吳迪迪，胡 新，劉艷紅，劉生杰，蘭 偉

（1.阜陽師范大學(xué)信息工程學(xué)院，安徽 阜陽 236041；2.阜陽師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

“食品工程原理”課程涉及到高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理（熱力學(xué)、傳質(zhì)學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)）、食品化學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、計算機技術(shù)（工程制圖）、普通化學(xué)及物理化學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等多學(xué)科知識，是一門的多元化、綜合性的課程，讓學(xué)生將所學(xué)的知識融會貫通具有一定難度，因此對學(xué)生學(xué)習(xí)及教師教學(xué)方式提出要求較高[1-2]。傳統(tǒng)的本科教學(xué)模式是通過教師課堂授課章節(jié)內(nèi)容后再結(jié)合線下實驗的教學(xué)模式，在如今知識多元化的時代，在教學(xué)過程中應(yīng)注重的是因材施教，明白各課程間的差異性，區(qū)分理解性、識記性、綜合性知識。

循環(huán)認(rèn)知模式認(rèn)為經(jīng)驗是知識源泉，利用已有的知識、思維和經(jīng)驗學(xué)習(xí)新的知識，將新學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用于已有的經(jīng)驗，將知識存儲在大腦里面，獲得知識、培養(yǎng)技能、產(chǎn)生認(rèn)知的過程總結(jié)為學(xué)習(xí)本質(zhì)。初級階段的認(rèn)知被認(rèn)為通過閱讀、聽講、研究、觀察、理解、探索、實驗、實踐等手段獲得知識或技能的過程，是一種使個體可以得到持續(xù)變化，知識和技能、方法與過程、情感與價值的改善和升華的行為方式。高級階段的學(xué)習(xí)是人在生活過程中，通過獲得經(jīng)驗而產(chǎn)生或潛能的相對持久的行為方式[3]。

M·戴維·梅里爾[4]五星教學(xué)法結(jié)合生活體驗，思考如何能有效激發(fā)學(xué)生的自主能動性，以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力為出發(fā)點，以提高教學(xué)質(zhì)量、學(xué)習(xí)效率為目的提出循環(huán)認(rèn)知教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)的新舊知識、思辨能力應(yīng)用到實際問題中，經(jīng)不斷地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、獲取知識、解決問題再回到發(fā)現(xiàn)問題的過程，實現(xiàn)新知識轉(zhuǎn)化經(jīng)驗認(rèn)知的循環(huán)認(rèn)知模式。具體通過以下5 個階段思考[5]：①學(xué)生投入到解決真實世界問題；②學(xué)生的先前知識被激發(fā)為新學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)；③學(xué)習(xí)新知識被闡述給學(xué)生；④新知識被學(xué)生應(yīng)用；⑤新知識被融合到學(xué)生的認(rèn)知世界。

從“食品工程原理”教學(xué)的本質(zhì)出發(fā)，基于Merrill 五星教學(xué)法引導(dǎo)性地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣愛好、刻苦鉆研的精神。研究探索提出“循環(huán)認(rèn)知教學(xué)法”，旨在將學(xué)生的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為主動學(xué)習(xí)，將傳統(tǒng)的滿堂灌轉(zhuǎn)為主動吸收，最終實現(xiàn)知識的活學(xué)活用。

1 傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的問題分析

1.1 學(xué)習(xí)主動性不足，課前預(yù)習(xí)不充分

“食品工程原理”課程屬于交叉學(xué)科，涉及學(xué)科公式、知識點較多，且概念生澀，預(yù)習(xí)相對吃力，對學(xué)生基礎(chǔ)要求較高，需花時間和精力去學(xué)習(xí)鉆研，逐漸喪失學(xué)習(xí)動力。因此，對學(xué)習(xí)后面知識產(chǎn)生阻礙，在循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中儲備的知識出現(xiàn)斷層，逐漸導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)的信心和興趣，甚至?xí)φn程產(chǎn)生畏懼和抵觸情緒；另外，任課教師更需有過硬的專業(yè)知識，對于課程整體把握全面，利于指導(dǎo)教學(xué)、教書育人。部分教師在教學(xué)過程中對一些應(yīng)用較少的理論或者其他學(xué)科的知識選擇性的刪減甚至跳過，在教學(xué)環(huán)節(jié)中未起到很好傳播知識作用。通過翻轉(zhuǎn)課堂改變教學(xué)模式進(jìn)行答疑解惑，課堂使用思維導(dǎo)圖區(qū)分課程知識點、重難點，使知識點具有連貫性。

