基于SPOC的天然產物化學實驗混合式教學設計與實踐*

姚 佳

(黔南民族師范學院生物科學與農學院，貴州 都勻 558000)

SPOC(Small Private Online Course)國內又稱作私播課，即一種小規模限制性在線課程，由美國加州大學伯克利分校的 David Patterson 和 ARmando Fox于2013 年首次提出，小規模是指學生人數比較少，一般控制在幾十人左右，限制性是指進入SPOC學習的學生要滿足一定的先修要求，只有達到要求的學生才可以本門課程進入學習[1-2]。混合式教學是指可采用MOOC視頻、自制微視頻、線上教學、線下課堂等多種方式混合授課，是一種新的教學理念[3]。《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》中提出，各高校要全面梳理各門課程的教學內容，淘汰“水課”、打造“金課”，合理提升學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學質量[4]，其中，實驗教學也是“金課”國家重點建設的類型之一，因此，探討基于SPOC理念的實驗混合式教學的實施有助于金課的建設。

筆者對中國MOOC、學堂在線、學銀在線、超星學習通等幾個教學平臺進行了搜索，廈門大學、西北農林科技大學、中國藥科大學、沈陽藥科大學、新鄉醫學院、西安交通大學、淄博職業學院、河南中醫藥大學等大學均開設了天然產物化學理論課的慕課教學，而天然產物化學實驗課程還沒有相關的視頻資源。再對近兩年的文獻進行調研，天然產物化學實驗的教學改革研究比較多，如華西藥學院張丹[5]主要從天然藥物化學實驗內容方面進行了改革研究，將糖、黃酮、生物堿三類成分的實驗整合為3個大型的綜合實驗，總課時高達60課時。天津醫科大學靳美娜等[6]采用慕課輔助教學模式對天然藥物化學實驗教學改革，主要是采用拍攝實驗視頻能技術手段，提高教學質量，李鵬等[7]采用了問題為中心教學、應用比較實驗、引入思維實驗和增加互動討論4種方法，對天然藥物化學實驗多樣化教學方法進行了探討與實踐，提高了天然藥物化學實驗教學效果和質量。 王彧博等[8]、年四輝、王冰嵐[9]、譚妙娟[10]、張倩[11]等分別探討了以創新為導向教學法、以學習能力培養為導向的教學法、PBL教學法、虛擬仿真實驗教學法、增加設計性實驗等方法在天然產物化學實驗中進行了改革，均獲得了較好的效果，但關于SPOC理念的教學方法沒有提及。

2020年，新冠肺炎疫情的原因，部分高校5月中旬開始以復工復學。理論課通過線上授課形式已基本完成，實驗教學成為主要的教學任務，所授課的該班級基本每天有1門或者2門課程的實驗進行，學生在不同課程實驗之間流轉學習，不同的內容，科目、原理容易產生混淆。本校傳統實驗課基本采用線下教學，雖然線下實驗教學有著不可替代的優勢和地位，然而，由于線下實驗教學在時間、空間、設備、安全性等方面具有一定的局限[12]，很難讓學生掌握好該門課程的知識，因此，本課題組在過去5年的教學改革經驗的基礎上，依靠超星學習通建立了SPOC 天然產物化學實驗教學平臺，通過該平臺分享課程講義、實驗操作視頻、開展實驗、布置實驗報告等，即采用線上+線下的混合式教學模式，突破傳統線下實驗教學在時間和思維空間上的限制，以期獲得較好的教學和學習體驗。

1 天然產物化學實驗傳統教學模式及存在問題

天然產物化學是一門實踐性很強的交叉學科，它的許多理論與規律都需要進行實踐的探索和檢驗[7]，實驗教學在天然產物化學教學中不可或缺。天然產物化學實驗課程主要開展的內容包括各類重要化合物的提取分離、含量測定、鑒定、結構修飾，其目的是為了配合強化理論教學內容，通過綜合性和設計性實驗將天然產物化學基本知識與技能融會貫通，從而提高學生分析問題、解決問題的能力、培養天然藥物開發的創新的能力[13-14]。

目前，天然產物化學實驗教學的主要采取的教學形式仍然是傳統的線下實驗教學，天然產物化學實驗課程涉及的實驗項目多，步驟復雜，時間跨度大，需要扎實的基礎知識、較強的動手能力、綜合思維才能學好本門課程[15]。

僅天然產物化學實驗教學指導教材中共涉及兩部分：上篇的理論技能，包括基礎知識和基本操作方法，下篇的實驗方法，包括14個各論實驗，11個綜合性及設計性實驗，課時的限制，并不能全部開課，本門課程一直都是選擇性的開展幾個實驗，內容涉及黃酮類、生物堿類、蒽醌類、多糖類的提取分離鑒定，如表1。傳統教學時，幾門實驗課均是單獨開課，每周開一個實驗，由于沒有能在當天完成實驗的項目，加上學生還要學習其他課程，因此每一個實驗周期跨度都比較大，在第2天或者第3天處理實驗的時候已經忘記第1天老師講的步驟，因此在書寫實驗報告的時候，思路也比較混亂。

