SPOC和MOOC的線上線下混合在工業(yè)發(fā)酵分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的應(yīng)用

崔艷，樊秀花，張業(yè)尼，宋茜，呂文

(1.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津農(nóng)產(chǎn)品加工工程技術(shù)中心，天津 300384)；2.天津市利民調(diào)料有限公司，天津 300308)

0 引言

2020年教育部發(fā)布了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》[1]，兩年來各高校對線上線下課程教學(xué)進(jìn)行了大量的探索，最難的就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其中專業(yè)實(shí)驗(yàn)課難上加難，例如工業(yè)發(fā)酵分析課程是對實(shí)際發(fā)酵生產(chǎn)過程中原、輔料，中間品，副產(chǎn)物及成品組分、含量及質(zhì)量進(jìn)行檢測分析的極強(qiáng)技術(shù)性和應(yīng)用性的實(shí)驗(yàn)課[2]，涉及產(chǎn)品整個工藝過程控制、保證產(chǎn)品質(zhì)量、進(jìn)行成本核算，是開發(fā)新工藝、新產(chǎn)品必不可少的學(xué)科，具有重要的生產(chǎn)指導(dǎo)意義[3]。隨著科技進(jìn)步和人民對健康產(chǎn)品例如藥品、調(diào)味品、食品、保健品及其添加劑成分的安全需求日益加深，發(fā)酵產(chǎn)品的范圍已經(jīng)從過去大家認(rèn)知的酒類、醬油、醋、味精等調(diào)味品，發(fā)展到包括抗生素、激素、維生素、植保農(nóng)藥等藥物類；酶制劑、氨基酸、核糖、核酸類；有機(jī)酸類；生物多糖、低聚糖類；食品添加劑類；醇與能源類；食用菌類以及生物飼料類等，其產(chǎn)品用途幾乎已涵蓋了各個領(lǐng)域。因此該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)急需改革，一方面是科技快速發(fā)展帶來的更多品類檢測，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)已有很大的局限性；另一方面是應(yīng)對類似新冠疫情等特殊情況時應(yīng)提供更靈活方便且高水準(zhǔn)的教學(xué)模式。

而線上線下混合的教學(xué)模式可以彌補(bǔ)這種缺陷。目前線上包括兩種模式：小規(guī)模限制性在線課程SPOC(small private online course)[4]和大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程MOOC(massive open online course)。利用SPOC小規(guī)模特性，結(jié)合我院生物工程專業(yè)特點(diǎn)對發(fā)酵分析要求整合課程資源，小范圍提供區(qū)別化的、因校而異、因方向而異、因產(chǎn)品而異的具排他性和差異化的定制課程；同時提供開放的、免費(fèi)的國內(nèi)外一流的發(fā)酵分析及相關(guān)工藝課程MOOC資源，給與學(xué)生專業(yè)共性的常規(guī)內(nèi)容；再結(jié)合線下理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)、多品類樣品的實(shí)驗(yàn)操作、交流討論，多樣化考核來強(qiáng)化課程學(xué)習(xí)，提高分析與工藝的關(guān)聯(lián)度，夯實(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，開發(fā)學(xué)生發(fā)酵產(chǎn)品方面的國際視野，拓展專業(yè)思維，激發(fā)專業(yè)從業(yè)興趣，從而真正培養(yǎng)出國家和企業(yè)需要的應(yīng)用型專業(yè)人才。

但由于該課程涉及面廣，線上MOOC資源少，仿真實(shí)驗(yàn)幾乎沒有，所以急需對該課程進(jìn)行SPOC+MOOC混合線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行深入的探索和研究，集結(jié)線上優(yōu)質(zhì)資源，與企業(yè)聯(lián)合錄制不同發(fā)酵產(chǎn)品工藝視頻，以混編方式將工藝和分析結(jié)合，重新合理化制定教學(xué)目標(biāo)以配合本專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

