基于OBE理念和翻轉課堂融合的“食品物性學”教學改革實踐

陳海，羅惟，張宇昊*

1.西南大學食品科學學院（重慶 400715）；2.西南大學食品科學與工程國家級實驗教學中心（重慶 400715）

成果導向教育（outcome-based education，OBE）理念，是指基于學習產出的、以學生學習結果為中心來組織、實施、評價教學的一種教育模式[1-2]。該理念起源于北美20世紀90年代的教育改革，后來逐漸成為美國、加拿大、澳大利亞、英國等多個國家教育改革的主流教育理念，如今也已廣泛應用在我國工程教育改革和工程教育專業(yè)認證領域[3-4]。與傳統(tǒng)教育模式相比，OBE教育理念以“反向設計，正向施工”原則進行教學設計和教學實施，通過學習產出定義（Difining）、學習產出實現（Realizing）、學習產出評估（Assessing）和學習產出使用（Using）4個步驟指導和驅動學生在學習過程中逐漸達到預期的學習目標，要求以學生為中心，教學活動圍繞預期的學習成果進行，注重學生個體能力的培養(yǎng)與發(fā)展，并強調學習效果的持續(xù)改進與提升[5-6]。近年來，國內學者以OBE理念為導向開展相關教學的探討與研究，其研究成果對于我國高校的人才培養(yǎng)模式和教育改革產生重要影響[7-8]。總體而言，將OBE理念的教學模式應用于本科教學對于我國本科教育改革和人才培養(yǎng)具有較強的指導意義。

翻轉課堂，也稱之為“顛倒課堂”，是一種依托信息技術教學載體的教學模式，最早源于20世紀90年代哈佛大學的Eric Mazur教授所提出的“同伴教學”理念[9-10]。對于傳統(tǒng)課堂而言，教師是課堂主導者，也是教學內容的主要講解者，學生通常以提問、回答問題、完成課堂作業(yè)的方式與教師進行課堂互動交流，完成教學活動。而翻轉課堂不同于普通傳統(tǒng)課堂，在某種程度上是對傳統(tǒng)教學模式的顛覆，翻轉課堂的核心內容是重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師手中轉移到學生手中[11-12]。通常表現為教師制作準備優(yōu)質教學視頻，并依托信息技術和平臺上傳教學視頻，學生在課前通過下載視頻并完成自主學習，了解并掌握所要學習的基本知識，在課堂學習的過程中，學生和教師共同完成討論、展示、辯論、答疑解惑等系列教學活動[13-14]。根據相關的課程改革實踐結果，翻轉課堂的教學模式能夠更好地調動學生的學習積極性，讓學生能夠更好地掌握必要知識點，從被動學習變成主動學習，發(fā)揮主觀能動性，并深刻理解和掌握知識點，從而更有利于達到預期的教學目標[15-16]。

“食品物性學”也被稱為“食品物理學”，是食品科學與工程專業(yè)的重要基礎專業(yè)課程，在食品科學理論體系中占有重要的地位[17-18]?！笆称肺镄詫W”主要研究內容涉及食品科學相關的各種食品及原料的物理學特性，包括基本物理特征、力學特性、質構特性、光學特性、熱學特性、電學特性、聲學特性和磁學特性等內容，學習內容涉及學科廣泛，學習難度相對較大，各章節(jié)中涉及較多數學方程和公式推導，并且涉及流體力學、生物流變學、膠體化學、高分子物理等基本原理，在實際應用中，往往綜合利用各種物理理論和技術來解決食品加工、儲藏、檢測、食用等過程的物性變化情況[19]。針對“食品物性學”，傳統(tǒng)的教學方式通常為機械式、強調式教學，教學效果并不理想，學生積極性較差，領悟能力偏弱，學習效果不佳，尤其是理論應用能力十分欠缺，故需要對其進行改革探索[20-21]。OBE教育理念和翻轉課堂是以學生為中心的教育理念，注重學習成效和教學預期目標，將二者進行融合教學可以有助于學生對課程內容的掌握、理解和應用，達到學習目標，然而基于二者融合教學的改革方案和措施在“食品物性學”課程方面的探索鮮有報道[22-24]。因此，探索OBE理念和翻轉課堂融合的教學改革對“食品物性學”教學效果的影響，以期能夠為“食品物性學”的課堂教學設計創(chuàng)新提供一定參考。

