基于微课的翻转课堂在“食品机械与设备”教学中的实践

姚凌云，孙 敏，宋诗清，王化田，董武林，冯 涛

（1. 上海应用技术大学香料香精技术与工程学院，上海 201418；2. 上海沃迪智能装备股份有限公司，上海 201506）

0 引言

“食品机械与设备”是学习与掌握各种机械设备的工作原理、结构组成及性能参数等内容的一门必修课程，还涵盖食品加工过程的设备选型、生产线设计、设备使用与维护等内容。该课程是食品科学与工程类专业的重要专业基础课程，可为后续“食品工厂设计”“食品工艺学”等课程的学习及学生综合素质的提高奠定理论与实践基础。在多年的教学实践中，“食品机械与设备”课程的教学过程或多或少存在一些问题。首先，“食品机械与设备”的学习需要良好的食品工程原理基础，但现在学生的食品工程原理知识水平存在一定差异，导致部分学生跟不上课堂教学节奏；其次，“食品机械与设备”课程抽象的理论知识、杂多分散的知识点、容易混淆的概念和错综复杂的生产线设备与管路系统等内容，容易导致学生缺乏兴趣与热情。在学校食品科学与工程专业教学计划中，“食品机械与设备”是与学生工程能力培养密切相关的课程，为进一步提高课程的教学质量，提升学生工程实践能力，近年来在该课程教学中引入了校企合作的教学模式，通过课堂学习与企业实践的校企结合方式，使课堂的理论知识和企业的设备技术形成资源共享并优势互补，达到了提高课程教学的针对性和实效性之目的[1]。

近年来，随着信息化、智能化、机械化等工业技术的快速发展，食品加工技术也呈现出日新月异的局面，许多新型的食品机械与设备在行业中涌现出来并发挥重要作用，这也对“食品机械与设备”课程教学带来了新的挑战。如何提高学生的学习主动性、积极性，提升学生对“食品机械与设备”的学习兴趣与热情，探索适合学生的学习新模式是课程教学方法改革的重要举措。目前，基于微课的翻转课堂在高校的教学改革当中已被广泛提及，将现代信息技术与食品科学与工程专业教学过程深入融合是值得关注和探讨的[2]。阐述新时期“食品机械与设备”的教学改革探索，主要是基于微课的翻转课堂教学模式在该课程中的实践与应用，顺应当前传统教学方法改革的需求。通过线上微课、线下翻转以达到启发学生创新意识、提高工程实践能力的目的。利用“互联网+ ”等新一代信息技术来提高课堂教学环境的信息化、高效化、便利化水平，促进富有成效的教与学并推动工程类专业教学的深化发展。

1 微课与翻转课堂教学模式概述

早在1993 年，美国北爱荷华大学的Mc Grew 推出了“60 秒有机化学课程”这一新的教学方式，这被认为是“微课”的最初雏形，该雏形通过在线学习和移动学习的方式完成有机化学实际教学。此后，美国新墨西哥州胡安学院的David Penrose 在线上教学的基础上，于2008 年正式提出“微课”（microlecture） 的概念[3]。在“微课”的教学方式中，教师搭建好线上学习平台并提供给学生自主学习，学生在课堂外通过电脑在线或下载对提供的微课教程进行学习。微课堂的核心组成内容是通过文字、图片、视频、音频等形式相结合的影音资料为载体，以载体传递课程知识点的微型优质学习资源，素材中涵盖与课程教学相关的PPT 课件、教学设计、练习与测试、课程反馈与评估等多个环节。在课程实际教学过程中，不同的知识点可以有针对性地选择素材中的某些环节或全部环节在教学场景中进行应用。较之传统教学模式，微课教学具有效率高的优点，学生通过微课堂掌握基本知识点，教师则针对课程中的重点、难点和知识点的扩充与学生进行交流互动。此外，与传统的课堂教学形式不同，微课的学习载体富含图文、视频等多样化、趣味化的特点，避免了长时间的传统讲授引起的内容单调和枯燥乏味，使学生能够积极主动地学习。在课堂注意力集中的情况下，学生进行高效率学习的时间以不超过20 min 为宜，微课的课程短小精悍，视频的时长一般为10 min，微课堂的这一特点正是符合高效率学习的时间特征，避免过长的学习时间导致学生学习效率降低并引起疲劳。因此，为了让学生更好地掌握课程相关的知识点，将系统的知识体系进行解构和碎片化处理，分重点和难点进行拆解并制作高质量的微课教学视频显得非常关键。