1 工業(yè)發(fā)酵分析課程教學(xué)中存在的問題

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品、檢測項(xiàng)目及方法的局限性

首先目前發(fā)酵分析樣品還集中在我國傳統(tǒng)酒類如白酒、啤酒、葡萄酒等；調(diào)味品如醬油，醋等；淀粉類如面粉、豆粉，奶粉等，而較新品類如生物多糖、低聚糖、藥品、生防或植保類、添加劑及防腐劑等產(chǎn)品的檢測涉及很少，這對學(xué)生未來從事此類產(chǎn)品的研究或生產(chǎn)是全新挑戰(zhàn)。其次檢測項(xiàng)目依次是水分，脂肪，氮，糖，酸等含量，白酒甲醇、雜醇油，啤酒酒精度、原麥芽汁濃度、雙乙酰，a-氨基氮等，樣品多是淀粉原料或市售成品，發(fā)酵半成品的檢測幾乎沒有。一方面檢測項(xiàng)目缺乏新的企業(yè)已增加的必檢項(xiàng)目，另一方面中間品的檢測缺失難以讓學(xué)生了解半成品分析對工藝過程控制的重要性及聯(lián)系，更談不上通過分析中間品來判斷過程是否正常。因此需要高校和發(fā)酵企業(yè)建立產(chǎn)學(xué)研的密切聯(lián)系，企業(yè)提供中間品，包括正常的和非正常樣品，既可保證實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的全面性，又能幫助企業(yè)分析原因，共同解決企業(yè)生產(chǎn)中遇到的難題，促成實(shí)驗(yàn)教學(xué)和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的雙贏，也是高校未來實(shí)踐教學(xué)發(fā)展的方向。第三同一檢測項(xiàng)目的分析目前只用一種方法，對差異化樣品檢測較少，例如酸度測定，白葡萄酒酸度可用指示劑法，但桃紅、紅葡萄酒，醋及其他顏色較深的如果汁、果醋、果酒等或發(fā)酵液就不能用此種方法，盡管檢測原理都是酸堿中和，但顏色及澄清度的影響使得該法行不通。還有啤酒含氮量測定和醬油含氮量測定也差異很大。故應(yīng)該將同一分析項(xiàng)目的不同方法都加在實(shí)驗(yàn)操作中，這樣效果會事半功倍。

1.2 預(yù)習(xí)、操作和結(jié)果判斷不到位

幾乎所有實(shí)驗(yàn)老師都有這種感覺，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)等同于抄寫一遍實(shí)驗(yàn)冊，對內(nèi)容不求甚解，最了解也就是反應(yīng)原理，其他如樣品基本特性、試劑藥品的具體作用、添加的先后順序、條件設(shè)定如溫度等的目的、及終點(diǎn)的現(xiàn)象或判斷依據(jù)都一概了了，預(yù)習(xí)流于表面，其意義達(dá)不到20%。這無疑加大了實(shí)驗(yàn)操作難度，很多同學(xué)都是看一句操作一句，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中錯誤頻出。教師的演示和注意事項(xiàng)的反復(fù)提醒不能引起足夠重視，裝置的組合、氣密性保證、電爐加熱控制，預(yù)熱時長，終點(diǎn)的判斷，包括刻度不正確讀取等都是實(shí)驗(yàn)普遍存在的現(xiàn)象。但因?yàn)檎n時有限不可能讓學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作，因此效果會大打折扣。而對實(shí)驗(yàn)的正確或合理也不能僅依靠幾個平行試驗(yàn)，或誤差范圍來說明，有的市售產(chǎn)品如啤酒酒精度，市售產(chǎn)品標(biāo)注是≥2.5%(體積比)，但不同組的檢測結(jié)果就可能相差很大，有1.85%(體積比)、2.34%(體積比)、4.59%(體積比)的，誤差有時達(dá)到50%以上。所以說有效的預(yù)習(xí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮?，才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，才能通過分析判斷樣品是否符合使用標(biāo)準(zhǔn)，或達(dá)到出廠要求。而通過半成品的檢測分析，結(jié)合產(chǎn)品的工藝過程，來探索和研究發(fā)酵進(jìn)行是否正常，才能學(xué)會調(diào)整工藝，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。但目前的教學(xué)有限的理論講解和實(shí)驗(yàn)操作，確實(shí)達(dá)不到理想的效果。

2 線上線下結(jié)合在工業(yè)發(fā)酵分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

2.1 線上課程SPOC和MOOC對于工業(yè)發(fā)酵分析課程教學(xué)的意義

應(yīng)該說SPOC線上授課很契合我院生物工程專業(yè)約60人的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)教學(xué)，它不只簡單地復(fù)制線下課堂的PPT講解，而是教師通過編輯整合課程講義PPT、符合本專業(yè)方向偏中下游的工業(yè)發(fā)酵分析及工藝的線上資源和企業(yè)技術(shù)視頻資源、分析檢測的國標(biāo)企標(biāo)、相關(guān)檢測方法文獻(xiàn)、發(fā)酵分析及相關(guān)工藝的圖書資料，為本專業(yè)學(xué)生量身定制的區(qū)別于其他院校的課程。然后教師作為知識點(diǎn)的指導(dǎo)和教學(xué)組織者，通過在線平臺例如超星學(xué)習(xí)通、智慧樹、雨課堂等或QQ群、微信群同步組織學(xué)生交流研討，隨時提供個別化和差異化的指導(dǎo)，同時又強(qiáng)調(diào)和解決實(shí)驗(yàn)共性的問題。

