現代信息網絡下“食品分析與檢驗”實驗教學模式的探索與實踐

趙秋艷，黃現青，喬明武，崔文明，張秋會，王 凡，宋蓮軍

（河南農業大學食品科學技術學院，河南鄭州 450002）

隨著科學技術的發展，傳統教學方式已不能滿足學生個性化學習與發展的需要。2012年3月，我國教育部頒布了《教育信息化十年發展規劃（2011—2020）》，規劃中明確提出了高等教育信息化的核心任務是：“推進信息技術與高等教育的深度融合，創新人才培養模式”。探索信息技術與教學方法深度融合的規律，深入研究信息化環境下教學模式的發展與創新，成為當前高校教師的職業責任和現實需求。

培養創新綜合應用型人才是“新工科”建設的重要內容之一，基于食品學科本身的特點，注定了食品專業課程需以“技能培養”為目的，而非單純的傳授知識，而教育教學方式的改革是達成培養創新型高素質人才目標的手段之一。“食品分析與檢驗”是食品科學與工程、食品質量與安全、食品營養與檢驗教育等相關食品專業的核心必修課程之一，“食品分析與檢驗”實驗是該課程實踐和教學的重要組成部分，具有實踐性強、應用性強、內容豐富、涉獵面廣的特點[1-2]。“食品分析與檢驗”實驗是食品學科實驗課程的重要分支，其教學效果對學生的知識結構、專業知識和技能的掌握具有重要影響[3]。為了進一步提高食品專業學生分析解決問題的能力，培養其創新意識與思維能力，必須對現有的“食品分析與檢驗”實驗教學模式進行改革。

針對目前“食品分析與檢驗”實驗教學中普遍存在的問題，結合河南農業大學的教學實踐，充分利用現代信息網絡技術與環境，對“食品分析與檢驗”實驗教學模式進行了探索與實踐。

1 當前“食品分析與檢驗”實驗教學中存在的問題

1.1 實驗內容多，學時少，部分實驗教學目標難以達成

“食品分析與檢驗”實驗內容涉及食品的組成成分、有害物質、功能性等成分的分析，分析方法包括感官檢驗、物理檢驗、化學檢驗、儀器分析等[4]。在實驗教學項目上包括“食品的取樣與預處理、食品的感官檢驗、物理檢驗、食品酸度的測定、食品水分和水分活度的測定、蛋白質的測定、氨基酸含量與組成分析、脂類的測定、灰分的測定、礦物質的測定、維生素的測定、碳水化合物的測定、轉基因食品檢測、食品添加劑的測定、農藥獸藥殘留測定、重金屬測定，以及其他有毒有害成分檢測、功能性成分檢測”等教學項目，實驗內容豐富、龐雜，而目前“食品分析與檢驗”實驗的課程學時并不能確保食品中每一成分的檢測都能在課堂實驗中進行。并且，即使同一檢測樣品的同一檢測目標，常用的檢測的方法也不止一種。例如，蛋白質的測定方法除了凱氏定氮法之外，雙縮脲法、考馬斯亮藍法在生產實踐和科研中應用也較多。但在有限的實驗教學時間內，教師往往只能選擇部分實驗項目作為課堂實驗，對于未開展部分的實驗，并不能確保學生是否已經掌握。

此外，“食品分析與檢驗”實驗中，部分實驗需要的時間較長，如蛋白質的測定、脂肪的測定需要6～8 h，甚至更長時間。在實驗前，教師往往需要占用一部分時間對實驗儀器的使用進行講解，造成學生獨立操作實驗的時間會更短，在課堂上很難完整地完成一個實驗項目。因此，教師往往采取簡化某些測定步驟，如脂肪的索氏抽提法中，在稱取樣品之前，燒瓶應烘干至恒質量，樣品也需要處理至干燥粉碎狀態，由于時間所限，且考慮到實驗的連續性，該部分實驗內容往往會被教師提前處理好，學生并沒有全程參與并完成實驗。或者有些教師會將樣品抽提的時間縮短，這樣學生得不到實驗的結果，無法直接驗證實驗效果，自然也無法找出實驗成功或失敗的可能原因。學生無法通過實驗提高，也會喪失實驗的積極性，以致教學效果不理想。