1.2 理論聯(lián)系實踐的能力、意識不足

結(jié)合已知理論，整個學(xué)習(xí)過程將學(xué)生對知識的理解分為“不知而學(xué)之，學(xué)之而知之，知之而用之，用之而思之，思之而熟之”等幾個階段；目前學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)培養(yǎng)實踐應(yīng)用能力，往往在教學(xué)環(huán)節(jié)忽視了應(yīng)用能力的培養(yǎng)。①學(xué)生知識儲備有限，知識應(yīng)用能力熟練度有待加強；②缺乏實際生活體驗：“食品工程原理”中的原理、現(xiàn)象及公式的應(yīng)用都源于實際生產(chǎn)、生活案例，傳統(tǒng)的教學(xué)模式大多針對概念、原理進(jìn)行介紹，教學(xué)模式脫離了實際生活。③學(xué)生能做到上課認(rèn)真聽課，滿堂灌地接受知識，但實際做不到認(rèn)真有效的思考，脫離了實際問題。有針對性地進(jìn)行案例分析，從學(xué)生熟知的事物中進(jìn)行講解，逐漸深入學(xué)習(xí)探究。

1.3 偏向于識記類實驗作業(yè)較多，耗費大量無效時間

其他課程識記類作業(yè)、傳統(tǒng)實驗內(nèi)容文字部分較多占用大量課余時間，導(dǎo)致“食品工程原理”有效學(xué)習(xí)時間不足，喪失學(xué)習(xí)主動性、動力。針對大學(xué)一二年級學(xué)生來說，課程量較大、實驗課程較多，學(xué)生課后無時間對“食品工程原理”課程進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)、課前預(yù)習(xí)及課后復(fù)習(xí)，導(dǎo)致實際學(xué)習(xí)效果并不理想，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、有效學(xué)習(xí)時間。

1.4 學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)

“食品工程原理”是融合其他學(xué)的完整學(xué)科，任課教師將其拆開來上[6-7]，對其他學(xué)科選擇刪除或不講，使知識體系碎片化，關(guān)聯(lián)度不完整，導(dǎo)致學(xué)生理解不透徹、問題增多；提出的循環(huán)認(rèn)知教學(xué)模式，教學(xué)中增加對數(shù)理公式的理解和工程學(xué)應(yīng)用層面的教學(xué)模塊，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點。根據(jù)布魯姆教育理論[8]對教學(xué)目標(biāo)的分類理論表明，學(xué)習(xí)分為初級認(rèn)知、高級認(rèn)知兩個階段。分別對應(yīng)記憶-理解- 應(yīng)用- 分析- 評價- 創(chuàng)造等階段。目前對“食品工程原理”課程傳統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)停留在低級認(rèn)知的記憶理解階段，而需過渡到分析規(guī)律實現(xiàn)創(chuàng)新的高級階段。通過解決碎片化學(xué)習(xí)方式，對容易記憶和理解的知識進(jìn)行升華，對重難點知識進(jìn)行解析、在應(yīng)用中不斷發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造能力，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，使“食品工程原理”知識體系更完整。

