基于OBE理念和翻转课堂融合的“食品物性学”教学改革实践

陈海，罗惟，张宇昊*

1.西南大学食品科学学院（重庆 400715）；2.西南大学食品科学与工程国家级实验教学中心（重庆 400715）

成果导向教育（outcome-based education，OBE）理念，是指基于学习产出的、以学生学习结果为中心来组织、实施、评价教学的一种教育模式[1-2]。该理念起源于北美20世纪90年代的教育改革，后来逐渐成为美国、加拿大、澳大利亚、英国等多个国家教育改革的主流教育理念，如今也已广泛应用在我国工程教育改革和工程教育专业认证领域[3-4]。与传统教育模式相比，OBE教育理念以“反向设计，正向施工”原则进行教学设计和教学实施，通过学习产出定义（Difining）、学习产出实现（Realizing）、学习产出评估（Assessing）和学习产出使用（Using）4个步骤指导和驱动学生在学习过程中逐渐达到预期的学习目标，要求以学生为中心，教学活动围绕预期的学习成果进行，注重学生个体能力的培养与发展，并强调学习效果的持续改进与提升[5-6]。近年来，国内学者以OBE理念为导向开展相关教学的探讨与研究，其研究成果对于我国高校的人才培养模式和教育改革产生重要影响[7-8]。总体而言，将OBE理念的教学模式应用于本科教学对于我国本科教育改革和人才培养具有较强的指导意义。

翻转课堂，也称之为“颠倒课堂”，是一种依托信息技术教学载体的教学模式，最早源于20世纪90年代哈佛大学的Eric Mazur教授所提出的“同伴教学”理念[9-10]。对于传统课堂而言，教师是课堂主导者，也是教学内容的主要讲解者，学生通常以提问、回答问题、完成课堂作业的方式与教师进行课堂互动交流，完成教学活动。而翻转课堂不同于普通传统课堂，在某种程度上是对传统教学模式的颠覆，翻转课堂的核心内容是重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师手中转移到学生手中[11-12]。通常表现为教师制作准备优质教学视频，并依托信息技术和平台上传教学视频，学生在课前通过下载视频并完成自主学习，了解并掌握所要学习的基本知识，在课堂学习的过程中，学生和教师共同完成讨论、展示、辩论、答疑解惑等系列教学活动[13-14]。根据相关的课程改革实践结果，翻转课堂的教学模式能够更好地调动学生的学习积极性，让学生能够更好地掌握必要知识点，从被动学习变成主动学习，发挥主观能动性，并深刻理解和掌握知识点，从而更有利于达到预期的教学目标[15-16]。

“食品物性学”也被称为“食品物理学”，是食品科学与工程专业的重要基础专业课程，在食品科学理论体系中占有重要的地位[17-18]。“食品物性学”主要研究内容涉及食品科学相关的各种食品及原料的物理学特性，包括基本物理特征、力学特性、质构特性、光学特性、热学特性、电学特性、声学特性和磁学特性等内容，学习内容涉及学科广泛，学习难度相对较大，各章节中涉及较多数学方程和公式推导，并且涉及流体力学、生物流变学、胶体化学、高分子物理等基本原理，在实际应用中，往往综合利用各种物理理论和技术来解决食品加工、储藏、检测、食用等过程的物性变化情况[19]。针对“食品物性学”，传统的教学方式通常为机械式、强调式教学，教学效果并不理想，学生积极性较差，领悟能力偏弱，学习效果不佳，尤其是理论应用能力十分欠缺，故需要对其进行改革探索[20-21]。OBE教育理念和翻转课堂是以学生为中心的教育理念，注重学习成效和教学预期目标，将二者进行融合教学可以有助于学生对课程内容的掌握、理解和应用，达到学习目标，然而基于二者融合教学的改革方案和措施在“食品物性学”课程方面的探索鲜有报道[22-24]。因此，探索OBE理念和翻转课堂融合的教学改革对“食品物性学”教学效果的影响，以期能够为“食品物性学”的课堂教学设计创新提供一定参考。