“翻转课堂”（Flipped classroom） 也翻译为“反转课堂”“颠倒教室”等名称，随着互联网的发展和普及，2011 年以来翻转课堂的方法逐渐流行起来并成为影响课堂教学的重大技术变革[4]。伴随着“互联网+ ”知识创新的日益普及，促进“互联网+ ”与学科教学的常态深度融合，翻转课堂就是该教学模式发展应运而生的新形态。在“翻转课堂”教学模式中，需要学生在课前对课程知识点及相关的文献资料进行自主学习，在课堂上则以师生之间、学生之间互动为主，对自主学习环节中存在的疑难之处进行交流和答疑，对知识体系的掌握和学习心得等进行阐述和总结，使课堂成为学生进行深度学习和拓展思维的场所，以达到更有成效的课程教学。目前，“翻转课堂”教学模式在推进高校教学改革中的作用日益受到重视，特别是将“翻转课堂”的混合教学模式应用于专业课程讲授中的探索已渐成趋势并产生了提升教学质量的显著效果[5]。同样，将翻转课堂的独特优势运用于食品相关专业课程的教学中，对弥补和改进传统教学方式的不足起到重要作用。首先，翻转课堂强调学生课外时间自主学习各种教学资源，课堂上以师生交流为主，指导学生完成作业和实现知识内化，可以有效弥补课时不足、知识点陈旧的缺陷。而且，“翻转课堂”使学生在课堂外可以按照自己的时间和兴趣自主完成学习，课堂内主要与教师进行深入交流，从而对专业知识有更深层次的理解[6]。此外，传统的教学方式教学时间长，通常45 min 一节课，单一的课堂讲授往往使学生产生疲劳厌倦，在课堂注意力不够集中导致学习效率低下。“微课”作为一种在线学习资源，结合翻转课堂的教学形式，能够让学生有兴趣对教材中的机械设备原理进行深入学习，通过与学生、教师之间的充分交流，了解不同设备应用范围的要求，同时也极大地提高了课程的实践性、趣味性。

2 基于微课的翻转课堂在“食品机械与设备”课程教学模式

“食品机械与设备”作为实践性比较强的课程，在教学过程中存在一定的影响因素。例如，教材更新速度较慢，当前热点技术智能化、信息化、物联网等在教材中都没有详细的体现，现有教材很难使学生全面客观地了解食品机械与设备的发展现状与趋势。另外，教师在课堂教授的理论知识枯燥难懂而且与实践的关联性不强，学生的学习兴趣不高而且难以进行深入学习。“翻转课堂”重视教学知识的传授和内化过程，在基于“微课”的“翻转课堂”教学模式下，教师通过录制微视频并上传网络学习平台，学生通过线上视频学习、交流和测试，结合线下课堂教学、知识交流、技能训练等方式内化知识点，实现个性化学习。

2.1 课程资源建设

在明确教学重、难点的前提下，根据学生基础知识的差异，教师需要预先做好课程设计与课程资源建设，制作好微课素材。在教师环节，前期准备工作包括明确课程学习目标、重组知识单元、绘制思维导图等。同时，在新的教学模式下对教学大纲和教学日历进行适当调整，而且要收集课程教学资源及其他网络资源进行补充，录制好让学生了解专业基础知识及设备基本原理的微视频。例如，在分离设备教学中，超滤设备的结构较为抽象，刚开始学习时学生难以想象其具体的工作原理，通过制作微课“膜分离的设备结构与工作原理”使学生更容易理解并掌握超滤膜的工作原理和操作要领。