1.2 學生缺乏充分的操作訓練，基礎實驗操作技能有待提高

“食品分析與檢驗”實驗通過實驗原理和操作步驟的講授，使學生掌握食品中某一成分的檢測方法，實驗操作的完成有賴于前期學生在食品分析、儀器分析等實驗課程中獲取的各種實驗技能。但在實驗課堂教學中，教師經常發現學生的實驗技能水平不同，很大一部分學生仍存在移液管、滴定管、定容等基本操作不規范，分光光度計、天平、酸度計不會使用或使用不熟練的問題，這類問題在其他高校也普遍存在[5]。這給“食品分析與檢驗”實驗的順利進行帶來困難。尤其是開設一些設計性、綜合性實驗，很難保證每個學生或每組學生都能順利進行，達到實驗教學目標。如果教師再花時間進行這些操作技能的培訓，將會占用課堂實驗的時間，且在實驗過程中，由于學生人數較多，而實驗操作步驟又頻繁，教師很難及時發現每位學生操作的不當之處進行糾正，因此很難達到理想的實驗教學效果。

1.3 實驗層次低，綜合性、設計性實驗少，學生分析解決問題能力差

目前，“食品分析與檢驗”開設的實驗多為驗證性的基礎實驗，注重對學生操作技能的培養，而綜合性、設計性實驗較少，不能滿足對學生分析解決問題能力和創新能力培養的要求。基礎性實驗一般都是教師提前選好實驗項目，定好實驗方案，配好實驗試劑，在教師講解后，學生在教師指導下按照實驗要求和步驟一步步進行操作。這種填鴨式教學不利于發揮學生的主動性和能動性。對于已經開設的綜合性實驗，由于學生操作技能的欠缺，對不同實驗方法在實踐中缺乏深入掌握的過程，實驗效果往往不夠理想。

1.4 實驗教學效果評價方式單一，考核機制不夠完善

傳統實驗課主要通過學生的出勤率和提交的實驗報告等進行最終考核，對實際操作能力考核不夠嚴格。這種傳統的考核方式不能對學生進行客觀評價，學生只要認真書寫實驗報告，即使不動手操作也能夠拿到及格的成績，這不利于學生積極性和主動性的發揮，達不到鍛煉學生基本實驗技能、培養學生思維能力和創新能力的目的。

2 信息網絡下“食品分析與檢驗”實驗教學改革的探索與實踐

2.1 充分利用網絡平臺，建設網上實驗教學資源庫

針對“食品分析與檢驗”實驗內容多、學時少的特點，河南農業大學“食品分析與檢驗”課程組利用已經在愛課程平臺建設的MOOC在線開放課程（該課程被評為河南省在線開放課程），增加了與課程實驗相關的實驗教學資源建設。針對部分不能在實踐中開設的實驗，一方面通過錄制視頻，對實驗的原理、儀器、操作步驟與實驗結果進行詳細的理論講述；另一方面錄制實驗操作的微視頻，學生可熟悉整個實驗過程，使學生對實驗原理、操作有直觀的認識，而不是仍停留在抽象的理論上。對于實踐中開設的部分實驗，課程組根據自身實驗條件，錄制了實驗中每一步驟的操作演示，尤其是一些儀器的使用操作，讓學生能夠在實驗前進行預習，這樣就節省了課堂實驗中教師講授的環節，留出更多的時間讓學生動手操作完成實驗，提高了實驗課堂的教學效率。此外，通過課前預習學生熟悉了實驗操作，對實驗的理解和運用會進一步加深，在實驗過程中，學生會更多地發揮自主性，教師只是起指導的作用。