表1 實驗內容和實驗時間分配

2 基于SPOC的混合式教學設計與實踐

2.1 SPOC多平臺建設，多維度混合式教學設計

課程教學設計體系如圖1所示，結合課程特點和培養目標，本課題組對近幾年開展的實驗進行研究和梳理，分析了實驗之間的關聯性，對實驗進行深度整合和精簡，統籌各實驗的課時安排，重新制定實驗結構框架、編寫實驗講義、授課PPT，將實驗操作制成1～5分鐘不等的實驗視頻，將視頻等資料上傳到超星學習通平臺，通過發送邀請碼，只有本班學生加入，從而建成SPOC的平臺，如圖2所示，線上+線下的混合式教學設計，教學過程依次包括學生課前預習、課中開展實驗操作、學生課后實驗報告。

課前預習：學生通過超新學習通SPOC平臺，進行實驗預習，包括講義，實驗操作視頻等，與傳統教學相比，學生不再茫然，在進入實驗室之前可以清晰的知道知己需要作什么實驗，實驗過程中該注意寫什么。

課中開展實驗操作：該過程主要有教師指導，學生自主完成實驗，學生以小組為單位進行操作實驗，互相探討和解決實驗中遇到的問題，及時記錄實驗現象和實驗數據，因為實驗步驟多，時間長，實驗容易產生錯誤結果，因此把主要的實驗步驟和實驗現象也用手機錄制下來，當實驗不理想的時候，可以和老師進行討論，并觀察學生錄制的實驗現象，很快就可以找到實驗操作在哪一步出現了問題。

課后完成實驗報告，學生及時書寫實驗報告，對記不住的實驗步驟和實驗現象反復觀看視頻，實驗步驟采用手寫后，拍照，并附上實驗結果現象，及時上傳到騰訊文檔，教師及時批閱，通過實驗報告和實驗結果，可以準確的了解每一個學生對實驗的了解情況，對不清楚的問題，教師及時進行引導學習，每個同學的實驗報告通過騰訊文檔，都可以互相查看。

圖1 教學設計體系

圖2 超星學習通支持的SPOC平臺

2.2 打破時間和思維空間限制，合理布局，節約教學時間

以本學期整合后開展的兩次綜合實驗為例，針對傳統課堂的缺點，我們將實驗一薄層板的制備與應用、實驗二蘆丁的提取分離鑒定兩個實驗進行整合，將實驗一活化好的薄層板用在實驗二蘆丁的鑒定環節，具體實驗流程如圖3。實驗三和實驗四，顯然是兩個獨立的實驗，但兩個實驗前兩天天的步驟比簡單和相似，提取、靜置、濃縮等待時間比較長，所以將實驗三虎杖中醌類成分的提取分離鑒定和實驗四黃柏中小檗堿的提取分離鑒定兩個實驗同時進行，實驗流程如圖4所示。兩次實驗時間單看縮短4天左右，而從空間上比較，至少節約了2周的時間。

圖3 整合后的綜合實驗流程

圖4 兩個平行實驗同時進行的實驗流程

綜合實驗一的具體實施為：課前，學生通過超星學習通平臺，完成實驗一薄層板的制備及應用和實驗二槐米中蘆丁的提取分離和精制相關視頻和資料的預習，通過課前預習，抽象的實驗步驟已經在學生腦海中變得具體化，復雜的實驗過程也變得簡單化，學生再自行歸納總結設計，合理安排實驗時間；課中，第1天進入實驗室，學生需要同時完成薄層板的鋪板和槐米中蘆丁的提取兩個小實驗，第2天，實驗一不需要進行，因為鋪好的薄層板還需要時間晾干，學生需要完成的是觀察蘆丁的結晶效果，如果結晶效果好，進行過濾再重結晶，如果結晶效果不好，需要找到問題說在，是否是第1天的提取時堿度調節不夠或者結晶時酸度調節不夠都有可能，第3天實驗一中的薄層板晾干差不多，可以活化備用了，實驗二中蘆丁也已經重結晶好進行過濾干燥，第4天再進行黃酮的鑒定實驗，以及用學生自己制備的薄層板進行檢驗自己制備的蘆丁純度。這樣一來，實驗一的操作基本上是在進行實驗二的過程中利用空余時間做的，實驗一的時間就完全節約出來，并且，通過兩個實驗的配合，既培養了教師的綜合把控課堂和組織的教學能力，也培養了學生綜合思維，整體認識事物的能力。課后，學生進行實驗進行梳理，撰寫報告，實驗報告也與傳統的不一樣，學生需要手寫實驗報告，避免電子板的復制粘貼，然后拍照，重要的實驗過程和實驗結果照片需要同時上傳到提前建好的在線騰訊文檔，教師實時點評。

