翻转课堂融合PBL教学法在“天然产物提取技术”实验教学中的应用

吴晓娟，吴 伟，林亲录，周文化

（中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南长沙 410004）

0 引言

“天然产物提取技术”实验是中南林业科技大学食品质量与安全专业的专业选修课程之一。在“天然产物提取技术”理论课的学习过程中，学生已经掌握了糖类、氨基酸和蛋白质、精油、生物碱、黄酮类化合物、皂甙、油脂类化合物等7类常见天然产物提取分离方法的原理、特性及应用。在理论课程教学开展的同时，增加实验教学环节，不仅能够增强学生对基本概念和规律的理解，而且可以更好地培养学生的科学素质、创新意识和动手能力。同时，实验教学也是理工科高等院校教学的重要组成部分，是培养高层次“复合型”人才的关键环节，是培养大学生创新精神和创新能力的重要途径。然而长期以来，受传统教学模式固化、实验经费不足等因素影响，“天然产物提取技术”实验教学未被给予足够重视，存在教学模式较为落后、教学内容缺乏创新等问题。

翻转课堂（Flipped Classroom） 是一种新型的教学模式，学生在课前通过观看教师提供的课件、视频和扩展资源等自主完成课程知识的学习，在课堂上通过小组讨论、协作探究、问题解决和课堂作业等完成知识的内化[1]。翻转课堂的核心理念为主动学习、学生参与、混合式课程设计。目前，国内外高等院校关于翻转课堂的教学研究与实践越来越多，但在食品科学与工程及相关专业应用较少，仅在“食品生产品质控制技术”“现代食品加工新技术”等少数课程中进行实施并取得了较好的教学效果[2-3]。基于问题式学习（Problem-based Learning，PBL） 教学法是指以问题为基础，学生为中心、教师为引导的小组讨论及自学的教学模式[4]。PBL教学法在教学实践中的应用，有利于教师引导学生围绕专业问题进行严密的思考和推理，使学生更加注重自身自主学习及思维能力的锻炼。目前，该方法已在“有机化学”“食品生物化学”“食品安全与卫生学”等理论或实验教学中进行应用并取得了较好的教学效果[5-7]。与传统课堂相比较，翻转课堂和PBL教学法都强调以学生为中心，而课堂教学的内容以问题答疑为主，在教师解答学生问题的过程中，增加师生、学生相互之间的交流。在翻转课堂中融合PBL教学法，可以形成一种更具有特色和优势的教学模式。因此，研究尝试将PBL教学法与翻转课堂相结合，形成了新的“天然产物提取技术”实验课程的教学模式。

翻转课堂融合PBL教学法的教学模式见图1。

图1 翻转课堂融合PBL教学法的教学模式

1 “两位一体”教学模式的建立

翻转课堂和PBL教学法都强调以学生为中心，将翻转课堂和PBL教学法相融合，以“天然产物提取技术”中常见的知识点“问题”作为整个实验课程学习的起点，用来引导学生自主学习。

1.1 实验项目的确定

根据“天然产物提取技术”实验课程的教学目标和“翻转课堂”融合PBL教学模式的特点，通过调研其他相关院校食品质量与安全专业先进的实验教学实例，考察省内天然产物制取企业的工业化生产线，确定实验项目。保留部分验证性实验项目，重点增设一些综合性和创新型实验项目。另外，天然产物的定性定量分析是天然产物提取效果评价的关键步骤。之前很多教材中关于黄酮、多酚和磷脂类物质的测定大多延用传统的方法。但是随着国家标准方法覆盖的检测项目越来越广，很多天然产物的测定都有了更为准确的国标检测方法，并且这些方法也是相关企业单位认可和执行的测定的方法。因此，为了适应食品或食品添加剂生产企业的岗位需要，对“茶叶中茶多酚的粗提取和测定”进行了修改，按照原料预处理、浸提、检测的生产过程，根据企业生产工艺与检验流程重新设置了教学内容，并且将茶多酚的定量检测方法修改为国标方法。

1.2 教学资源的优化

翻转课堂融合PBL教学法这种教学模式成功应用的前提是教学资源的准备，包括课件、视频和扩展资源等。视频课程是教学资源的核心内容，根据实验项目的教学目标和知识难易程度，录制2～3个企业黄酮、肌醇等化合物提取的成套生产线视频，创设有助于教学内容实现的情境，让学生对天然产物的提取过程形成感性认识。