1 “食品物性學”課程教學現狀及問題

“食品物性學”是食品科學與工程學科重要的基礎課程，但在我國高等教育中起步和發(fā)展較晚，2001年教育部將其列為食品科學與工程學科的主干課程后，開設食品科學相關專業(yè)的各個高校逐步開設該課程。根據相關調研報告，超過1/3的學校將“食品物性學”作為專業(yè)必修課，大部分學校則將其作為選修課程[17-18]。開課時間普遍安排在大學本科三年級學習階段，即第5學期或者第6學期。通過“食品物性學”理論的學習，可以學習掌握食品流變、食品質構、食品光、電、熱等基本物理學特征及評價方法，能夠為學生開展產品開發(fā)和質量控制等實踐內容打下基礎。結合西南大學食品相關專業(yè)“食品物性學”的教學現狀和相關文獻報道，“食品物性學”課程教學過程中主要存在教師教學方法單一、理論內容理解程度淺、課程目標認知程度不高等方面的問題。

1.1 教師教學方法單一，學生自主學習欠缺

國內大部分院校完成“食品物性學”課程教學任務主要依賴于教師直接講授，通過單向輸出的方式傳遞知識，教學方法相對單一，在此教學過程中，教師處于主導地位，學生被動接受相關理論知識。由于“食品物性學”教學內容涵蓋數學、物理等方程和公式推導，大部分內容十分抽象，單向地輸出理論知識，容易導致學生出現注意力不集中、容易困倦、課程互動積極性差等現象。而且，傳統(tǒng)教授法容易導致學生缺乏主觀能動性，自主學習能力欠缺，催生學生懶惰、依賴和不主動思考的習慣，從而導致學生學習效果不佳。

1.2 理論內容理解程度淺，分析實際問題能力差

“食品物性學”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、力學特性、質地特性、熱學特性、光學特性、電磁學特性和聲學特性等，學生需要掌握并理解相關理論，并將其運用在食品材料的物理性質的解析，解釋食品原料及其產品的感官特征、品質維持及變化特征等信息，從而對食品原料的獲取、加工、貯藏和檢測等過程提供科學指導。由于“食品物性學”各個章節(jié)的基本理論相對抽象，理解難度系數較大，在授課過程中，學生對知識的掌握通常局限在文字表面層面，并沒有深入地理解各個章節(jié)的基本理論，從而在解決與食品物性學理論知識緊密聯(lián)系的食品質構變化、流變性能、食品膠體行為、食品的加工與營養(yǎng)研究等應用問題時，不能靈活運用基本理論解析食品各物性的變化規(guī)律和機制，分析實際問題的能力不高。

1.3 課程目標認知程度不高，課程學習重點模糊不清

根據教學過程中的調研結果，大部分學生對“食品物性學”課程所需要達到的學習目標認知程度不高，學生不太關注“食品物性學”的課程目標和需要達到的能力要求，更多關注于考試內容和考核結果。即使在工程認證的背景下，在開始上課之前，教師向學生明確課程目標以及重點內容時，學生并不能形成特定的知識結構體系，在授課過程中，學生對課程目標和所需要達到的能力目標淡化，學習效率低下，部分學生游離于課堂教學中，不能較好完成相關的學習任務，甚至有些學生抱有“平時不學習，期末來突擊”的學習態(tài)度，只對考試“考點”清楚，這種臨時備考模式，學生的自主學習意識差，且無法深刻理解知識理論和重點內容，更談不上靈活運用。