教師甄別和優(yōu)選線上國內(nèi)外優(yōu)秀的發(fā)酵工藝和分析MOOC資源，進(jìn)行剪輯、改編，充分又恰當(dāng)?shù)厝谌氲絊POC課程內(nèi)容中，最大限度發(fā)揮全球范圍內(nèi)稀缺MOOC資源的效力，做到線上教學(xué)既有共性和個性，又有深度和廣度。這樣的教學(xué)模式會強(qiáng)烈地激發(fā)教師的資源知識面擴(kuò)充及更新動力，重新定義了教師和學(xué)生在該課程教學(xué)中的位置；同時更加突出學(xué)生主體性，深入?yún)⑴c了解發(fā)酵分析和工藝的關(guān)聯(lián)，完整體驗(yàn)該課程應(yīng)用的廣泛性，激發(fā)其熱情，拓寬其思路。

2.2 線上和線下混合教學(xué)對工業(yè)發(fā)酵分析課程教學(xué)的作用

相比傳統(tǒng)課堂，SPOC小范圍且資源豐富形式多樣的線上教學(xué)模式更能幫助學(xué)生做好預(yù)習(xí)工作，課前提前開放便于了解實(shí)驗(yàn)，例如要做啤酒的酒精度、雙乙酰等分析實(shí)驗(yàn)，教師要首先將課程PPT錄課和MOOC資源放在線上提供理論方面的講解，同時將啤酒廠錄制的釀造啤酒的生產(chǎn)工藝視頻整合在其中，還要將該完整實(shí)驗(yàn)操作視頻放入其中。充分提高學(xué)生的參與度，深入理解檢測分析對工藝控制及產(chǎn)品品質(zhì)的重要性，掌握實(shí)驗(yàn)過程中的操作重點(diǎn)和注意事項(xiàng)，以便在線下實(shí)驗(yàn)過程中迅速進(jìn)入狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)操作中也可以對照視頻對錯誤操作做出及時調(diào)整。對于那些調(diào)皮搗蛋的學(xué)生來說這無疑是最好的推動力，更別說優(yōu)秀學(xué)生了。而且課后線上SPOC的延時開放，能夠隨時幫助學(xué)生回顧和復(fù)習(xí)。這種SPOC課信息量密集，學(xué)生可以接觸到一流的教學(xué)和最新技術(shù)和最前沿的應(yīng)用，能帶來傳統(tǒng)課堂沒有的挑戰(zhàn)和興奮度，是一種高效的知識傳遞方法。真正實(shí)現(xiàn)了課前、課中、課后的預(yù)見性、重復(fù)性、可持續(xù)性、高可視性，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。比起單純地觀看MOOC或者騰訊會議講授課程PPT，該教學(xué)模式無疑具有更加有效的學(xué)習(xí)效果。