2.2 通過虛擬仿真實驗項目，對學生基本動手操作能力進行培養

虛擬仿真技術的興起，打破了傳統的教育模式，為“食品分析與檢驗”實驗課程的改革提供了一條嶄新的道路，也為學生實驗技能的培養提供了一種新的方式。針對“食品分析與檢驗”實驗教學中普遍存在的基本實驗操作技能欠缺，學生之間操作技能的掌握有較大差異的現狀，利用網絡教學能夠滿足不同個體需求的特點，“食品分析與檢驗”課程組對建立虛擬仿真實驗項目，培養提高學生的基本操作技能。課程組在多年教學實踐中，發現學生普遍存在移液管、滴定管使用不規范，酸度計不會校正與使用等問題，因此初步選擇了油脂酸價、過氧化值等品質指標特性測定的虛擬仿真實驗（該項目被批準為河南省示范性虛擬仿真實驗教學項目），這些實驗中涉及樣品移取、天平的使用、滴定管的使用、酸度計的使用的一些基本操作，讓學生通過這些操作熟悉并掌握食品分析與檢驗中的一些基本動手技能。這些實驗項目學生可以根據個體情況隨時隨地通過網絡進行學習，次數不限。實驗中針對錯誤的操作設計了錯誤提示，學生可以根據提示糾正錯誤的操作方式，同時教師也可在后臺了解每位學生的實驗操作問題，可對共性問題進行重點講解或糾錯，或針對個性問題進行個別指導。這樣通過虛擬仿真實驗的網絡平臺，可以將部分只能在課堂實踐中需要達到的教學目標，分散到各個虛擬仿真實驗中，克服傳統教學時間、地域和教育成本的限制，同樣達到培養學生的儀器操作能力及基本專業技能的目標。

2.3 采用線上線下相結合的混合式教學模式，對實驗內容進行革新，培養學生獨立思考問題的能力

驗證性實驗對培養學生的基本技能是必要的，但僅有驗證性實驗是不夠的。驗證性實驗給學生的可選擇空間小，對學生的能動性要求低，實驗設計往往由教師完成，學生只需按步驟進行操作，并對實驗結果進行計算分析，其實驗難度低，不利于學生主動思考和創新思維的培養，因此綜合性、設計性實驗的開設很為必要。但綜合性、設計性實驗的順利完成，需要學生掌握一定的理論知識，并有一定的操作技能，才能保障實驗的教學效果。各高校在實踐中受各種條件所限，開設此類實驗較少，且由于學生基本技能的差異性、知識結構掌握不夠完善等因素所限，即使開設有此類實驗，實驗效果往往并不理想。

現代教育技術和互聯網的發展，帶來了教學手段的革新和在線課程的廣泛應用，這也為實驗教學模式的改革提供了新技術、新思維。目前，以MOOC為代表的線上教育展現出了巨大的優越性和社會價值，各大高校對不同課程理論教學模式的改革和實踐進行了廣泛的研究，但在實驗教學中的應用，開展的研究較少。河南農業大學“食品分析與檢驗”課程組利用愛課程網站上建設的在線開放課程和河南省示范性虛擬仿真實驗教學項目（食品中脂類物質劣變評價虛擬仿真綜合實驗），采用線上和線下相結合的教學模式，發揮各自所長，增加了實驗中綜合性實驗、設計性實驗的比例。線上實驗教學資源的建設，為學生前期自主學習提供了條件，學生可以通過查閱文獻，利用線上資源主動學習，進行設計性實驗，并且在綜合性實驗中，能夠正確操作，順利完成實驗，達到預期的實驗教學目標。如在脂肪測定的教學內容中，要求學生先在愛課程平臺上學習脂肪測定中索氏抽提法、酸水解法的原理、注意事項，以及索氏抽提的全過程操作等視頻資源，通過虛擬仿真實驗掌握天平、索氏抽提儀、干燥箱等儀器的使用方法，掌握樣品稱取、移取等規范的實驗操作。然后教師布置實驗任務，指定實驗材料和測定目標，學生分組開展實驗。學生可以自由選擇測定方法（采用索氏抽提法或酸水解法，任選其一），根據測定要求設計實驗方案，并在規定的時間內將方案發給教師。教師把各組方案修改后返還給各組，各組按照各自擬定的實驗方案進行實驗，實驗完成后，選擇同種方法的小組間進行交流分析，根據測定結果的不同，結合實驗方案分析樣品預處理，如是否進行干燥、樣品粉碎粒度大小等因素對實驗結果的影響，提出根據實驗原料特性最適宜的樣品處理方法。然后選擇不同方法的小組對實驗結果進行分析對比，分析2種方法的測定結果是否有差異，如有差異，原因是什么，并歸納出2種方法的適用范圍和特點。最后，教師對實驗結果進行點評和總結，使學生真正掌握在實踐中分析解決問題的能力。在實驗設計和完成過程中，組內和組間同學相互溝通、互動交流，活躍了思維、開闊了視野，也培養了大家的團隊協作能力。該實驗的開展，可以鼓勵學生進行開放性思維，提高學生自主思考的能力。實驗過程中，學生的興趣也很高，尤其是完成實驗后，學生的成就感更強，增加了其研究探索的興趣和自主性。2.4 課程考核方式的改革