2 基于OBE理念和翻轉課堂融合在“食品物性學”課程改革中的探索

針對“食品物性學”課程授課過程中主要存在的學生主觀能動性差、學習效率不高、理論掌握及靈活應用程度較差等問題，基于OBE教育理念，以成果為導向，以培養(yǎng)學生能力為目標，融合翻轉課堂教學策略，采用自下而上的方式，以學生為主體，實施“食品物性學”教學改革探索，幫助學生在學科觀念、科學思維、科學探索、科學態(tài)度與責任方面達成事先確定的產出結果，有助于提高學生對該課程基本理論的掌握，提升學生獨立思考、發(fā)現問題、解決問題、得出結論的科學思維能力。文章將從課程教學目標、教學內容設計、教學實施、課程考核等方面利用OBE理論和翻轉課程進行“食品物性學”課程改進。

2.1 基于OBE理念的課程教學目標和教學內容設計

OBE教學理念是成果導向教育，以學生為中心，要求教學活動圍繞預期學習成果進行。以西南大學食品科學學院為例，在工程認證背景下，以OBE理念為導向，學院開設的“食品物性學”需要支撐畢業(yè)要求及指標點：一是工程知識，能將工程科學和現代食品科學與工程的專業(yè)知識和數學模型方法用于食品科學與工程領域復雜工程問題解決方案的比較和綜合；二是溝通，了解食品科學與工程領域的國內外發(fā)展趨勢、研究熱點等，理解和尊重不同國家食品工程、技術行為和食品產業(yè)需求等方面的差異性和多樣性，并能把國際視野貫穿在食品產品開發(fā)和食品工程設計等全過程。針對新工科背景下的人才需求和OBE教學理念，課程目標設置：能夠掌握食品物性學的基本概念，掌握食品力學、熱學、光學和電學的性質、特點、用途和數學模型，并能夠正確使用食品物性學測定所用到的相關儀器設備，分析食品物性學相關實驗結果，理解相關參數與食品感官、分子結構、狀態(tài)變化等之間的關系；了解食品物性學領域的國內外發(fā)展趨勢、研究熱點等，并能把國際視野貫穿在食品產品開發(fā)和食品工程設計等全過程。

“食品物性學”的基本理論能夠為食品原料加工、儲藏、檢測等過程問題的解決提供有效問題分析、數學建模和理論求解。由于西南大學食品科學學院“食品物性學”課程的理論學時為24學時，根據課程目標及新工科背景，教學內容主要講授食品物料的基本物理特征、食品物料的力學特性、食品物料的質構特性、食品物料的光學特性、食品物料的電磁學特性和食品物料的熱學特性幾個方面，并基于各章節(jié)知識點難以程度，合理分配了各章節(jié)內容的教學學時。同時基于OBE理念，針對食品質構、流變特性、光學特性、熱學特性相關理論與食品加工、儲藏、檢測等過程的關聯(lián)性，合理設計實際案例和課程理論教學內容，充分體現教學內容有效支撐培養(yǎng)目標。

2.2 OBE理念下翻轉課堂的教學實施

基于“成果為導向、學時為中心、持續(xù)性改進”的OBE教學理念，以翻轉課堂為載體的教學模式開展“食品物性學”的課程教學模式探索，通過翻轉課堂改變教師的教學站位，使課堂中知識傳遞方法發(fā)生變更，促使學生由被動思考轉變?yōu)橹鲃铀伎迹_展過程性與終結性相結合的多元教學評價，形成具有持續(xù)更新功能的教學反思閉環(huán)系統(tǒng)。為探討翻轉課堂教學模式的實施效果，將課程內容進行劃分，一部分采用傳統(tǒng)方式教學，另一部分采用翻轉課堂進行教學，并對教學實踐結果進行評價分析。翻轉課堂教學模式的教學流程包括課前階段、課中階段和課后階段。