布魯姆對教學(xué)目標(biāo)的分類理論見圖1。

圖1 布魯姆對教學(xué)目標(biāo)的分類理論

1.5 學(xué)習(xí)缺乏計劃，自律能力有待提高

在課間深入學(xué)生宿舍了解到，受游戲、手機誘導(dǎo)，大多數(shù)學(xué)生都是利用上課時間進(jìn)行預(yù)習(xí)。學(xué)生課前未有效預(yù)習(xí)，課后很難做到復(fù)習(xí)，在課后缺乏自律能力，缺乏教師約束，難以集中注意力在課程上，導(dǎo)致上課內(nèi)容推進(jìn)效果較差，達(dá)不到預(yù)期效果。當(dāng)代大學(xué)生需要在學(xué)習(xí)的階段培養(yǎng)認(rèn)真鉆研、迎難而上的學(xué)習(xí)態(tài)度。為了讓學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的意識、興趣，提高自律能力，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，通過“學(xué)習(xí)通”線上將上課的課件及教學(xué)筆記等提前發(fā)給學(xué)生，加深對課程知識內(nèi)容的理解，在線上設(shè)置時間，學(xué)生翻看PPT 的學(xué)習(xí)時間也算在平時成績中，以此來督促學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生自律意識，提高自主學(xué)習(xí)能力。設(shè)置課程思政環(huán)節(jié)，目的讓學(xué)生對知識點的掌握透徹、產(chǎn)生濃厚學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)習(xí)不僅是為了完成畢業(yè)任務(wù)，更重要的是深刻體會到學(xué)有所用，思維邏輯得到提高，用于未來的職業(yè)生涯。

1.6 考核形式單一

課程考核分為平時考核（30%） 和期末考核（70%）。平時考核主要以作業(yè)、簽到的方式進(jìn)行打分，考試形式單一，期末成績合格即可完成課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生感覺學(xué)習(xí)知識為了考試，極大限制學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、效率。將平時成績分值適當(dāng)提高，平時成績提高到50%，期末考試50%。平時成績包括上課簽到10%，課堂互動表現(xiàn)30%，課后作業(yè)10%等，考核形式多樣化，減輕學(xué)生學(xué)習(xí)心理壓力，提升學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性[9-10]。期末考核內(nèi)容進(jìn)行變化，試題設(shè)計逐漸增加以復(fù)雜工程應(yīng)用為主的試題，重點考核學(xué)生工程思維和應(yīng)用解決問題的能力，課堂互動提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，興趣促進(jìn)學(xué)習(xí)效率的提高，效率促進(jìn)期末考試成績的提高。提升學(xué)習(xí)成績并不是主要目的，最終是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識的能力。

2 循環(huán)認(rèn)知教學(xué)方法的探索與實踐

循環(huán)認(rèn)知教學(xué)模式是將舊知識與新知識相結(jié)合再次形成已知知識的過程，目的是提高學(xué)生的能力，發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，將知識與實際問題建立聯(lián)系，既解決生活問題，又提高創(chuàng)造力。學(xué)習(xí)的初級階段學(xué)生需要理解知識，掌握記憶知識，進(jìn)一步結(jié)合實際生活實現(xiàn)理論聯(lián)系實際，高級階段需要不斷地訓(xùn)練分析客觀規(guī)律的能力，將認(rèn)知、動作、情感融入生活并不斷推理評價，最終實現(xiàn)創(chuàng)新。通過翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計循環(huán)認(rèn)知教學(xué)模型，將教學(xué)主體轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主體，給學(xué)生講解新知識并激發(fā)已有的舊知識，讓二者有機的融合再次形成新知識，達(dá)到靈活應(yīng)用知識的程度，為后期的畢業(yè)設(shè)計、學(xué)科競賽項目做好鋪墊。