1 “食品物性学”课程教学现状及问题

“食品物性学”是食品科学与工程学科重要的基础课程，但在我国高等教育中起步和发展较晚，2001年教育部将其列为食品科学与工程学科的主干课程后，开设食品科学相关专业的各个高校逐步开设该课程。根据相关调研报告，超过1/3的学校将“食品物性学”作为专业必修课，大部分学校则将其作为选修课程[17-18]。开课时间普遍安排在大学本科三年级学习阶段，即第5学期或者第6学期。通过“食品物性学”理论的学习，可以学习掌握食品流变、食品质构、食品光、电、热等基本物理学特征及评价方法，能够为学生开展产品开发和质量控制等实践内容打下基础。结合西南大学食品相关专业“食品物性学”的教学现状和相关文献报道，“食品物性学”课程教学过程中主要存在教师教学方法单一、理论内容理解程度浅、课程目标认知程度不高等方面的问题。

1.1 教师教学方法单一，学生自主学习欠缺

国内大部分院校完成“食品物性学”课程教学任务主要依赖于教师直接讲授，通过单向输出的方式传递知识，教学方法相对单一，在此教学过程中，教师处于主导地位，学生被动接受相关理论知识。由于“食品物性学”教学内容涵盖数学、物理等方程和公式推导，大部分内容十分抽象，单向地输出理论知识，容易导致学生出现注意力不集中、容易困倦、课程互动积极性差等现象。而且，传统教授法容易导致学生缺乏主观能动性，自主学习能力欠缺，催生学生懒惰、依赖和不主动思考的习惯，从而导致学生学习效果不佳。

1.2 理论内容理解程度浅，分析实际问题能力差

“食品物性学”主要研究食品和食品原料的物理特性和工程特性，包括基本物理特征、力学特性、质地特性、热学特性、光学特性、电磁学特性和声学特性等，学生需要掌握并理解相关理论，并将其运用在食品材料的物理性质的解析，解释食品原料及其产品的感官特征、品质维持及变化特征等信息，从而对食品原料的获取、加工、贮藏和检测等过程提供科学指导。由于“食品物性学”各个章节的基本理论相对抽象，理解难度系数较大，在授课过程中，学生对知识的掌握通常局限在文字表面层面，并没有深入地理解各个章节的基本理论，从而在解决与食品物性学理论知识紧密联系的食品质构变化、流变性能、食品胶体行为、食品的加工与营养研究等应用问题时，不能灵活运用基本理论解析食品各物性的变化规律和机制，分析实际问题的能力不高。

1.3 课程目标认知程度不高，课程学习重点模糊不清

根据教学过程中的调研结果，大部分学生对“食品物性学”课程所需要达到的学习目标认知程度不高，学生不太关注“食品物性学”的课程目标和需要达到的能力要求，更多关注于考试内容和考核结果。即使在工程认证的背景下，在开始上课之前，教师向学生明确课程目标以及重点内容时，学生并不能形成特定的知识结构体系，在授课过程中，学生对课程目标和所需要达到的能力目标淡化，学习效率低下，部分学生游离于课堂教学中，不能较好完成相关的学习任务，甚至有些学生抱有“平时不学习，期末来突击”的学习态度，只对考试“考点”清楚，这种临时备考模式，学生的自主学习意识差，且无法深刻理解知识理论和重点内容，更谈不上灵活运用。

2 基于OBE理念和翻转课堂融合在“食品物性学”课程改革中的探索

针对“食品物性学”课程授课过程中主要存在的学生主观能动性差、学习效率不高、理论掌握及灵活应用程度较差等问题，基于OBE教育理念，以成果为导向，以培养学生能力为目标，融合翻转课堂教学策略，采用自下而上的方式，以学生为主体，实施“食品物性学”教学改革探索，帮助学生在学科观念、科学思维、科学探索、科学态度与责任方面达成事先确定的产出结果，有助于提高学生对该课程基本理论的掌握，提升学生独立思考、发现问题、解决问题、得出结论的科学思维能力。文章将从课程教学目标、教学内容设计、教学实施、课程考核等方面利用OBE理论和翻转课程进行“食品物性学”课程改进。

