基于網絡平臺快速構建《農藥殘留分析》課程教學實踐*

李耀倉, 馬紅霞

隨著生活水平的日益提高, 人們越來越重視飲食、 環境健康, 更是意識到農藥殘留的危害性[1]。 我國一直致力于農藥殘留相關法律的制定和促進有效檢測方法的開發, 如“史上最嚴”《中華人民共和國食品安全法實施條例》于2019 年12 月1 日正式施行。 GB2763-2019 規定了483 種農藥共7107 項最大殘留限量。 致使行業急需專業檢測人員和先進檢測技術研發人才。經過市場調研和專家論證, 修訂我校應用化學專業現代儀器分析檢測方向的人才培養方案, 將農藥殘留分析作為專業核心課程開設, 理論課學時48, 實驗課學時16。

1 農藥殘留分析課程開展線上教學的背景

農藥殘留分析是一門綜合性較強的的課程, 屬于痕量分析, 理論性、 操作性、 實踐性均較強, 涉及的分析方法、 技術更新快, 范圍廣[2]。 其先行課程如分析化學、 儀器分析、 樣品前處理技術等, 學生均已學完, 但是普遍反應學習該課程難度較大, 細節較多, 不便于掌握。 為了跟上互聯網時代大家學習方式的轉變, 我校鼓勵線上或線上線下混合教學模式, 出臺相關政策, 并匯總提供各種網絡教學平臺。 線上教學包括自主建課, 使用智慧樹、 慕課等線上現有課程, 或線上直播等方式進行教學。 農藥殘留分析有時所用大型分析儀器結構復雜, 不便于拆卸, 內部結構無法觀察, 操作程序嚴格, 維護要求高, 學生學習困難。 結合動畫、 微視頻開展線上教學, 直觀展現儀器組成結構、 操作、 維護等, 便于學生理解掌握。

2 農藥殘留分析課程網絡教學方案快速構建

2.1 線上相關課程的選擇標準

首先根據各個網絡教學平臺特點, 如是否允許教師能自主建課、 是否允許教師直接參與學生學習情況管理, 還要考慮任課教師對教學平臺的熟知程度和應用情況等選擇適合的平臺。其次選擇具體課程的關注點為: 實驗操作視頻清晰度, 實驗內容詳細、 完整度, 如樣品的采集、 提取、 制備均在實驗室現在操作、 分段錄制, 化學實驗基礎操作和大型儀器使用均規范,給學生提供很好的示范作用。 雖然目前沒有農藥殘留分析課程的線上同名課程, 但可將MOOC 平臺的課程江蘇農林職業技術學院開設的《農產品質量檢測技術》作為同步課程。 該課程除了滿足上述特點外, 其實驗儀器與我校儀器型號大部分相同, 有助于學生快速掌握農藥殘留分析的實驗操作部分。

2.2 學習通平臺自主建立農藥殘留分析課程

為了及時了解學生的學習效果, 在超星學習通平臺自主建立農藥殘留分析課程。 在學習通平臺能方便的發布通知、 開展討論、 布置作業、 進行測試等, 并智能提醒, 督促學生及時完成學習任務。 如進行相關知識點的前測時, 把答題次數設置為1 次, 自動批改, 提交后不能修改。 老師可以根據答題情況來高效的整合教學內容。 若是布置課后作業, 把答題次數設置為2 次, 提交作業后可以看答案, 便于學生鞏固學習。 學習通方便上傳補充農藥殘留分析相關資料, 如教材, ppt, 錄播課程視頻等, 發放任務點督促學生學習。 在資料庫中上傳農藥殘留分析相關最新檢測國家標準、 技術方法文獻等, 方便同學們及時了解農藥殘留分析前沿內容, 達到課程學習要求之一。

2.3 建立了QQ 學習課程群

為提高學生的學習效率, 增加與學生的互動, 任課老師建立了QQ 學習課程群。 由班級學習委員會搜集課程疑問或問題,學生也可直接向老師反映問題, 對于共性問題集中答疑。 QQ平臺方便直播、 分享屏幕, 也是學生熟悉的操作平臺, 學生按時參與率較高。 采用直播方式進行課前輔導、 課后答疑、 知識點梳理等提高學習效率。 同時學生也可通過ppt 分享農殘分析檢測前沿等進行交流。

