SPOC和MOOC的線上線下混合在工業發酵分析實驗課程教學中的應用

崔艷，樊秀花，張業尼，宋茜，呂文

(1.天津農學院食品科學與生物工程學院，天津農產品加工工程技術中心，天津 300384)；2.天津市利民調料有限公司，天津 300308)

0 引言

2020年教育部發布了《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》[1]，兩年來各高校對線上線下課程教學進行了大量的探索，最難的就是實驗教學。其中專業實驗課難上加難，例如工業發酵分析課程是對實際發酵生產過程中原、輔料，中間品，副產物及成品組分、含量及質量進行檢測分析的極強技術性和應用性的實驗課[2]，涉及產品整個工藝過程控制、保證產品質量、進行成本核算，是開發新工藝、新產品必不可少的學科，具有重要的生產指導意義[3]。隨著科技進步和人民對健康產品例如藥品、調味品、食品、保健品及其添加劑成分的安全需求日益加深，發酵產品的范圍已經從過去大家認知的酒類、醬油、醋、味精等調味品，發展到包括抗生素、激素、維生素、植保農藥等藥物類；酶制劑、氨基酸、核糖、核酸類；有機酸類；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，其產品用途幾乎已涵蓋了各個領域。因此該課程的實驗教學急需改革，一方面是科技快速發展帶來的更多品類檢測，傳統實驗已有很大的局限性；另一方面是應對類似新冠疫情等特殊情況時應提供更靈活方便且高水準的教學模式。

而線上線下混合的教學模式可以彌補這種缺陷。目前線上包括兩種模式：小規模限制性在線課程SPOC(small private online course)[4]和大型開放式網絡課程MOOC(massive open online course)。利用SPOC小規模特性，結合我院生物工程專業特點對發酵分析要求整合課程資源，小范圍提供區別化的、因校而異、因方向而異、因產品而異的具排他性和差異化的定制課程；同時提供開放的、免費的國內外一流的發酵分析及相關工藝課程MOOC資源，給與學生專業共性的常規內容；再結合線下理論和實驗教學、多品類樣品的實驗操作、交流討論，多樣化考核來強化課程學習，提高分析與工藝的關聯度，夯實實驗學習效果，開發學生發酵產品方面的國際視野，拓展專業思維，激發專業從業興趣，從而真正培養出國家和企業需要的應用型專業人才。

但由于該課程涉及面廣，線上MOOC資源少，仿真實驗幾乎沒有，所以急需對該課程進行SPOC+MOOC混合線下實驗教學進行深入的探索和研究，集結線上優質資源，與企業聯合錄制不同發酵產品工藝視頻，以混編方式將工藝和分析結合，重新合理化制定教學目標以配合本專業學生的學習。

1 工業發酵分析課程教學中存在的問題

1.1 實驗樣品、檢測項目及方法的局限性

首先目前發酵分析樣品還集中在我國傳統酒類如白酒、啤酒、葡萄酒等；調味品如醬油，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品的檢測涉及很少，這對學生未來從事此類產品的研究或生產是全新挑戰。其次檢測項目依次是水分，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，發酵半成品的檢測幾乎沒有。一方面檢測項目缺乏新的企業已增加的必檢項目，另一方面中間品的檢測缺失難以讓學生了解半成品分析對工藝過程控制的重要性及聯系，更談不上通過分析中間品來判斷過程是否正常。因此需要高校和發酵企業建立產學研的密切聯系，企業提供中間品，包括正常的和非正常樣品，既可保證實驗學習的全面性，又能幫助企業分析原因，共同解決企業生產中遇到的難題，促成實驗教學和產學研結合的雙贏，也是高校未來實踐教學發展的方向。第三同一檢測項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。故應該將同一分析項目的不同方法都加在實驗操作中，這樣效果會事半功倍。