2.1 基于OBE理念的课程教学目标和教学内容设计

OBE教学理念是成果导向教育，以学生为中心，要求教学活动围绕预期学习成果进行。以西南大学食品科学学院为例，在工程认证背景下，以OBE理念为导向，学院开设的“食品物性学”需要支撑毕业要求及指标点：一是工程知识，能将工程科学和现代食品科学与工程的专业知识和数学模型方法用于食品科学与工程领域复杂工程问题解决方案的比较和综合；二是沟通，了解食品科学与工程领域的国内外发展趋势、研究热点等，理解和尊重不同国家食品工程、技术行为和食品产业需求等方面的差异性和多样性，并能把国际视野贯穿在食品产品开发和食品工程设计等全过程。针对新工科背景下的人才需求和OBE教学理念，课程目标设置：能够掌握食品物性学的基本概念，掌握食品力学、热学、光学和电学的性质、特点、用途和数学模型，并能够正确使用食品物性学测定所用到的相关仪器设备，分析食品物性学相关实验结果，理解相关参数与食品感官、分子结构、状态变化等之间的关系；了解食品物性学领域的国内外发展趋势、研究热点等，并能把国际视野贯穿在食品产品开发和食品工程设计等全过程。

“食品物性学”的基本理论能够为食品原料加工、储藏、检测等过程问题的解决提供有效问题分析、数学建模和理论求解。由于西南大学食品科学学院“食品物性学”课程的理论学时为24学时，根据课程目标及新工科背景，教学内容主要讲授食品物料的基本物理特征、食品物料的力学特性、食品物料的质构特性、食品物料的光学特性、食品物料的电磁学特性和食品物料的热学特性几个方面，并基于各章节知识点难以程度，合理分配了各章节内容的教学学时。同时基于OBE理念，针对食品质构、流变特性、光学特性、热学特性相关理论与食品加工、储藏、检测等过程的关联性，合理设计实际案例和课程理论教学内容，充分体现教学内容有效支撑培养目标。

2.2 OBE理念下翻转课堂的教学实施

基于“成果为导向、学时为中心、持续性改进”的OBE教学理念，以翻转课堂为载体的教学模式开展“食品物性学”的课程教学模式探索，通过翻转课堂改变教师的教学站位，使课堂中知识传递方法发生变更，促使学生由被动思考转变为主动思考，开展过程性与终结性相结合的多元教学评价，形成具有持续更新功能的教学反思闭环系统。为探讨翻转课堂教学模式的实施效果，将课程内容进行划分，一部分采用传统方式教学，另一部分采用翻转课堂进行教学，并对教学实践结果进行评价分析。翻转课堂教学模式的教学流程包括课前阶段、课中阶段和课后阶段。

2.2.1 课前阶段

针对学习目标和涉及的关键知识点，提前准备精美短视频及配套的PPT等自学资料，利用雨课堂平台上传相关教学资料，下发学习任务清单。学生利用碎片时间根据教师上传的资料开展自学以及完成测试题的自测。该部分试题不会涉及复杂的问题，预习作业主要测试学生课前基础知识的学习情况。教师上课前，根据平台测试结果及学生反馈，总结并记录学生所面临的关键共性问题，并通过课上阶段针对性的答疑解惑。

2.2.2 课中阶段

在课堂教学中，根据学生的课前预习情况，贯彻OBE理念，通过成果导向设置相关启发性问题，引导学生积极思考。将学生进行分组，小组内部针对相关问题进行内部讨论，促进学生积极参与讨论，关注每个学生的个体差异，通过小组内部的互帮互助，提高学习效率。针对难以理解的知识点，通过案列讲解，加深学生对基本理论的理解。针对难度一般的知识点，通过引导学生在课程上进行讲述，加深学生对知识点的印象。在学生掌握课程基本知识基础上，通过教师进一步的精讲，快速讲述所有知识点，并重点强调章节的重要关键知识点，从而进一步加深学生对知识点的梳理程度和强化关键内容的重要性，帮助学生将碎片化知识点构建成完整的知识体系。

2.2.3 课后阶段

教师结合课前预习和课堂表现情况向学生布置作业，对于学生掌握知识点较好的部分，布置拓展性题目，开拓学生思维，引导学生对物性学理论进行深入思考，促使学生将相关理论的灵活应用。针对学生掌握知识点不足的内容，通过设置基础性题目，巩固学生对知识点的掌握。建立综合性考核体系。始终贯彻OBE理念，强调过程性考核，提高课堂表现成绩占比，从而打破学生“平时不学习，期末来突击”的学习习惯。同时，教师在课后完成对学生的答疑辅导，结合课程教学效果和学生学习成果测评结果，反思教学过程中的不足，及时、有效地调整课程内容和教学方法，提升课程质量，做好持续改进。