2.4 制定綜合的評價措施

為了提高學生自學學習的積極性, 制定綜合性評價體系—“N+1” 模式, 突出過程考核。 “1” 代表期末考試(占比50%),“N” 代表過程性評價(占比50%)。 “N” 主要包括: (1)有效的參與QQ 直播課答疑、 課前輔導等(10%)。 (2)平臺視頻學習完成情況(10%)。 (3)農殘分析檢測先進技術及案例ppt 講解,根據農殘分析原理的應用情況, ppt 制作, 講解清楚流暢, 新穎性等進行評價, 學生在qq 線上匿名快速打分(5%), 教師評價(5%)。 (4)學習通分組討論完成小組作業(小組互評5%,教師評價5%)。 (5)超星學習通線上章節測試(10%)等環節,學生參與評價, 學習積極性提高。

3 教學案例

3.1 文獻分析作業

農藥殘留分析在化工中的綜合應用性較強, 分析方法更新快, 但是分析方法的基礎知識是不變的。 結合最新分析方法,學生學習興趣較高, 應用基礎知識分析文獻新方法, 更便于融匯貫通應用。 例如文獻報道[3]: 優化萃取條件, 建立頂空固相微萃取結合氣相色譜-三重四級桿質譜聯用技術對水中34 種有機氯農藥和氯苯類化合物檢測的方法。 實驗結果表明: 方法線性范圍4 ～400 ng/L, 相關系數大于0.99, 方法檢出限為3.5 ～8.5 ng/L, 樣品加標回收率為70.2% ～108%, 相對標準偏差為0.98% ～15.8%, 說明此方法有良好的重現性和可靠度。 問題(1)農藥殘留分析方法的可靠性如何衡量? 上述材料該分析方法的可靠性如何體現的? (2)簡述固相微萃取凈化的基本操作步驟。 (3)分析固相微萃取優化萃取條件有哪些? (4)固相微萃取是樣品制備新技術之一, 樣品制備新技術共同特點是什么?學生對第一問的回答: 結合教材內容可知衡量農藥殘留分析方法的可靠性要素: 靈敏度、 準確度、 精密度、 專一性、 分析校準曲線等。 該分析方法的可靠性體現在: 靈敏度用“方法檢出限為3.5 ～8.5 ng/L”; 準確度用 “加標回收率為70.2% ～108%”、 “相關系數大于0.99”; 精密度用“相對標準偏差為0.98% ～15.8%”。 第二問學生可以根據教材所學內容回答。第三問通過閱讀文獻正文進行分析, 總結萃取頭類型、 萃取時間、 萃取溫度及離子強度等條件對萃取效率的影響。 通過文獻分析學生熟練實際樣品中農藥殘留分析基本要素, 明確實驗思路, 同時了解農藥殘留分析科研方面論文的撰寫格式及框架,便于學生學以致用。

3.2 項目式教學

結合化工專業學生特點開展項目教學。 如在學習農藥殘留分析時, 根據收集的不同行業和企業的案例, 在授課中結合實際分析項目開展教學。 例如: 德國《焦點》周刊稱, 位于慕尼黑的環境研究所當天公布一份測試報告顯示, 德國最暢銷的14種啤酒品牌都含有農藥草甘膦。 根據項目內容回答: 草甘膦的檢測應使用何種儀器? 并說明原因; 如何計算獲得草甘膦的含量? 從方法適用范圍、 基本原理、 實驗條件和儀器操作要求等方面綜合分析, 確定實驗方案, 最后學生進入實驗室完成分析測試。