“食品分析與檢驗”課程傳統的考核方式一般是期末閉卷考試結合平時成績，如實驗成績作為平時成績的一部分，閉卷筆試考試作為結課期末考試成績，兩項加權相加得到總成績。但“食品分析與檢驗”課程具有很強的實踐性，重在實際的檢測分析，這種考核方式并不能很好地反映學生水平和教學效果，且容易引導學生注重考試而忽視實踐技能的培養。因此，必須對“食品分析與檢驗”課程的考核方式進行徹底改革，拋棄單一的考試考核，建立多元化的考核評價體系，以提高學生的綜合素質和培養學生的創新能力。課程組在課程考核中，采用過程評價、目標評價、能力評價“三位一體”的評價方式。過程評價以學生在教學過程中的參與程度作為評價的基本標準；目標評價以課程標準目標作為評價的重要標準；能力評價以學生運用本課程知識解決相關理論和實際問題為參照標準。該評價方法避免了傳統教學“重結果，輕過程”的不足，具體成績評定包括4個部分。這4個部分考核中均把食品分析與檢驗實驗納入其中。①線下考核，占總成績的50%，具體方式為筆試，筆試內容包括實驗操作的理論部分；②平時成績，平時成績的評定依據包括學生的考勤考紀、學習態度、課堂表現、課后作業及其他的方式進行，占10%，其中包括實驗課程前的預習、實驗報告的撰寫、實驗完成后教師的評定以及小組內部成員的互評等；③線上考核，占總成績的30%，內容包括單元測驗、課堂討論、線上期末考試等，包括學生對線上教師提出的實驗操作方法、方案設計、方法選擇問題的討論與思考；④實驗技能考核，占10%。課程結束后，教師設計考核題目，并提供實驗材料、儀器等實驗場所，學生在指定時間內完成實驗操作，給出實驗結果。用于考核的實驗操作是綜合性的實驗，包括樣品的預處理、樣品稱量、移取、定容等基本操作等，要求學生獨立操作，當場給出實驗報告，教師制定出相應的評分標準，依據學生的完成情況給出考核成績。這一措施的實施，極大地激發了學生的動手積極性。

3 結語

為了進一步提高食品專業學生的分析解決問題能力，培養其創新意識與思維能力，必須對現有的“食品分析與檢驗”實驗教學模式進行改革。基于課程組所建設的在線開放課程和虛擬仿真實驗項目，對傳統的“食品分析與檢驗”實驗課程提出線上線下混合式的教學模式。利用虛擬仿真實驗，對學生基本動手操作技能進行培養；利用在線開放課程的實驗教學資源，加深學生對實驗操作原理、操作步驟的理解，將傳統課堂實驗的部分任務移交到線上教學去完成，節省實驗學時，提高實驗課堂的教學效率，并為綜合性、設計性實驗的開設提供了條件保障，在此基礎上，增加了設計性實驗、綜合性實驗所占比例。在課程考核中，通過將實驗考核納入到教學過程的各個環節，加強對實驗技能操作的考核，提高學生對實驗技能的重視。通過初步的實驗教學改革實踐，受到學生的歡迎，取得了較好的教學效果，極大地提高了實驗課堂教學的質量和效率。但應用中也存在一定問題，如目前的教學資源數據庫不夠豐富全面；虛擬仿真實驗項目數量偏少，需要不斷完善；實驗內容的篩選仍需不斷在實踐中升華等。

總之，現代網絡技術的應用為傳統教學改革帶來了前所未有的機會，但是如何有效利用該技術為實驗教學服務，使信息技術和傳統教學深度融合，達到良好的教學效果，仍需在實踐中不斷探索和完善。