在教学内容上，除国内外权威教材中的知识点外，需引入国内外食品机械与设备最新的研究成果，让学生充分认识学科的前沿领域和最新的发展方向，能够使对“食品机械与设备”感兴趣的学生接触最新的研究成果。另外，需要注意知识点的细化和搭建知识点框架，以便学生更好地掌握机械设备的工作原理和结构特点，鼓励学生进行跨学科思考，拓展学生在改进设备和跨学科思考的能力。例如，高压均质机是食品饮料加工或乳状液稳定化中的关键设备，在混合均质机械与设备中属于较难的内容，在讲授时发现很多学生对此内容难以理解。通过知识点细化，制作了“高压均质机的工作原理”“高压均质机在食品乳液稳定化中的应用”“高压均质机在食品饮料中的应用”等微课视频，帮助学生细化知识点和搭建知识点框架，使得原本感觉上散乱的知识点在知识内容体系中找到了具体的定位。

课程视频制作完成之后，通过在线课程平台发布短视频、PPT 及文献等相关教学资料，以便学生利用电脑、手机等设备进行在线自主学习。其中，录制微课教学视频是开展微课翻转课堂教学的基础，可根据自身教学情况选择合适的录制软件，并掌握其录制编辑技术[5]。这样学生可以根据空余时间、环境条件等在一定时间内完成相应知识点的自主学习。在平台端，定期上传学习任务清单，引导学生按要求完成自学任务。同时，应该开通论坛区、授课微信群等课程讨论与交流平台，督促学生完成布置的资料查阅与整理、知识点讲解和PPT 汇报等任务。

2.2 翻转课堂实施

在新时代背景下，很多工科专业要进行工程专业认证，上海应用技术大学食品科学与工程专业近年来先后通过IFT 食品专业国际认证和工程教育认证（《华盛顿协议》互认），成为获得双国际认证的专业。工程专业认证强调学生中心、成果导向（OBE）与持续改进三大基本理念，OBE 理念的重要性因此被高校工程类专业逐渐所熟知并应用于教学实践[7-8]。OBE 理念在于注重“学生产出”，特别是创新能力、实践能力的培养。随着工程认证理念的普及、知识的快速更新和技术的日益发展，翻转课堂教学模式的实施也需要改变。因此，在传统翻转课堂基础上，提出了基于微课注重OBE 理念的翻转课堂模式，突出学生的中心地位，采取课内与课外相结合、教学与实践相搭配的方法，并将现代信息技术融入教学环节，以进一步提高教学效果。

在翻转课堂实施过程中，教师预先准备好课程清单让学生自主学习，内容包括主动观看微视频及挑选的在线教学资源，使学生有针对性地进行自主学习并掌握课程知识点内容。课堂教学中，教师以引导为主，发挥学生的中心地位，激发学生在课堂上的学习兴趣。例如，在讲授设备的结构与工作原理时，其中设计与计算内容比较枯燥，在讲授复杂的设备结构时学生往往学习意愿不强，这时可以把重点放在讲授设备的工作原理与设备在食品加工中的应用。因此，在实际教学中可根据教学内容的特点和难度设计教学方式，以充分激发学生的学习兴趣。学生在观看微课之后，需要完成提前布置好的课前针对性练习，以加强对学习内容的巩固。完成练习的过程中出现疑惑需加以思考，如果解决不了就记录下来并在课堂中互动交流。通过课外让学生自主进行微课线上学习，课堂上实行基于OBE 理念的翻转教学模式，可充分提高课程的教学成效和学生的工程实践能力。OBE 理念高度强调实践环节的重要性，因此需结合相关要素设计课堂活动的细节，充分发挥学生的主动性并实现知识内化。例如，在课堂活动中引入现场教学及请企业工程师进行授课等方式进行探索和实践[1]。依托校企合作课程，邀请企业工程师进课堂授课，充分吸收食品机械与设备企业工程师丰富的生产实践经验，并结合企业工程师在实际工作中面临和解决的工程设备问题进行针对性更强的教学活动。