2.2.1 課前階段

針對學習目標和涉及的關鍵知識點，提前準備精美短視頻及配套的PPT等自學資料，利用雨課堂平臺上傳相關教學資料，下發(fā)學習任務清單。學生利用碎片時間根據教師上傳的資料開展自學以及完成測試題的自測。該部分試題不會涉及復雜的問題，預習作業(yè)主要測試學生課前基礎知識的學習情況。教師上課前，根據平臺測試結果及學生反饋，總結并記錄學生所面臨的關鍵共性問題，并通過課上階段針對性的答疑解惑。

2.2.2 課中階段

在課堂教學中，根據學生的課前預習情況，貫徹OBE理念，通過成果導向設置相關啟發(fā)性問題，引導學生積極思考。將學生進行分組，小組內部針對相關問題進行內部討論，促進學生積極參與討論，關注每個學生的個體差異，通過小組內部的互幫互助，提高學習效率。針對難以理解的知識點，通過案列講解，加深學生對基本理論的理解。針對難度一般的知識點，通過引導學生在課程上進行講述，加深學生對知識點的印象。在學生掌握課程基本知識基礎上，通過教師進一步的精講，快速講述所有知識點，并重點強調章節(jié)的重要關鍵知識點，從而進一步加深學生對知識點的梳理程度和強化關鍵內容的重要性，幫助學生將碎片化知識點構建成完整的知識體系。

2.2.3 課后階段

教師結合課前預習和課堂表現情況向學生布置作業(yè)，對于學生掌握知識點較好的部分，布置拓展性題目，開拓學生思維，引導學生對物性學理論進行深入思考，促使學生將相關理論的靈活應用。針對學生掌握知識點不足的內容，通過設置基礎性題目，鞏固學生對知識點的掌握。建立綜合性考核體系。始終貫徹OBE理念，強調過程性考核，提高課堂表現成績占比，從而打破學生“平時不學習，期末來突擊”的學習習慣。同時，教師在課后完成對學生的答疑輔導，結合課程教學效果和學生學習成果測評結果，反思教學過程中的不足，及時、有效地調整課程內容和教學方法，提升課程質量，做好持續(xù)改進。

2.3 基于OBE理念和翻轉課堂融合的課程考核優(yōu)化

在“食品物性學”課程教學過程中，期末考核結果在課程考核占比較大，這種考核方式很難調動學生主動學習的積極性，而且學生只需要期末前突擊復習就可以通過課程考核，但對知識點的實際掌握情況并不理想，且考核并不合理。基于OBE理念和翻轉課堂的教學模式，教師將課堂討論作為成績的重要組成部分，通過學生與預期目標的差距和課前自學情況，調整提出問題的深度和頻率。加大對學生在課堂上的表現進行綜合評價的分數占比，具體包括問題回答準確性、參與課堂討論的積極性、學生獨立講解關鍵知識點的完整性等內容。通過課程考核結果優(yōu)化，確保學生在教學過程的積極性，提高學生對課程內容的掌握程度。

3 基于OBE理念和翻轉課堂融合在“食品物性學”課程改革中的效果

3.1 基于OBE理念和翻轉課堂融合的課堂教學成績統(tǒng)計分析

為了探討翻轉教學模式是否有助于提高學生的學習成效，分別對2021級食品科學與工程專業(yè)33名學生和2020級食品科學與工程專業(yè)29名學生的平均成績進行統(tǒng)計。如圖1所示，采用傳統(tǒng)教學模式的2020級學生平均成績?yōu)?0.1分，基于OBE理念導向的翻轉課堂教學實施后，2021級食品科學與工程專業(yè)33名學生的平均測試平均分成績?yōu)?7.8分，測試平均成績高于傳統(tǒng)教學模式。該結果說明基于OBE理念的翻轉教學模式對于提高學生的學習成效具有積極作用。另外，為排除不同批次學生學習能力、理解能力等方面的差異，實施過程中，部分章節(jié)內容采用傳統(tǒng)教學，通過設置難易程度相當的測試題并對試題正確率分析，結果顯示，采用傳統(tǒng)模式教學的章節(jié)測試題正確率為83.2%，采用翻轉課堂教學的測試題正確率為93.4%，正確率顯著提高，說明采用翻轉教學模式能夠提高學生對食品物性學基本知識和理論的掌握。

