通过给学生派发某项具体的项目任务，学生完成信息收集、方案设计、项目实施及项目评价等环节系统学习解决问题的完整流程，从而掌握相应的专业技能、方法技能及沟通技能。项目教学法以学生为中心，通过学生的自主性学习、探索性学习来实施某一项目任务，能有效培养学生分析问题及解决问题的能力，引发学生学习的兴趣，激发学生学习的动机[8-9]。笔者以农产品无损检测课程为例，分析了目前实验课程教学中存在的问题，提出了翻转课堂融合项目教学法的实验课程教学模式，探索了新教学模式下农产品无损检测实验课程的设计思路、实施机制和效果评价方法，以期为其他院校的实验课程教学改革提供参考。

1 农产品无损检测实验教学中存在的问题

实验教学是连接课堂理论知识与实践应用的重要桥梁，是培养学生动手能力和创新能力的重要方式。传统的实验课程教学由于教学理论、仪器设备、场地等方面的限制，往往在实际执行过程中碰到许多问题，导致无法达到应有的教学目的和教学效果[10]。以农产品无损检测课程实验教学为例，剖析实验教学过程中存在的问题，可为教学改革指明方向。

1.1实验教学安排不合理传统的教学模式中，实验课与理论课往往是分开进行的，两部分课程的时间差不利于实验课程的高效开展。无损检测为多学科交叉课程，课堂教学过程教师无法在有限的学时内将某一检测技术的方方面面涉及到，若不能及时开展实验课程对课题的理论知识进行实际操作，学生难以做到理论联系实际，无论是实验课还是理论课，教学效果都无法达到最佳状态。

1.2实验设计过程中学生参与度低实验设计过程中涉及到很多影响实验效果的关键因素，如样品的选择、实验条件(实验影响因素及各因素水平的设置)、仪器的选型等，合理、准确的实验设计是建立在对相关课题理论知识深度理解的基础上。传统实验教学模式中，实验设计完全由教师完成，虽然能够保证实验教学的效率和效果，但学生错过了参与实验设计的锻炼机会。

1.3实验过程中师生缺乏沟通为了保证在有限的时间、有限的场地内完成实验教学任务，传统实验教学大多采用分组的教学方式。如果每个小组的人数很少，虽然能够提高每个学生的实验参与度，但小组的数量将非常多，师资力量及实验设备往往无法配套；如果小组的人数很多，必将导致实验讲解过程中无法兼顾到每一位学生，同时每位学生的实验参与度也将非常低，均不利于教学目的和教学效果的达成。

1.4人均设备配套率低与常规的农产品、食品课程实验相比，农产品无损检测实验课程涉及的仪器往往是专门的、普及率不高的科研仪器设备(如近红外光谱仪、高光谱成像系统、拉曼光谱、核磁共振成像系统等)，这就导致农产品无损检测实验开展过程中可能整个班的学生只能共用一台或几台实验设备。若涉及到更高精尖的实验设备，其操作过程往往非常复杂，本科生无法在1～2个课时内完成上机培训，直接导致实验课变成仪器参观课，教学效果必然大打折扣。

1.5教学过程缺乏创新现有的农产品无损检测实验课大多为单一的验证性实验，一般由教师事先讲解实验的原理、注意事项并演示操作过程，然后学生严格按照步骤进行操作，最后完成实验报告。教学过程基本上是“教师带路，学生跟随”的模式。这种简单模仿，学生只是被动地接受知识，无法充分调动学生学习的主动性和创造性。

1.6课程评价方式单一现有农产品无损检测课程的实验课时一般为6～10课时，因此实验课往往并不单独开设，而是将其纳入理论课程的评价体系中。鉴于实验课程在整个课程中所占比例不大，学生普遍对实验课程的重视程度不高。同时，实验课程的成绩考核大多以学生提交的实验报告为评价依据，这种评价方式的评价方法和主体都过于单一，无法考察学生的学习过程、学习态度和动手能力是否真正得到提高。

2 翻转课堂及项目教学法的教学理论

翻转课堂教学法是人类社会进入信息化的大背景下，信息化技术成果及信息化生产模式对人类知识传授方式变革的驱动结果。与传统的课堂教学相比，翻转课堂由2个时空课堂组成[11]。第一课堂是教师借助互联网为学生预先设置的虚拟课堂，教学内容主要为教师根据教学目标制作的教学视频、文献资料等数字资源，学生在家里和自习室可通过网络教学平台、社交网络等自主学习授课知识以及在课前掌握相关知识。第二课堂与传统的教学课堂类似，但教师不再将主要精力放在讲授相关的课程知识上，而是针对学生在第一课堂学习过程中遇到的问题，通过组织学生讨论、一对一答疑等方式开展针对性、讨论式教学，帮助学生完成知识的内化[6]。翻转课堂将传统的“先教后学”的模式变革为“先学后教”，拓展了教学的时间与空间，提高了教学的针对性，有利于学生学习知识、形成技能、培养个性和发展高阶能力[12]。