1.2 預習、操作和結果判斷不到位

幾乎所有實驗老師都有這種感覺，學生的實驗預習等同于抄寫一遍實驗冊，對內容不求甚解，最了解也就是反應原理，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、條件設定如溫度等的目的、及終點的現象或判斷依據都一概了了，預習流于表面，其意義達不到20%。這無疑加大了實驗操作難度，很多同學都是看一句操作一句，導致實驗中錯誤頻出。教師的演示和注意事項的反復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，預熱時長，終點的判斷，包括刻度不正確讀取等都是實驗普遍存在的現象。但因為課時有限不可能讓學生重復實驗操作，因此效果會大打折扣。而對實驗的正確或合理也不能僅依靠幾個平行試驗，或誤差范圍來說明，有的市售產品如啤酒酒精度，市售產品標注是≥2.5%(體積比)，但不同組的檢測結果就可能相差很大，有1.85%(體積比)、2.34%(體積比)、4.59%(體積比)的，誤差有時達到50%以上。所以說有效的預習，嚴謹的操作，才能獲得準確的結果，才能通過分析判斷樣品是否符合使用標準，或達到出廠要求。而通過半成品的檢測分析，結合產品的工藝過程，來探索和研究發酵進行是否正常，才能學會調整工藝，保證生產正常進行。但目前的教學有限的理論講解和實驗操作，確實達不到理想的效果。

2 線上線下結合在工業發酵分析實驗課程教學中的應用探索

2.1 線上課程SPOC和MOOC對于工業發酵分析課程教學的意義

應該說SPOC線上授課很契合我院生物工程專業約60人的小規模實驗教學，它不只簡單地復制線下課堂的PPT講解，而是教師通過編輯整合課程講義PPT、符合本專業方向偏中下游的工業發酵分析及工藝的線上資源和企業技術視頻資源、分析檢測的國標企標、相關檢測方法文獻、發酵分析及相關工藝的圖書資料，為本專業學生量身定制的區別于其他院校的課程。然后教師作為知識點的指導和教學組織者，通過在線平臺例如超星學習通、智慧樹、雨課堂等或QQ群、微信群同步組織學生交流研討，隨時提供個別化和差異化的指導，同時又強調和解決實驗共性的問題。

教師甄別和優選線上國內外優秀的發酵工藝和分析MOOC資源，進行剪輯、改編，充分又恰當地融入到SPOC課程內容中，最大限度發揮全球范圍內稀缺MOOC資源的效力，做到線上教學既有共性和個性，又有深度和廣度。這樣的教學模式會強烈地激發教師的資源知識面擴充及更新動力，重新定義了教師和學生在該課程教學中的位置；同時更加突出學生主體性，深入參與了解發酵分析和工藝的關聯，完整體驗該課程應用的廣泛性，激發其熱情，拓寬其思路。

2.2 線上和線下混合教學對工業發酵分析課程教學的作用

相比傳統課堂，SPOC小范圍且資源豐富形式多樣的線上教學模式更能幫助學生做好預習工作，課前提前開放便于了解實驗，例如要做啤酒的酒精度、雙乙酰等分析實驗，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工藝視頻整合在其中，還要將該完整實驗操作視頻放入其中。充分提高學生的參與度，深入理解檢測分析對工藝控制及產品品質的重要性，掌握實驗過程中的操作重點和注意事項，以便在線下實驗過程中迅速進入狀態。在實驗操作中也可以對照視頻對錯誤操作做出及時調整。對于那些調皮搗蛋的學生來說這無疑是最好的推動力，更別說優秀學生了。而且課后線上SPOC的延時開放，能夠隨時幫助學生回顧和復習。這種SPOC課信息量密集，學生可以接觸到一流的教學和最新技術和最前沿的應用，能帶來傳統課堂沒有的挑戰和興奮度，是一種高效的知識傳遞方法。真正實現了課前、課中、課后的預見性、重復性、可持續性、高可視性，從而提高實驗教學質量。比起單純地觀看MOOC或者騰訊會議講授課程PPT，該教學模式無疑具有更加有效的學習效果。