實驗三和實驗四兩個平行實驗，顯然，是完全沒有關聯的，如果單做一個實驗，每天的一個實驗步驟有過于簡單，而實驗跨度又比較長，為了節約時間和增加學生的積極性，將兩個實驗整合在一起進行，具體實施為：課前通過SPOC平臺進行預習，教師會從平臺觀察每一個學生的預習情況，對沒有預習的同學，及時督促，提醒。課中，實驗第1天，虎杖的提取和濃縮步驟很簡單，但提取和濃縮分別需要1個小時左右，和黃柏中小檗堿的提取也需要1個小時左右，都比較簡單，但耗時長，因此，我們同時進行，黃柏進行PH沉淀以后，需要靜置過夜，第2天進行鑒定實驗，第3天，進行蒽醌成分的萃取分離，靜置，第4天，蒽醌成分進行鑒定。

總之，實驗的整合和順利開展是一個復雜的過程，過程中有很多不確定的因素也決定著實驗的成敗。而采用SPOC平臺進行混合式教學的好處是，課堂上教師不再花時間進行原理和步驟等的講解，將更多的課堂時間交給學生，相比于以往學生進實驗室的不知所措，他們通過課前預習能清晰明了的了解每天實驗的操作步驟。學生在操作的過程中，如果有不懂的步驟，也可以及時拿出手機進行學習；課后，學生進行實驗進行梳理，撰寫報告，實驗報告也與傳統的不一樣，學生需要手寫實驗報告，避免電子板的復制粘貼，然后拍照，重要的實驗過程和實驗結果照片需要同時上傳到提前建好的在線騰訊文檔，教師實時點評。如圖5，為某兩人為一組的6次實驗報告和批閱情況。通過一系列的實施，學生也完全適應整合后的教學方法，從實驗報告也可知，大部分學生綜合能力、動手和思維能力都得到了提高。

圖5 騰訊文檔在線收集的電子實驗報告

2.3 考核評價

傳統的實驗考核主要是學生提交實驗報告，對實驗報告進行打分即為最終成績，顯然，以往的考核比較片面，不能客觀的評價學生的學習效果。改革后，考核主要分為兩部分，第一部分考察學生是否提前預習，是否觀看實驗演示操作，這部分的考核可以通過超星學習通SPOC統計平臺獲得，第二部分采用騰訊文檔收集實驗報告，實驗報告除了考察目的、原理、方法等基本書寫內容外，主要考察附上的過程圖片和實驗結果的圖片，以及對實驗的思考和反思。兩部分考核綜合起來即可得到學生本次實驗的總成績。通過對實驗報告的批閱可知，絕大多數學生都能夠較好地完成實驗任務，達到實驗教學要求。

3 結 語

實驗課程的順利開展，也離不開理論課程的改革，比如，進行實驗一和實驗二整合的時候，需要將理論課中的黃酮章節提前學習，實驗三和實驗四要同時進行實驗，也需要對生物堿和醌類化合物理論教學進行優化。通過實踐，SPOC混合式教學的優點表現在：(1)互動更多，靈活性更大(2)可以實現持續改進，如果錄制的實驗視頻發現有的知識點或者注意事項沒有錄制好，需要持續改進或者變更的話非常方便(3)視頻的拍攝，剪輯，都是通過手機制作的，并不像高質量的慕課制作那樣，需要昂貴的攝像機和其他設備，所拍攝的視頻完全能滿足SPOC平臺對本校學生的學習，投入小。

目前的實驗教學，盡管做了很多的教學改革，但是，大部分的實驗課還是驗證性實驗為主，在沒有使用實驗視頻數字化資源以前，學生只有通過課本，老師的講解，想象和摸索著做實驗，因為學生缺乏整體的思維和創新能力，對于耗時長的實驗可能花了大量的時間和精力去做，做到后面，實驗結果卻沒有做出來，再返回來尋找實驗的原因，學生和教師都無法清楚是哪里出現了問題，潛意識中會增加學生對實驗的挫敗感，對實驗操作失去興趣，而有了SPOC實驗視頻資源，實驗教學清晰明了，課前課中課后任何時間，學生都可以反復觀看，反復琢磨，必然會使實驗更加順利，實驗結果更加滿意。學生在做實驗的過程適當拍照和錄制自己的操作實驗步驟，將自己的視頻與老師的教學視頻進行比較，對于實驗步驟、儀器操作以及實驗中應當注意的環節與教師進行討論等，這樣在增加實驗的趣味性的同時，拉近了學生與教師的距離，增加交流和互動。總之，現在已經進入信息化教學時代，信息化教學是今后的必然趨勢，教師要跟進教育改革的步伐，學會現代教育技術手段，多結合好的平臺、教育模式和輔導工具，將傳統實驗課堂教學和新型現代化教學有機結合起來，發揮最大的效能，激發學生的學習欲望，才能以高質量完成實驗教學。