M·戴維·梅里爾五星教學(xué)法見圖2，循環(huán)認(rèn)知教學(xué)設(shè)計過程見圖3。

圖2 M·戴維·梅里爾五星教學(xué)法

圖3 循環(huán)認(rèn)知教學(xué)設(shè)計過程

2.1 課前思維導(dǎo)圖方式梳理知識點體系架構(gòu)，聚焦學(xué)習(xí)重、難點

思維導(dǎo)圖可歸納總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容、方式，梳理知識點，清晰掌握課程的完整結(jié)構(gòu)脈絡(luò)，交代完整的學(xué)習(xí)任務(wù)、訓(xùn)練完整任務(wù)、形成任務(wù)序列。食品工程原理本身是一門綜合性學(xué)科，知識面涉及較廣、知識點之間涉及脈絡(luò)錯綜復(fù)雜，因此在教學(xué)過程中在傳統(tǒng)的教學(xué)基礎(chǔ)之上增加此環(huán)節(jié)，目的在于建立知識的演化過程，梳理交叉學(xué)科知識之間的相互聯(lián)系，已知知識的查漏補缺，建立完整化的知識體系，將不同知識體系融會貫通，實現(xiàn)實踐應(yīng)用相結(jié)合，使學(xué)生獲得學(xué)習(xí)成就感，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣和源動力。通過教師認(rèn)真分析數(shù)理公式結(jié)構(gòu)及知識點上下邏輯關(guān)系，對課程整體完全把控，幫助學(xué)生完成公式的理解和記憶。建立起章節(jié)之間的結(jié)構(gòu)、聯(lián)系，有助學(xué)生對課程的邏輯關(guān)系的理解由繁化簡，通過知識的獲取后再將簡單的問題復(fù)雜化、系統(tǒng)化。實現(xiàn)“學(xué)習(xí)- 總結(jié)- 再學(xué)習(xí)”的循環(huán)認(rèn)知過程。具體思路：概念介紹→公式推導(dǎo)→案例分析→實驗?zāi)M操作+仿真教學(xué)→生活情景回顧→知識點記憶升華→發(fā)散思維（知識融合及創(chuàng)造）。

章節(jié)知識點思維導(dǎo)圖見圖4。

圖4 章節(jié)知識點思維導(dǎo)圖

2.2 課程中梳理目標(biāo)，講解重、難點知識

示證新知（Demonstration）：課程緊扣目標(biāo)施教、精心提供指導(dǎo)、善用媒體促進(jìn)教學(xué)。提前發(fā)放PPT 給學(xué)生集合教材預(yù)習(xí)新知。課程前通過和學(xué)生互動，讓學(xué)生提出疑惑、試著去解決問題，通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，實現(xiàn)教學(xué)主體的轉(zhuǎn)變。將情景教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計思路應(yīng)用于課堂實踐，建立在傳統(tǒng)上課以理論為中心的基礎(chǔ)模式上，貼近生活，培養(yǎng)學(xué)生對于課程的興趣愛好，加深實驗原理的理解。傳熱是不可避免的單元操作：食品微生物實驗中高壓滅菌鍋使用、食品加工過程中的加熱與冷卻中，影響傳熱效果涉及到哪些因素（傳熱面積、材料的導(dǎo)熱率、材料厚度等），能解決熱量的傳入和導(dǎo)出的問題；其他的典型的單元操作：如殺菌、冷凍保藏、蒸發(fā)和冷凍濃縮、干燥、蒸煮、焙烤、酒的蒸餾及煮飯過程。由此加深對傳熱章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)及重難點的理解。

2.3 將課程目標(biāo)與已知理論建立聯(lián)系，實現(xiàn)情景教學(xué)模式

上課時，在示證新知基礎(chǔ)之上，激活舊知（Activation）：明確知識結(jié)構(gòu)→補就原有經(jīng)驗→回憶原有知識、經(jīng)驗。生活情景再現(xiàn)，結(jié)合生活中場景、已有經(jīng)驗，將其與新知建立起聯(lián)系。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，實驗教學(xué)通常依附于課程理論教學(xué)，存在著實驗內(nèi)容簡單無系統(tǒng)、教學(xué)形式單一、學(xué)生按部就班完成既定實驗操作及報告、學(xué)生缺乏實驗興趣和創(chuàng)新動力等問題，學(xué)生的綜合分析能力、創(chuàng)新思維及工程素養(yǎng)培養(yǎng)方面存在明顯不足。針對如何在“食品工程原理”實驗課程教學(xué)過程中，實現(xiàn)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、重視創(chuàng)新與實踐能力、提高工程素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才的目標(biāo)，成為其實驗課程教學(xué)改革成敗的關(guān)鍵[11]。例如，講到板框過濾環(huán)節(jié)的時候，單純講理論知識學(xué)生很難理解，先講茶杯過濾茶葉現(xiàn)象，思考其與濾紙過濾濾液過程的區(qū)別，思考影響因素及條件。當(dāng)見到板框過濾實驗的模型之后，實現(xiàn)情景再現(xiàn)，將板框過濾中的參數(shù)獲取方法、影響過濾的因素告訴學(xué)生，并讓學(xué)生驗證并推導(dǎo)相關(guān)的計算公式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.4 翻轉(zhuǎn)課堂實現(xiàn)知識的融會貫通