3.3 案例討論法教學

貼近生活, 開展案例討論法教學, 如提出“化工行業中生產的機磷農藥產品有哪些類型?、 如何測定果蔬中有機磷農藥辛硫磷殘留?” 等問題, 例如: 有機磷農藥(OPs)具有殺蟲效率高、 防治范圍廣、 成本低、 易降解等特點, 在農業生產中得到廣泛使用。 辛硫磷(O-α-氰基亞苯基氨 基-O, O-二乙基硫代磷酸酯)是有機磷農藥中應用最廣泛的農藥之一, 用于防治地下害蟲, 尤其對花生、 蔬菜等作物的鱗翅目害蟲有良好的作用。 由于有機磷農藥的大量使用和在食物鏈中的殘留富集, 對人類健康產生了潛在威脅。 根據中華人民共和國國家標準食品中辛硫磷最大殘留限量標準(GB 14868-94)中指出水果、 蔬菜中辛硫磷最高殘留限量(0.05 mg/kg 限量)因此, 找到一種高效、 準確的辛硫磷檢測方法十分必要。 線上安排學生在利用學習通進行任務式分組討論, 并以小組的形式進行簡短文字或語音匯報。 后續有學生根據討論方案, 利用辛硫磷農藥具有電化學活性的特點, 使用電化學工作站, 通過循環伏安法使辛硫磷在玻碳電極上發生還原反應從而進行定量分析, 通過峰電流(ip)計算農藥殘留含量。 優化實驗測定條件, 考察了掃描速率、富集時間、 不同pH 電解液對辛硫磷農藥測定的影響, 樣品采用丙酮提取氮吹濃縮后直接檢測。 實驗結果表明農藥含量在2.682×10-6～1.904×10-4mol/L 范圍內與峰電流呈線性關系, 相關系數R2=0.998, 加標回收實驗得到回收率為96% ～103%,相對偏差(n=5)為0.3%。 因此該方法操作簡便快捷, 測定結果準確, 靈敏度高, 適用于水果、 蔬菜中辛硫磷的測定。 并使用該方法對學校農場中蔬菜、 水果中辛硫磷的殘留量進行了取樣調研, 通過案例討論法教學, 提高了學生綜合運用化工專業知識分析并解決問題的能力。

4 農藥殘留分析課程網絡教學實踐分析

4.1 線上教學質量得到保證

線上教學確實打破了傳統的時空局限, 滿足高質量教育資源共享, 最大限度地發展教育功效等, 因此在高等教育領域探索較多[4-6], 同時老師能對學生學習情況進行實時監控。 本次農藥殘留分析課程線上教學通過多種平臺互補交叉使用, 基本解決了該課程專業性、 綜合性強, 實踐操作要求高等學習難題, 能滿足課程教學要求, 學習效果良好。

第一, 學生鍛煉自學能力, 提高學習效率。 學生自我監督, 自我管理, 考驗自己網絡時代的自學能力, 自我提升, 為畢業后進入科研、 工作崗位打下基礎。 第二, 農藥殘留分析是一門專業性和綜合性很強的課程, 老師根據學生線上學習、 測評情況可以了解學生對知識的掌握情況, 進行查缺補漏。 發現學生閱讀文獻的能力有待提高, 提供農藥殘留分析相關文獻,指導學生閱讀分析文獻。 還有學生對衡量實驗方法的可靠性不明確, 需要補充誤差、 分析結果的數據處理、 分析結果評價等相關知識點, 從而鞏固學生的專業基礎知識和提高學生的實踐應用能力。 第三, 在直播答疑互動中引入我國農殘分析的發展現狀, 科研攻關是不可或缺的硬核力量。 啟發學生思考, 激勵大家努力學習, 注重科研探索, 發揮自己專業特長, 解決國家、 人民遇到的難題。 同時將科研先進事跡作為素材融入育人工作, 拓展課程思政。

4.2 進一步改進網絡教學效果的思考

通過農藥殘留分析課程的在線教學實踐, 發現了一些不足, 同時也啟發了我們努力的方向。 第一, 在信息化時代, 教師對于教、 學生對于學都要意識到與網絡是密不可分, 應該盡快適應新的教、 學模式。 第二, 教師利用網絡技術開展教學的操作技術有待進一步提高, 或者學校對教師進行相關專項培訓。 第三, 網絡教學平臺的功能有待增加和完善, 如有的電腦端不能直播, 有的不支持自動批改等設置, 有的學生遇到問題時, 不能夠及時地反映給老師, 存在一定的滯后性等。 第四,網絡課程門類還需進一步豐富, 特別是優質教學資源遠遠不足。 第五, 網速有待提高, 5G 網絡的加速普及有望解決。 第六, 學生對于平臺課程的學習效率不高, 特別是難度較大的課程。 缺少了與老師及時、 有效互動, 且每周課程知識更新密集度也無法與線下課堂相比, 會造成一種網課很輕松, 但是課后又比較茫然的局面, 這也可能是大多數平臺課程的共性問題。需要教師積極引導, 增加其他方式的線上互動, 確保學生對知識點的掌握程度。

5 結 語

以農藥殘留分析課程在線教學實踐為例, 探索信息化時代快速構建課程網絡授課的方案。 多種平臺交互使用, 實時跟蹤學生學習, 加強師生互動。 根據過程考核情況, 對學生專業知識進行查缺補漏, 同時將思政元素有機融入教學, 提升學生的道德修養和科學素養。