2.3 SPOC結(jié)合MOOC線上混合線下教學(xué)的評價

當(dāng)然如果想讓所有的學(xué)生既不翹課，又能自發(fā)自愿地去線上學(xué)習(xí)，除了課程資源豐富，實(shí)驗(yàn)視頻相關(guān)性強(qiáng)、精細(xì)而生動外，還需要設(shè)置一些目前常見的簽到、任務(wù)點(diǎn)、小測試、小關(guān)卡、小評價等，但是個人認(rèn)為不易過于復(fù)雜，會增加學(xué)生的反感度，浪費(fèi)大量的時間，可能還會發(fā)展為僅完成任務(wù)或者互相作弊。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的是要讓學(xué)生掌握所學(xué)內(nèi)容，因此線下的實(shí)際操作是必須的且更重要的。即使是線上虛擬實(shí)驗(yàn)也和親自動手無法相提并論，所以線下操作就是要檢驗(yàn)并體現(xiàn)線上線下結(jié)合教學(xué)是否真正優(yōu)于傳統(tǒng)線下教學(xué)的關(guān)鍵，線下教學(xué)過程中教師需要做的是：(1)當(dāng)場隨機(jī)隨時提出問題，請學(xué)生解答；(2)觀察各小組實(shí)際操作是否規(guī)范，注意事項(xiàng)是否到位；(3)分析指標(biāo)的結(jié)果務(wù)必當(dāng)堂計算完成，同時與正確合理的結(jié)果進(jìn)行比較，并當(dāng)場分析結(jié)果誤差的原因，因?yàn)榇藭r快速回憶操作過程是最容易的；(4)對操作規(guī)范結(jié)果準(zhǔn)確的小組給予表揚(yáng)，同時鼓勵做錯的學(xué)生，并及時向及全體同學(xué)解釋和分析錯誤操作對結(jié)果造成的影響，個人認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課操作或結(jié)果錯誤并不是壞事，是能更好發(fā)現(xiàn)問題和現(xiàn)場解決問題，以避免將來重復(fù)此類錯誤的最佳機(jī)會；(5)效果考核，除了理論考試、實(shí)驗(yàn)報告、預(yù)習(xí)報告、實(shí)驗(yàn)操作、出勤等常規(guī)方式以外，有效地、有針對性地進(jìn)行差異化實(shí)驗(yàn)操作或操作問題解答的隨機(jī)分組考試，提前確定差異化考核時間，隨機(jī)小組式抽題。例如：有的組做粗脂肪抽提的裝置搭建以及抽提過程操作；有的回答啤酒原麥芽汁濃度時重量法和容量法的區(qū)別；因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時間的長短不一，排在后面的小組可以做前面組比如粗脂肪抽提后脂肪含量測定和計算等。這樣的SPOC+MOOC線上混合線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該是存在于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的真正價值所在。

3 線上和線下教育模式在工業(yè)發(fā)酵分析實(shí)驗(yàn)中的發(fā)展前景

首先，SPOC相比MOOC成本更低，對天津農(nóng)學(xué)院這樣的院校更加適合，更容易實(shí)現(xiàn)。師資力量目前也不足以在該課程領(lǐng)域內(nèi)像雙一流大學(xué)那樣提供優(yōu)質(zhì)MOOC服務(wù)于整個社會，暫時也不能像清華、天大那樣將自己優(yōu)秀的SPOC課程推廣到全球校園，但可以將好的MOOC資料、企業(yè)生產(chǎn)資料借鑒過來，結(jié)合自身專業(yè)設(shè)置特點(diǎn)，工業(yè)發(fā)酵分析的覆蓋面，來豐富、設(shè)計及集成為自己的SPOC課，打造更好的可持續(xù)發(fā)展的線上線下更符合我院專業(yè)特色的工業(yè)發(fā)酵分析教學(xué)模式。

其次，可以和其他學(xué)科例如計算機(jī)系、電子工作系、化學(xué)系等跨學(xué)科通過MLabs虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺APP，聯(lián)合打造虛擬工業(yè)發(fā)酵分析實(shí)驗(yàn)課。這也符合教育部《關(guān)于開展國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》中提高高校學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的要求[5]。目前這門實(shí)驗(yàn)在平臺上還是空白，只有無機(jī)、有機(jī)、物化、儀器分析等部分仿真實(shí)驗(yàn)，但這也為工業(yè)發(fā)酵分析提供了部分基礎(chǔ)，例如藥品試劑的稱量、實(shí)驗(yàn)裝置的搭建，計算的完成，過程評價等環(huán)節(jié)都可以借鑒，需要做的是將發(fā)酵分析的主要實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象、注意事項(xiàng)等更好地融入其中。因此未來更需要跨學(xué)科和跨專業(yè)的教師隊伍精誠合作，構(gòu)建出身臨其境的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境完成培養(yǎng)人才的使命。

4 結(jié)語

應(yīng)用型人才是國家發(fā)展的源動力，是綜合國力競爭的保障，工業(yè)發(fā)酵分析課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)也肩負(fù)著提高大學(xué)生生物工程專業(yè)技能素養(yǎng)和實(shí)踐能力的重任。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的破舊立新勢在必行。今后仍有一段較長的時間，需要我們依據(jù)國情疫情、科技發(fā)展、專業(yè)知識擴(kuò)充等因素來不斷地摸索、完善和改進(jìn)工業(yè)發(fā)酵分析課程線上線下混合教學(xué)的模式，以更成熟優(yōu)質(zhì)的教學(xué)方式推廣到其他專業(yè)課程，聯(lián)合定制出符合我院生工專業(yè)的課程體系的教學(xué)模式，培養(yǎng)出優(yōu)秀的生工專業(yè)人才。