知識融會貫通（Integration）：靈活創(chuàng)造應(yīng)用→反思完善提高→實際表現(xiàn)業(yè)績。前提是掌握新知，與實際應(yīng)用相結(jié)合。通過翻轉(zhuǎn)課堂以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式探索[12]，讓學(xué)生上課以小組為單位設(shè)計實驗場景，上課的章節(jié)內(nèi)容能解決哪些問題？如何解決問題的方式進(jìn)行討論講解，在上課過程中，學(xué)生會有明確的目標(biāo)，對學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣。結(jié)合思維導(dǎo)圖使思路更清晰，帶著問題邊學(xué)習(xí)邊思考邊掌握，在最后一節(jié)課中留有20 min 時間設(shè)計實驗?zāi)Ｐ?，解決實際生活問題。將學(xué)生機械化抄寫實驗報告的時間節(jié)省下來讓學(xué)生有更多的時間去預(yù)習(xí)課程知識。參照實驗過程結(jié)合生活場景，分析主要知識點、實驗注意事項，涉及到得主要方程式中的參數(shù)、影響因素、公式的推導(dǎo)過程；通過情景教學(xué)發(fā)散思維，靈活創(chuàng)造應(yīng)用、創(chuàng)新設(shè)計新的實驗方案，并在課堂加以討論，有利于課堂學(xué)習(xí)效率的提高。

2.5 以解決實際問題為導(dǎo)向，啟發(fā)式教學(xué)相結(jié)合

應(yīng)用新知（Applying new knowledge）：緊扣目標(biāo)操練→逐漸放手操練→問題操練。傳統(tǒng)的初級教學(xué)目標(biāo)已經(jīng)不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)知識需求，沒有激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力。改變傳統(tǒng)滿堂灌給學(xué)生講解理論知識，首先把握學(xué)生的理論基礎(chǔ)，通過生活、意識中存在記憶調(diào)動學(xué)生潛在知識調(diào)動學(xué)習(xí)積極性。過渡到高階認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)：將理論課程與畢業(yè)實踐相結(jié)合，如畢業(yè)設(shè)計中的工藝設(shè)計類實驗、食品工廠設(shè)計類實驗涉及到的傳熱過程中的典型單元操作（如殺菌、和冷凍保藏、蒸發(fā)和冷凍濃縮、干燥、蒸煮、焙烤、酒的蒸餾等），因這些單元操作中涉及到傳熱的基本概念、傳熱機理，對于學(xué)生掌握傳導(dǎo)、對流、輻射換熱的基本規(guī)律及計算方法相得益彰，將理論知識應(yīng)用于生活實踐中，達(dá)到學(xué)以致用效果。教學(xué)成果展示：將理論課程中的相關(guān)知識應(yīng)用于科技競賽活動，在安徽省第三屆食品創(chuàng)新大賽并獲得了，一項省級一等獎、一項省級三等獎。

教學(xué)成果展示見圖5。

圖5 教學(xué)成果展示

3 結(jié)語

循環(huán)認(rèn)知教學(xué)模式在“食品工程原理”線上、線下的翻轉(zhuǎn)課堂中均可使用，另外可以結(jié)合現(xiàn)有的條件利用實驗課程、穿插仿真軟件或網(wǎng)上優(yōu)質(zhì)視頻資源還原現(xiàn)場生活情景更有利于將理論與實際應(yīng)用相結(jié)合，幫助實現(xiàn)教學(xué)主體的轉(zhuǎn)變，教師由主體作用轉(zhuǎn)變成引導(dǎo)者，通過小組課堂的討論與研究，有針對性地引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及意識，做到學(xué)習(xí)中有的放矢。同時，結(jié)合我國現(xiàn)階段推行的減負(fù)政策，適當(dāng)減少學(xué)生課后作業(yè)負(fù)擔(dān)，有更多的時間去思考、總結(jié)，實現(xiàn)知識活學(xué)活用，提高學(xué)習(xí)效率。通過知識點的反復(fù)再現(xiàn)，對于知識點的掌握程度會有很大的提升，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比較，同樣是利用上課時間，但是通過教學(xué)模式的改變，讓學(xué)生對知識的掌握更牢固，將知識融會貫通能力、分析問題的處理能得以提升，也是教育行業(yè)所提倡的“授人以魚不如授人以漁”。