2.3 基于OBE理念和翻转课堂融合的课程考核优化

在“食品物性学”课程教学过程中，期末考核结果在课程考核占比较大，这种考核方式很难调动学生主动学习的积极性，而且学生只需要期末前突击复习就可以通过课程考核，但对知识点的实际掌握情况并不理想，且考核并不合理。基于OBE理念和翻转课堂的教学模式，教师将课堂讨论作为成绩的重要组成部分，通过学生与预期目标的差距和课前自学情况，调整提出问题的深度和频率。加大对学生在课堂上的表现进行综合评价的分数占比，具体包括问题回答准确性、参与课堂讨论的积极性、学生独立讲解关键知识点的完整性等内容。通过课程考核结果优化，确保学生在教学过程的积极性，提高学生对课程内容的掌握程度。

3 基于OBE理念和翻转课堂融合在“食品物性学”课程改革中的效果

3.1 基于OBE理念和翻转课堂融合的课堂教学成绩统计分析

为了探讨翻转教学模式是否有助于提高学生的学习成效，分别对2021级食品科学与工程专业33名学生和2020级食品科学与工程专业29名学生的平均成绩进行统计。如图1所示，采用传统教学模式的2020级学生平均成绩为80.1分，基于OBE理念导向的翻转课堂教学实施后，2021级食品科学与工程专业33名学生的平均测试平均分成绩为87.8分，测试平均成绩高于传统教学模式。该结果说明基于OBE理念的翻转教学模式对于提高学生的学习成效具有积极作用。另外，为排除不同批次学生学习能力、理解能力等方面的差异，实施过程中，部分章节内容采用传统教学，通过设置难易程度相当的测试题并对试题正确率分析，结果显示，采用传统模式教学的章节测试题正确率为83.2%，采用翻转课堂教学的测试题正确率为93.4%，正确率显著提高，说明采用翻转教学模式能够提高学生对食品物性学基本知识和理论的掌握。

3.2 基于OBE理念和翻转课堂融合的课堂教学调研问卷分析

为了解OBE理念融合翻转课堂教学模式的教学成效，从基本知识掌握情况、课程教学目标、沟通交流能力、关键知识点掌握等方面设计问卷调查，并采用无记名方式对33名2021级食品科学与工程专业本科生进行调研分析。在教学大纲及内容方面，认为OBE理念融合翻转课堂教学模式非常有助于学生了解课程教学大纲及关键内容的学生占比94%、认为作用一般的学生占比6%、无效果的学生占比0，说明OBE导向的翻转课堂有利于学生清晰地认识教学大纲及核心内容。在基本知识掌握情况方面，认为OBE理念融合翻转课堂教学模式对于提高基本知识掌握非常有用的学生占比36.4%，有利于提高的学生占比54.5%，作用一般的学生占比6%，无任何效果的学生占比3%。而且，基于翻转教学模式下的关键疑难问题小组讨论分析和教师深入解析，66.7%的学生非常有助于加深对知识点的理解和记忆，33.3%的学生认为有助于加深，认为没有任何作用的学生占比0。另外，为尽量避免不同批次学生产生的差异，因此，将部分章节内容采取传统教学模式进行授课，通过调研分析，84.8%的学生认为采用翻转课堂的章节知识点的掌握情况要优于其他传统教学的章节内容。统计结果说明OBE理念下的翻转课堂对于大多数学生掌握基本知识和加深重点知识理论的理解具有促进作用。在提高学生自主学习能力方面，100%的学生认为通过课前微视频学习和PPT预习过程对于提高学生的自主学习能力能够产生积极作用，其中30.3%的学生认为非常有助于提高自主学习能力，66.7%认为有助于提高，3.0%的学生认为有作用，但是作用效果一般。在提高学生沟通交流能力方面，97%的学生认为通过课前、课上的分组讨论预习和重点疑难问题讨论有助于提高学生的沟通交流能力。从学生个人综合角度来讲，大多数学生认为采用OBE理念翻转课堂进行“食品物性学”的教学是有必要的。综合上述调研结果，基于OBE理念导向的翻转课堂教学模式对于提高学生基本理论知识的掌握、理解核心教学难点、加深课程知识点影响、提高学生自主学习能力和沟通能力能够产生积极作用，对于完成“食品物性学”教学目标和支撑食品科学与工程专业毕业要求指标点具有重要支撑作用，见图2。

