项目驱动+虚拟仿真的线上线下混合式教学实践

范秀萍，夏杏洲，刘亚月，刘晓菲，郑惠娜

广东海洋大学食品科技学院（湛江 524088）

在工程专业认证与教育信息化背景下，拓展教学内容的广度和深度、延伸教学的时间和空间，打破学习资源限制，摆脱学习时空制约，是值得深入研究的课题。随着互联网技术的快速发展，虚拟仿真实验教学平台已广泛应用于食品类专业[1]。同时，随着“互联网+”时代的到来，大规模在线开放课程（massive open onlinecourses，MOOC）、小规模限制性在线课程（small privateonline course，SPOC）、翻转课堂等新型教学模式，为高等院校本科教学改革与创新提供了新的思路[2-3]。

“食品化学”“食品营养学”是食品类专业的核心课程，“食品化学与营养学实验”作为一门独立开设的实验课程，在培养学生的专业思维、实践操作与研究能力方面有着重要意义。由于受到时间、场地、资源等限制，目前大多仍以验证性实验为主，达不到培养学生研究能力的目标[4]。文章构建了以本校虚拟仿真实验平台为依托，结合多平台、多元化教学方法的线上线下混合教学式模式，并在“食品化学与营养学实验”课程中实践，以分析该模式的可行性与应用效果。

1 “食品化学与营养学实验”课程的教学现状

“食品化学与营养学实验”是“食品化学”与“食品营养学”两门理论课程中将实验环节独立出来设置的一门专门的实验课程，是食品科学与工程专业重要的专业核心课；课程内容包括食品原料的化学变化、营养与功能特性、营养调查与食谱设计相关的实验项目；该课程的实验项目均为综合性和设计性实验，要求学生根据实验指导书，查阅资料，自行设计实验部分方案，并按照方案准备实验并完成实验内容，使学生具备针对复杂食品工程问题，能够独立设计研究方案，正确采集、整理和分析实验数据，并给出有效结论的研究能力。

本校“食品化学与营养学实验”是根据食品科学与工程专业的定位改革，在2014年开始设立，24学时，面对食品科学与工程专业三年级学生开设。2018年在培养方案的调整下，增至48学时，在本科二年级学习。课程实验内容由原来的6个综合实验调至10个，增加2个综合性实验与2个设计性实验。主要培养学生研究能力与专业思维能力。课程教学中存在的主要问题：

（1）教学方式单一，课堂时间有限。目前课程主要是老师课堂讲解与学生实验操作。学生学习时间仅为上课的时间。课后不能重复实验与操作实践。

（2）实验资源有限，实践动手机会不足。我校开设“食品化学与营养学实验”的食品类专业学生为12个班，每班30～40人，目前实验室有2间。由于实验室场地与资源有限，学生在实验中为3～4人/组，共同完成实验操作，部分同学会出现不参与、不思考、简单操作实验完成任务、课后抄数据与报告的情况，导致学生的实验操作训练、研究能力不能及时得到指导与提高。学生在课堂上也会出现实验结果不理想、实验时间不足、主动性不够等问题而影响学习效果。因此，需要从课前预习、课中的实验训练与指导及课后的实验总结与汇报三个方面共同提高学生的学习兴趣，增加学生实验时间，让学生能主动思考实验中出现的问题，并应用理论知识找到解决方案。

（3）实验考核方式较单一，综合评价研究能力较困难。由于课堂时间有限，目前对学生的考核主要是实验报告与期末的笔试考核。不能综合考核学生的实验操作、研究方案设计、数据采集、整理和分析等综合研究能力。

因此，如何提高“食品化学与营养学实验”教学质量，提高学生的学习目标达成度，探讨更加有效的教学模式，是课程改革必须解决的重点问题。

2 基于虚拟仿真实验平台的线上线下混合式教学模式的实践

2.1 以项目驱动为导向的课程内容设计

在OBE的教学理念下，“食品化学与营养学实验”课程采用了以项目驱动为导向、虚拟仿真实验平台与自建SPOC课程平台为支撑的线上线下混合式教学。对课程教学内容进行了设计，分为综合性实验项目与研究设计项目两大类（见图1）。

图1 以项目驱动为导向的“食品化学与营养学实验”课程内容设计

为了让学生更好地利用食品理论知识解决实际生活与研究中的问题、拓展学生的学习内容与深度、增加学习与研究时间，课程组建立了适用于该实验课的SPOC课程，课程内容包含实验授课PPT、操作讲解、仪器使用（视频）以及阅读资源、题库等内容。设置了综合性实验项目1～6，分别研究了食品中水分活度、淀粉、脂肪、蛋白质、色素的化学或功能性质、影响因素，以解决实际生活或研究中的问题为导向，通过专业理论知识与实验研究得出合理的结论，使学生在分析复杂食品工程问题、设计实验方案并能正确地计算与分析数据的设计、研究能力等方面得到训练。