2.3 教学反馈与评价

在课堂中融入翻转课堂理念，克服了传统课堂中灌输式教育、学生被动学习的局面，强化学生对工程实践的理解，使学生更主动积极地进行自主学习。在翻转课堂教学模式中，还需要注重教师与学生的课堂和课外交流，可以采取在线通讯交流工具，方便教学相关问题的及时传达及增加教师和学生、学生和学生之间的即时交流。教师的角色在翻转课堂中教学责任更加重大，需要在课堂内外观察学习状况并听取学生的反馈，有针对性地解决教学难点并优化知识结构，思考如何提高教学效果及促进学习对课程的认知理解。

在教学过程中，可根据微课视频观看率及讨论区热词统计等后台数据，进一步优化课程资源的结构。课后的评测及设计类作业的布置也是翻转课堂的重要组成部分，可加深巩固相关的理论知识及主动探求相关机械设备的原理和应用场景，对“食品机械与设备”课程的学习来说非常重要。例如，在单个章节的学习中，安排若干小组以合作的形式进行文献收集、分析和PPT 制作等方面的训练并在课堂中呈现。另外，可结合单元评测，将教学全过程的参与程度、课前课后测验及作业的提交作为平时过程管理的成绩依据。通信技术的发展为教学反馈与评价提供了丰富的技术支持，方便师生、学生之间开展即时性交流，可加强对未掌握知识点的巩固，还可以进行学习心得交流、在线测试和课程拓展学习等活动。教学评价可采用过程评价为主、结论性评价为辅的考核方式进行，根据学生的课程参与程度、作业完成情况及期末考试成绩，给出综合客观的评价。

3 基于微课的翻转课堂在“食品机械与设备”教学中的成效浅析

“食品机械与设备”课程的传统教学环节中，因内容枯燥晦涩，学生往往对课程缺乏兴趣，多数学生通过死记硬背的方式完成学习。另外，很少有学生主动进行课前预习，过分依赖课堂灌输式讲授而缺乏对专业知识的独立思考。而基于微课堂的翻转课堂教学方式，需要学生在课前通过观看短视频、自行查阅资料等方式预习，而且对于较难的知识点可以在课堂上通过提问或课外在线方式进行互动和交流，极大地增强了对课程重点、难点知识的掌握，相对于传统教学方式来说具备非常高的优越性。

对于“食品机械与设备”课程来说，依靠学习课本的理论知识并不能满足当前食品加工行业的实际需求，提高学生实际解决加工过程中机械设备问题的能力显得尤其重要。在传统课堂中，存在课程知识点分散、内容多、学时少等诸多问题，课堂上教师更注重传授理论知识，缺少针对机械设备的实际应用案例供学生实践与交流。在翻转课堂教学中，通过结合校企合作教学，实践不足的弊端得到显著改善。而且，翻转课堂改变了课堂的组织方式，增加了课堂的互动环节，能够极大地提高学生的实践能力。通过采取翻转课堂方式，作业布置和批改方式也发生了变化。例如，教师在学习平台发布课后练习并设定好起止时间，能够起督促和巩固学习的作用。学生完成课后练习后，可以通过平台获得正误情况，对于错误之处可以通过查阅资料进行知识补充和完善，对于较难理解的知识点可以和教师、学生交流讨论，这样可有效提升课程学习和知识点巩固的效果。基于微课的翻转课堂教学方式应用于“食品机械与设备”教学是一种新的尝试，因此后续还需要广泛听取学生的反馈，通过线上线下结合的途径征集意见，对于学生反映的优点应当保持，不足之处则进行修正完善。

4 结语

“食品机械与设备”是学校食品科学与工程专业的必修课程，也是专业工程认证关注的核心课程。将互联网等现代信息技术与食品科学与工程专业教学过程紧密结合，采用基于微课的翻转课堂这一新型教学模式非常值得普及和推广。在前期校企合作课程的基础上，进一步通过线上微课、线下翻转，结合新一代信息技术提高课堂教学的信息化、高效化、便利化水平，能够显著提高教学成效，提升学生的理论知识水平和工程实践能力，是食品科学与工程专业教学深化发展的必然趋势。