3.2 基于OBE理念和翻轉課堂融合的課堂教學調研問卷分析

為了解OBE理念融合翻轉課堂教學模式的教學成效，從基本知識掌握情況、課程教學目標、溝通交流能力、關鍵知識點掌握等方面設計問卷調查，并采用無記名方式對33名2021級食品科學與工程專業(yè)本科生進行調研分析。在教學大綱及內容方面，認為OBE理念融合翻轉課堂教學模式非常有助于學生了解課程教學大綱及關鍵內容的學生占比94%、認為作用一般的學生占比6%、無效果的學生占比0，說明OBE導向的翻轉課堂有利于學生清晰地認識教學大綱及核心內容。在基本知識掌握情況方面，認為OBE理念融合翻轉課堂教學模式對于提高基本知識掌握非常有用的學生占比36.4%，有利于提高的學生占比54.5%，作用一般的學生占比6%，無任何效果的學生占比3%。而且，基于翻轉教學模式下的關鍵疑難問題小組討論分析和教師深入解析，66.7%的學生非常有助于加深對知識點的理解和記憶，33.3%的學生認為有助于加深，認為沒有任何作用的學生占比0。另外，為盡量避免不同批次學生產生的差異，因此，將部分章節(jié)內容采取傳統(tǒng)教學模式進行授課，通過調研分析，84.8%的學生認為采用翻轉課堂的章節(jié)知識點的掌握情況要優(yōu)于其他傳統(tǒng)教學的章節(jié)內容。統(tǒng)計結果說明OBE理念下的翻轉課堂對于大多數學生掌握基本知識和加深重點知識理論的理解具有促進作用。在提高學生自主學習能力方面，100%的學生認為通過課前微視頻學習和PPT預習過程對于提高學生的自主學習能力能夠產生積極作用，其中30.3%的學生認為非常有助于提高自主學習能力，66.7%認為有助于提高，3.0%的學生認為有作用，但是作用效果一般。在提高學生溝通交流能力方面，97%的學生認為通過課前、課上的分組討論預習和重點疑難問題討論有助于提高學生的溝通交流能力。從學生個人綜合角度來講，大多數學生認為采用OBE理念翻轉課堂進行“食品物性學”的教學是有必要的。綜合上述調研結果，基于OBE理念導向的翻轉課堂教學模式對于提高學生基本理論知識的掌握、理解核心教學難點、加深課程知識點影響、提高學生自主學習能力和溝通能力能夠產生積極作用，對于完成“食品物性學”教學目標和支撐食品科學與工程專業(yè)畢業(yè)要求指標點具有重要支撐作用，見圖2。

4 基于OBE理念和翻轉課堂融合在“食品物性學”課程教學中的反思和建議

4.1 優(yōu)化課前教學視頻資源，提升學生課前自學效率

基于OBE理念的翻轉課堂教學模式，教師提供的自主學習視頻、課件資料及自測習題對于課程目標達成和完成教學成效至關重要。根據問卷調查結果，少部分學生提到基于OBE理念的翻轉課堂教學的不好之處在于課前會花費較多時間用于自主學習，會占據學生的業(yè)余時間。因此，針對“食品物性學”基本知識及理論的碎片化教學視頻，設計視頻內容需要精益求精，視頻的時長不能過長，每個視頻以幾分鐘為宜。視頻時間過長或者過多，會占據學生較長時間用于課前學習環(huán)節(jié)。由于學生還要完成其他科目的課程任務，時間過長或者視頻數量過多會導致學生不能完整完成所有自學任務，或者只是完成，過程不認真，導致課前自學效果差。根據調研問卷結構，有學生認為部分核心知識點的視頻內容涉及重要疑難點比較抽象，導致學生會花較長時間用于理解和學習。因此，針對課前自主學習視頻的設計，應該根據學生情況合理設定，有關“食品物性學”的基本知識和理論介紹最好由淺入深，難度以中等為宜，同時考慮學生的理解能力和學習能力的差異性、學生實際認知水平及已有知識儲備。由于“食品物性學”相關理論多數較為抽象并且比較枯燥，學生課前進行自主學習過程中會針對難以理解或者抽象的短視頻進行“選擇性回避”，因此，針對相關內容，建議準備視頻過程適當增加趣味性，提高學生自主學習的積極性。