4 基于OBE理念和翻转课堂融合在“食品物性学”课程教学中的反思和建议

4.1 优化课前教学视频资源，提升学生课前自学效率

基于OBE理念的翻转课堂教学模式，教师提供的自主学习视频、课件资料及自测习题对于课程目标达成和完成教学成效至关重要。根据问卷调查结果，少部分学生提到基于OBE理念的翻转课堂教学的不好之处在于课前会花费较多时间用于自主学习，会占据学生的业余时间。因此，针对“食品物性学”基本知识及理论的碎片化教学视频，设计视频内容需要精益求精，视频的时长不能过长，每个视频以几分钟为宜。视频时间过长或者过多，会占据学生较长时间用于课前学习环节。由于学生还要完成其他科目的课程任务，时间过长或者视频数量过多会导致学生不能完整完成所有自学任务，或者只是完成，过程不认真，导致课前自学效果差。根据调研问卷结构，有学生认为部分核心知识点的视频内容涉及重要疑难点比较抽象，导致学生会花较长时间用于理解和学习。因此，针对课前自主学习视频的设计，应该根据学生情况合理设定，有关“食品物性学”的基本知识和理论介绍最好由浅入深，难度以中等为宜，同时考虑学生的理解能力和学习能力的差异性、学生实际认知水平及已有知识储备。由于“食品物性学”相关理论多数较为抽象并且比较枯燥，学生课前进行自主学习过程中会针对难以理解或者抽象的短视频进行“选择性回避”，因此，针对相关内容，建议准备视频过程适当增加趣味性，提高学生自主学习的积极性。

4.2 精心设计课堂教学环节，做好翻转课堂教学情境

课堂教学是“翻转课堂”不可或缺的重要项目模块，是学生与学生之间、学生与教师之间的多边互动学习平台。“食品物性学”内容涵盖食品原料基本物理性质、光学特性、热学特性等基本理论，各章节知识点内容较多，学生课前自学不能形成系统的知识体系。因此，针对翻转课堂的“食品物性学”课堂教学，不能完全依赖于问答式、讨论式教学活动。将部分课堂时间用于基本知识点的精讲和串联，对于学生更好地把握课程内容十分重要。如开展“热学特性”章节的翻转课堂教学过程，课上通过知识点串联和讲解，学生明显对于整个章节的系统性掌握明显提升。理论联系实际并合理设计讨论性问题，强化学生利用“食品物性学”理论解决实际问题的能力。最后，针对食品物性学知识内容比较枯燥的问题，在问答环节、讨论环节多增加趣味性的话题，引发学生讨论积极性，拓展学生的思维。

4.3 优化课程考核体系，做好持续改进措施

基于OBE理念的翻转课堂教学过程，课前自学任务和课上的讨论等环节对于达到课程目标和支撑食品科学与工程专业毕业要求指标点十分重要。因此，OBE理念下翻转课堂引入“食品物性学”的过程中，课堂教学要始终以学生为中心，告别单一化的教学模式，采用多种教学策略相结合的方式，教师需要根据学生课前自学任务完成情况设置公平合理的评价成绩，同时，针对理论课堂回答教师的频率和深度、学生参与课堂讨论的积极性，设置详细的打分细则，从而保证学生学习的积极性，加强过程性考核的合理性。另外，由于翻转课堂是多边参与的互动学习模式，课程教学过程受到多方面因素影响，因此，在教学评价中，教师需要根据课堂教学目标的达成情况，结合学生反馈意见和目标达成度及时调整自己的教学策略，完善教学方法，做到持续改进。

5 结语

通过课堂观察、成绩分析、调查问卷及课后访谈等形式，分析OBE教育理念为导向的翻转课堂教学模式对“食品物性学”课程教学成效的影响。结果表明，相比于传统教学模式，OBE教育理念为导向的翻转课堂能够有效提高学生的学习成绩，并且大多数学生认为以OBE理念融合翻转课堂开展“食品物性学”的课堂教学十分必要，这种教学模式能够很好地培养学者的自主学习能力、分析问题能力，激发学生课上的学习动力和积极性，能够更好地掌握“食品物性学”的基本理论并合理灵活地运用在食品复杂工程问题的解决方面。另外，为更好地达到课程教学目标和支撑学生毕业要求指标，需从教学视频资源优化、课堂教学环节和课程考核体系方面做好持续改进。基于“OBE理念+翻转课堂”的“食品物性学”教学设计与实践对于课程教学方式方法改进和培养新工科背景下的人才需求具有一定参考性。