项目教学法是基于构建主义学习理论和行动学习法理论而建立的一种以学生自主学习、自由探索的教学方法[13]。教师根据教学内容的特点和难度将其打包为具体的项目任务，学生在教师的指导下通过承接相关项目任务，亲自处理完成项目任务所有流程，自主解决项目执行过程中遇到的问题和困难，进而在掌握相关教学内容的过程中学习如何通过理论来客观分析问题、通过实践结合理论来创造性地解决问题[8]。项目教学法的内容设计具有很强的实践性，能有效解决传统教学理论脱离实践的弊端；项目教学法的实施过程要求学生具有很强的自主性，为学生提供根据自己兴趣选择内容和展示形式的决策机会，学生能够自主、自由地进行学习；项目教学法的教学内容具有综合性，有利于培养学生的自学能力、观察能力、动手能力、研究与分析问题的能力、合作能力与解决实际问题的能力；项目教学法的学习目标具有多样性，每个学生会根据自己的经验与知识，寻求解决问题的最优方案与策略，有利于提高学生的综合素质[14]。

3 基于翻转课堂融合项目教学法的农产品无损检测实验教学探索

与农产品无损检测课程的理论教学不同，实验教学受到设备、场地、人员等因素的影响。如何高效利用有限的实验设备及实验场所、优化课程实验设计、提高师生交流的效率等是农产品无损检测实验教学改革必需思考的问题。笔者利用翻转课堂教学模式拓展实验教学的时空范畴，利用项目教学法赋予学生主动设计实验、分析问题、解决问题的项目式承接体验，开展了基于翻转课堂融合项目教学法的农产品无损检测课程实验教学探索。以计算机视觉检测农产品外观品质实验为例，从课程资源制作、网络平台构建、课程实验设计、课程实验开展、实验成绩评价5个方面展开。

(1)课程资源制作。借鉴翻转课堂的教学思路，教师事先录制微视频讲解计算机视觉成像原理、计算机视觉硬件组成、计算机视觉软件、计算机图像处理等理论知识以及通过视频演示如何进行计算机图像采集与计算机图像处理。上述视频通过网络预先发给学生，学生可以提前熟知实验过程，并根据自己的知识面对实验需要涉及的理论知识进行个性化学习，不仅节约教学的时间和空间，而且可以为学生顺利开展实验奠定基础。

(2)网络平台构建。为了使师生之间、学生之间可以摆脱时空的限制，随时随地针对视频学习或实验执行过程中遇到的问题进行讨论和交流，教师可借助微信、微博、博客、QQ等建立交流平台。借助建立的平台，教师可将课件、视频、语音等资料快速推送给学生，学生也可借助视频、图片、语音等精准描述自己在实验过程中遇到的问题。师生均可利用互联网进行高效讨论与交流，打破课堂教学的时间和空间界限，有利于在教师和学生之间开展互动式学习，大大提高学习和交流的广度和深度。

(3)课程实验设计。借鉴项目教学法中的项目式任务设计思路，教师不再按照传统的方式预先指定完善的、固定的计算机视觉检测农产品外观品质实验路线。教师固定实验采用的技术路线和试验装置，发布试验需要达到的预期效果，但在农产品对象选择、外观待测指标类型、数据处理方式3个节点上设置变量。学生在选择不同的农产品对象、外观检测指标和数据处理方式时，必须主动思考这些参数选择的依据是什么、如何达到预期的实验效果等问题，从而赋予学生参与项目的完整体验。

(4)课程实验开展。在实验课前，学生通过视频自主了解实验的理论要点、操作规范、实验流程等相关内容，并要求学生在此基础上根据实验目的和要求，召集组员构成项目小组，完成任务分工及完成实验方案设计。教师课前对学生提交的实验方案进行评估并给出反馈意见，实验课期间不再重复阐述视频已涉及的内容，主要强调实验安全操作规范，并重点对学生实验过程中碰到的问题进行答疑解惑。通过教师与学生之间的高效互动和交流，激发学生的学习兴趣和调动学生自主学习的积极性，提升学生对知识的理解和内化程度。

(5)实验成绩评价。教师可根据课前预习情况、实验操作过程、实验报告、互动交流情况4个方面来综合评价学生的实验课程成绩。课前预习情况可通过预设网络习题的方式考核，实验操作过程主要考核实验操作的严谨性、规范性和安全性，实验报告主要考核报告的规范性及预期实验结果的达成度，互动交流方面主要考察学生提出问题、分析问题、解决问题的深度和广度。

4 结语

高效利用师生的实验教学时间及实验室空间，提高学生参与实验设计、操作、分析问题、解决问题的自主性，提升学生的动手能力和创新思维能力是农产品无损检测实验课程的重要改革方向。引入翻转课堂教学理念，拓展实验课程的时间及空间范畴，借鉴项目教学法对学生分析问题、解决问题的引导机制开展了基于翻转课堂融合项目教学法的农产品无损检测实验教学探索，提出了新教学模式下农产品无损检测实验课程的设计思路、实施机制和效果评价方法，可培养学生的实践能力、创新能力以及科研意识，为开展该领域相关科学研究或在实践中解决实际问题奠定基础。