4.2 精心設計課堂教學環(huán)節(jié)，做好翻轉課堂教學情境

課堂教學是“翻轉課堂”不可或缺的重要項目模塊，是學生與學生之間、學生與教師之間的多邊互動學習平臺。“食品物性學”內容涵蓋食品原料基本物理性質、光學特性、熱學特性等基本理論，各章節(jié)知識點內容較多，學生課前自學不能形成系統(tǒng)的知識體系。因此，針對翻轉課堂的“食品物性學”課堂教學，不能完全依賴于問答式、討論式教學活動。將部分課堂時間用于基本知識點的精講和串聯(lián)，對于學生更好地把握課程內容十分重要。如開展“熱學特性”章節(jié)的翻轉課堂教學過程，課上通過知識點串聯(lián)和講解，學生明顯對于整個章節(jié)的系統(tǒng)性掌握明顯提升。理論聯(lián)系實際并合理設計討論性問題，強化學生利用“食品物性學”理論解決實際問題的能力。最后，針對食品物性學知識內容比較枯燥的問題，在問答環(huán)節(jié)、討論環(huán)節(jié)多增加趣味性的話題，引發(fā)學生討論積極性，拓展學生的思維。

4.3 優(yōu)化課程考核體系，做好持續(xù)改進措施

基于OBE理念的翻轉課堂教學過程，課前自學任務和課上的討論等環(huán)節(jié)對于達到課程目標和支撐食品科學與工程專業(yè)畢業(yè)要求指標點十分重要。因此，OBE理念下翻轉課堂引入“食品物性學”的過程中，課堂教學要始終以學生為中心，告別單一化的教學模式，采用多種教學策略相結合的方式，教師需要根據學生課前自學任務完成情況設置公平合理的評價成績，同時，針對理論課堂回答教師的頻率和深度、學生參與課堂討論的積極性，設置詳細的打分細則，從而保證學生學習的積極性，加強過程性考核的合理性。另外，由于翻轉課堂是多邊參與的互動學習模式，課程教學過程受到多方面因素影響，因此，在教學評價中，教師需要根據課堂教學目標的達成情況，結合學生反饋意見和目標達成度及時調整自己的教學策略，完善教學方法，做到持續(xù)改進。

5 結語

通過課堂觀察、成績分析、調查問卷及課后訪談等形式，分析OBE教育理念為導向的翻轉課堂教學模式對“食品物性學”課程教學成效的影響。結果表明，相比于傳統(tǒng)教學模式，OBE教育理念為導向的翻轉課堂能夠有效提高學生的學習成績，并且大多數學生認為以OBE理念融合翻轉課堂開展“食品物性學”的課堂教學十分必要，這種教學模式能夠很好地培養(yǎng)學者的自主學習能力、分析問題能力，激發(fā)學生課上的學習動力和積極性，能夠更好地掌握“食品物性學”的基本理論并合理靈活地運用在食品復雜工程問題的解決方面。另外，為更好地達到課程教學目標和支撐學生畢業(yè)要求指標，需從教學視頻資源優(yōu)化、課堂教學環(huán)節(jié)和課程考核體系方面做好持續(xù)改進?；凇癘BE理念+翻轉課堂”的“食品物性學”教學設計與實踐對于課程教學方式方法改進和培養(yǎng)新工科背景下的人才需求具有一定參考性。