为了进一步提高学生的研究与设计能力，同时结合本校食品专业的海洋与农产品加工特色，设置了4项开放性的研究设计实验项目，要求学生以小组为单位，完成方案设计、实验准备、研究、结果分析，最后得出研究结论。由于实验室场地、大型研究设备与课堂时间限制，导致研究内容的完整性、设备的使用均受到影响。因此，借助“广东省海洋食品学实验教学示范中心虚拟仿真实验平台”的超临界流体萃取3D虚拟仿真软件，与北京欧倍尔公司平台的“蛋白酶解制海洋活性肽3D虚拟仿真软件”，以及膳食设计软件，通过虚拟仿真软件的多感知性、沉浸性、交互性的学习、膳食设计软件的便利性，可使学生拓展学习内容，掌握线下实验无法实现的设备内部结构认识、操作正确性的判断、膳食的精准评价、食谱的多样化选择等内容，在提高学生学习兴趣与主动性的同时，也训练了学生研究的创新思维。

2.2 线上线下混合教学模式的实践

在OBE的教学理念下，以项目驱动为导向，通过线上线下混合互动式教学模式的实施，达到“食品化学与营养学实验”的教学目标（见图2）。在教学过程的三个阶段课前、课中、课后，以虚拟仿真实验平台、自建SPOC课程平台为依托，进行线上线下混合式教学，使实体实验和虚拟仿真实验虚实结合、相互补充。在教学中，教师既要发挥实体实验的优势，能实不虚；又借助于信息技术，以虚补实、以虚促实，拓展教学内容的广度和深度、延伸教学的时间和空间。借助QQ或微信平台、超星学习通、腾讯会议或录频软件等发布任务、通知、阅读资料、师生讨论、项目互评、录制项目汇报视频等各项互动教学活动。

图2 线上线下混合式教学模式组织方式与考核评价

2.3 建立多元化评价方式

“食品化学与营养学实验”课程不仅是食品理论知识的拓展，也是实验研究能力的训练，因此本课程采用多元考核与评价方式。（1）课前：从老师发布的项目或任务出发，通过线上学习、查阅文献、小组讨论后完成实验设计、提交预习报告，并完成线上

小测与虚拟仿真实验考核；（2）课中：线下课堂教学、实验设计与操作技能考核；（3）课后：线上评阅实验报告及项目汇报；（4）课程采用理论考试和实验操作进行考核；（5）问卷调查：评价学生对课程目标的达成情况。通过多元考核与评价方式，学生的自主学习能力、实验设计能力、实践与科研能力等均得到了较好的训练，帮助学生树立正确的价值观与责任感，培养专业素养。

3 混合式教学模式实践的效果

以教学改革之前的食品1182班为对照，对采用项目驱动+虚拟仿真混合教学模式改革的食品1191和1201成绩进行比较分析，结果见图3。与教学改革前的食品1182班学生期未考试卷面成绩与总成绩相比，采用项目驱动+虚拟仿真的混合教学模式与多元评价方式后，食品1191和食品1201班的成绩均有显著提高。

图3 混合式教学模式实践的成绩分析

采用问卷调查法对混合式教学模式实施效果进行评价。食品1191和食品1201班学生对教学内容设计、教学模式及教学效果的评价均达到4.6分以上（满意为5分、不满意为1分）。83%的同学认为采用项目驱动模式提高了学习兴趣、激发了学习的动力并能主动应用专业知识解决问题（图4）。对食品1191和食品1201班共62位同学的虚拟仿真软件使用效果也进行了问卷调查评价，其中有96.9%的同学认为虚拟仿真软件对该课程的学习有帮助，其中87.5%以上的学生认为虚拟仿真软件拓展了实验研究的深度与广度（图5）。

图4 混合式教学模式实施的问卷调查结果

图5 虚拟仿真软件使用效果评价

4 结语

“食品化学与营养学”实验是一门理论与研究相结合的实践课程。基于虚拟仿真平台、结合超星平台、手机APP等线上工具，可突破线下教学的时间、资源与空间限制，教学中采用项目驱动的混合教学模式，激发学生学习的主动性，提高学生理论知识的应用能力；采用虚拟仿真与线下实验结合，拓展了实验研究的完整性与深度，训练学生的专业思维与研究能力。线上线下结合的混合式教学模式对提高教学效果和教学质量有着积极的影响，为“食品化学与营养学实验”课程的教学改革提供参考。