2.3 SPOC結合MOOC線上混合線下教學的評價

當然如果想讓所有的學生既不翹課，又能自發自愿地去線上學習，除了課程資源豐富，實驗視頻相關性強、精細而生動外，還需要設置一些目前常見的簽到、任務點、小測試、小關卡、小評價等，但是個人認為不易過于復雜，會增加學生的反感度，浪費大量的時間，可能還會發展為僅完成任務或者互相作弊。實驗教學的最終目的是要讓學生掌握所學內容，因此線下的實際操作是必須的且更重要的。即使是線上虛擬實驗也和親自動手無法相提并論，所以線下操作就是要檢驗并體現線上線下結合教學是否真正優于傳統線下教學的關鍵，線下教學過程中教師需要做的是：(1)當場隨機隨時提出問題，請學生解答；(2)觀察各小組實際操作是否規范，注意事項是否到位；(3)分析指標的結果務必當堂計算完成，同時與正確合理的結果進行比較，并當場分析結果誤差的原因，因為此時快速回憶操作過程是最容易的；(4)對操作規范結果準確的小組給予表揚，同時鼓勵做錯的學生，并及時向及全體同學解釋和分析錯誤操作對結果造成的影響，個人認為實驗課操作或結果錯誤并不是壞事，是能更好發現問題和現場解決問題，以避免將來重復此類錯誤的最佳機會；(5)效果考核，除了理論考試、實驗報告、預習報告、實驗操作、出勤等常規方式以外，有效地、有針對性地進行差異化實驗操作或操作問題解答的隨機分組考試，提前確定差異化考核時間，隨機小組式抽題。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別；因為實驗時間的長短不一，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線上混合線下實驗教學應該是存在于高校實驗教學中的真正價值所在。

3 線上和線下教育模式在工業發酵分析實驗中的發展前景

首先，SPOC相比MOOC成本更低，對天津農學院這樣的院校更加適合，更容易實現。師資力量目前也不足以在該課程領域內像雙一流大學那樣提供優質MOOC服務于整個社會，暫時也不能像清華、天大那樣將自己優秀的SPOC課程推廣到全球校園，但可以將好的MOOC資料、企業生產資料借鑒過來，結合自身專業設置特點，工業發酵分析的覆蓋面，來豐富、設計及集成為自己的SPOC課，打造更好的可持續發展的線上線下更符合我院專業特色的工業發酵分析教學模式。

其次，可以和其他學科例如計算機系、電子工作系、化學系等跨學科通過MLabs虛擬仿真實驗平臺APP，聯合打造虛擬工業發酵分析實驗課。這也符合教育部《關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》中提高高校學生創新精神和實踐能力的要求[5]。目前這門實驗在平臺上還是空白，只有無機、有機、物化、儀器分析等部分仿真實驗，但這也為工業發酵分析提供了部分基礎，例如藥品試劑的稱量、實驗裝置的搭建，計算的完成，過程評價等環節都可以借鑒，需要做的是將發酵分析的主要實驗操作及現象、注意事項等更好地融入其中。因此未來更需要跨學科和跨專業的教師隊伍精誠合作，構建出身臨其境的虛擬實驗環境完成培養人才的使命。

4 結語

應用型人才是國家發展的源動力，是綜合國力競爭的保障，工業發酵分析課程實驗教學也肩負著提高大學生生物工程專業技能素養和實踐能力的重任。實驗教學模式的破舊立新勢在必行。今后仍有一段較長的時間，需要我們依據國情疫情、科技發展、專業知識擴充等因素來不斷地摸索、完善和改進工業發酵分析課程線上線下混合教學的模式，以更成熟優質的教學方式推廣到其他專業課程，聯合定制出符合我院生工專業的課程體系的教學模式，培養出優秀的生工專業人才。