1.3 教学模式的建立

创建翻转课堂融合PBL教学法的教学模式，强调以“问题”作为整个实验课程学习的关键点，用来引导学生自主学习的全过程。将学生分为3～4人为1组，以小组为学习单位，在课前、课中和课后3个阶段都采用“问题”进行启迪。以“大豆磷脂酰胆碱的提取”实验为例，课前问题是“简述浸出法磷脂酰胆碱粗提取和测定的原理”；课中问题是“浓缩磷脂中提取磷脂酰胆碱时，先用丙酮萃取，再用乙醇萃取的顺序与实验的工艺顺序对工艺效果如何影响”；课后的问题是“分析浓缩磷酸中提取磷脂酰胆碱工艺实验各工序中的主要工艺条件或工艺参数分别对工艺效果和产品质量产生的影响”。课前，学生带着问题主动去学习教学资源，有助于视频教学深入人心；课上通过小组式讨论和相互合作，让学生在解决问题的过程中习得知识，有助于知识内化。另外，融合了PBL教学法的翻转课堂还能培养学生分析、判断、解决与推理问题的能力，从而形成一种新的教学模式。

2 “两位一体”教学模式的应用

（1）课前准备。首先在充分分析学生学情的基础上，对学生进行合理分组，然后将课件、视频和扩展资源等发送给学生。学生以小组为单位，共同学习教师提供的课件、视频、参考文献等资料。在学习过程中，了解实验目的、理解实验原理、初步掌握实验方法，并对难以理解的知识点提出问题，然后通过查阅资料、小组讨论尝试解决问题，还可以通过网络平台与教师进行交流。具体来说，以“茶叶中黄酮类化合物的提取和测定”实验为例，学生通过查阅文献、市场调查等了解黄酮类物质的来源和作用，可以从哪些原料中提取黄酮类化合物？目前黄酮类化合物中常见的流通产品有哪些？哪些物质可以作为黄酮类化合测定的标准品？小组成员交流讨论，不同观点交锋、补充、修正，形成初步的实验方案并提交给教师。教师根据实验室具备的设施条件，推测初步的实验方案是否可行，给出合理的修改建议。例如，根据是以茶叶为原料还是大豆为原料提取黄酮类化合物？是以芦丁、槲皮素还是大豆黄酮为标准物质测定黄酮类化合物的总含量？

（2）课堂活动。课堂实验阶段是翻转课堂融合PBL教学模式成功的关键。教师可以通过对主要知识点进行提问，以检查学生的课前学习情况，然后讲解本节课的实验安排及注意事项等。实验进行时，教师应对各个小组进行巡回指导，学生在实验过程中则要多思考。同样以“茶叶中茶多酚的粗提取和测定”实验为例，学生需要考虑哪些试剂或工艺参数可能会导致实验失败。例如，磷酸盐缓冲液是否需要现配现用？茶多酚溶解后溶液浑浊怎么办？学生遇到问题首先通过合作探索以解决问题，如果按照事先设计的实验方案达不到相应的实验效果，则与教师沟通，共同找出解决方案。

（3）课后反馈。学生完成实验后，可将提取的黄酮、茶多酚、磷脂酰胆碱等成品进行展示，小组间还可以分享实验成功或失败的经验，课后再独立完成实验报告。实验报告中要体现实验原理、实验操作和结果讨论。教师需要根据课堂实验情况和实验报告进行成绩评定，并对实验中的重点和难点进行更加系统地梳理，将信息及时反馈给学生。同时，教师还应不断进行教学反思，不断提升教学水平。

3 结语

通过PBL教学法为以往的翻转课堂教学模式提供实质性的问题导向，从教学目标、教学内容和教学模式等3个方面进行全面优化和改革探索。通过教学改革，培养学生主动学习、相互协作、乐于思考的学习品质，使学生掌握天然产物提取的主要工艺及相关设备。课程教学改革结论及相关经验，亦可用于食品质量与安全及相关专业其他课程的实验教学，为高等院校理工科类专业的实验教学改革提供参考意见。