SPOC和MOOC的线上线下混合在工业发酵分析实验课程教学中的应用

崔艳，樊秀花，张业尼，宋茜，吕文

(1.天津农学院食品科学与生物工程学院，天津农产品加工工程技术中心，天津 300384)；2.天津市利民调料有限公司，天津 300308)

0 引言

2020年教育部发布了《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》[1]，两年来各高校对线上线下课程教学进行了大量的探索，最难的就是实验教学。其中专业实验课难上加难，例如工业发酵分析课程是对实际发酵生产过程中原、辅料，中间品，副产物及成品组分、含量及质量进行检测分析的极强技术性和应用性的实验课[2]，涉及产品整个工艺过程控制、保证产品质量、进行成本核算，是开发新工艺、新产品必不可少的学科，具有重要的生产指导意义[3]。随着科技进步和人民对健康产品例如药品、调味品、食品、保健品及其添加剂成分的安全需求日益加深，发酵产品的范围已经从过去大家认知的酒类、酱油、醋、味精等调味品，发展到包括抗生素、激素、维生素、植保农药等药物类；酶制剂、氨基酸、核糖、核酸类；有机酸类；生物多糖、低聚糖类；食品添加剂类；醇与能源类；食用菌类以及生物饲料类等，其产品用途几乎已涵盖了各个领域。因此该课程的实验教学急需改革，一方面是科技快速发展带来的更多品类检测，传统实验已有很大的局限性；另一方面是应对类似新冠疫情等特殊情况时应提供更灵活方便且高水准的教学模式。

而线上线下混合的教学模式可以弥补这种缺陷。目前线上包括两种模式：小规模限制性在线课程SPOC(small private online course)[4]和大型开放式网络课程MOOC(massive open online course)。利用SPOC小规模特性，结合我院生物工程专业特点对发酵分析要求整合课程资源，小范围提供区别化的、因校而异、因方向而异、因产品而异的具排他性和差异化的定制课程；同时提供开放的、免费的国内外一流的发酵分析及相关工艺课程MOOC资源，给与学生专业共性的常规内容；再结合线下理论和实验教学、多品类样品的实验操作、交流讨论，多样化考核来强化课程学习，提高分析与工艺的关联度，夯实实验学习效果，开发学生发酵产品方面的国际视野，拓展专业思维，激发专业从业兴趣，从而真正培养出国家和企业需要的应用型专业人才。

但由于该课程涉及面广，线上MOOC资源少，仿真实验几乎没有，所以急需对该课程进行SPOC+MOOC混合线下实验教学进行深入的探索和研究，集结线上优质资源，与企业联合录制不同发酵产品工艺视频，以混编方式将工艺和分析结合，重新合理化制定教学目标以配合本专业学生的学习。

1 工业发酵分析课程教学中存在的问题

1.1 实验样品、检测项目及方法的局限性

首先目前发酵分析样品还集中在我国传统酒类如白酒、啤酒、葡萄酒等；调味品如酱油，醋等；淀粉类如面粉、豆粉，奶粉等，而较新品类如生物多糖、低聚糖、药品、生防或植保类、添加剂及防腐剂等产品的检测涉及很少，这对学生未来从事此类产品的研究或生产是全新挑战。其次检测项目依次是水分，脂肪，氮，糖，酸等含量，白酒甲醇、杂醇油，啤酒酒精度、原麦芽汁浓度、双乙酰，a-氨基氮等，样品多是淀粉原料或市售成品，发酵半成品的检测几乎没有。一方面检测项目缺乏新的企业已增加的必检项目，另一方面中间品的检测缺失难以让学生了解半成品分析对工艺过程控制的重要性及联系，更谈不上通过分析中间品来判断过程是否正常。因此需要高校和发酵企业建立产学研的密切联系，企业提供中间品，包括正常的和非正常样品，既可保证实验学习的全面性，又能帮助企业分析原因，共同解决企业生产中遇到的难题，促成实验教学和产学研结合的双赢，也是高校未来实践教学发展的方向。第三同一检测项目的分析目前只用一种方法，对差异化样品检测较少，例如酸度测定，白葡萄酒酸度可用指示剂法，但桃红、红葡萄酒，醋及其他颜色较深的如果汁、果醋、果酒等或发酵液就不能用此种方法，尽管检测原理都是酸碱中和，但颜色及澄清度的影响使得该法行不通。还有啤酒含氮量测定和酱油含氮量测定也差异很大。故应该将同一分析项目的不同方法都加在实验操作中，这样效果会事半功倍。

1.2 预习、操作和结果判断不到位

几乎所有实验老师都有这种感觉，学生的实验预习等同于抄写一遍实验册，对内容不求甚解，最了解也就是反应原理，其他如样品基本特性、试剂药品的具体作用、添加的先后顺序、条件设定如温度等的目的、及终点的现象或判断依据都一概了了，预习流于表面，其意义达不到20%。这无疑加大了实验操作难度，很多同学都是看一句操作一句，导致实验中错误频出。教师的演示和注意事项的反复提醒不能引起足够重视，装置的组合、气密性保证、电炉加热控制，预热时长，终点的判断，包括刻度不正确读取等都是实验普遍存在的现象。但因为课时有限不可能让学生重复实验操作，因此效果会大打折扣。而对实验的正确或合理也不能仅依靠几个平行试验，或误差范围来说明，有的市售产品如啤酒酒精度，市售产品标注是≥2.5%(体积比)，但不同组的检测结果就可能相差很大，有1.85%(体积比)、2.34%(体积比)、4.59%(体积比)的，误差有时达到50%以上。所以说有效的预习，严谨的操作，才能获得准确的结果，才能通过分析判断样品是否符合使用标准，或达到出厂要求。而通过半成品的检测分析，结合产品的工艺过程，来探索和研究发酵进行是否正常，才能学会调整工艺，保证生产正常进行。但目前的教学有限的理论讲解和实验操作，确实达不到理想的效果。

2 线上线下结合在工业发酵分析实验课程教学中的应用探索

2.1 线上课程SPOC和MOOC对于工业发酵分析课程教学的意义

应该说SPOC线上授课很契合我院生物工程专业约60人的小规模实验教学，它不只简单地复制线下课堂的PPT讲解，而是教师通过编辑整合课程讲义PPT、符合本专业方向偏中下游的工业发酵分析及工艺的线上资源和企业技术视频资源、分析检测的国标企标、相关检测方法文献、发酵分析及相关工艺的图书资料，为本专业学生量身定制的区别于其他院校的课程。然后教师作为知识点的指导和教学组织者，通过在线平台例如超星学习通、智慧树、雨课堂等或QQ群、微信群同步组织学生交流研讨，随时提供个别化和差异化的指导，同时又强调和解决实验共性的问题。

教师甄别和优选线上国内外优秀的发酵工艺和分析MOOC资源，进行剪辑、改编，充分又恰当地融入到SPOC课程内容中，最大限度发挥全球范围内稀缺MOOC资源的效力，做到线上教学既有共性和个性，又有深度和广度。这样的教学模式会强烈地激发教师的资源知识面扩充及更新动力，重新定义了教师和学生在该课程教学中的位置；同时更加突出学生主体性，深入参与了解发酵分析和工艺的关联，完整体验该课程应用的广泛性，激发其热情，拓宽其思路。

2.2 线上和线下混合教学对工业发酵分析课程教学的作用

相比传统课堂，SPOC小范围且资源丰富形式多样的线上教学模式更能帮助学生做好预习工作，课前提前开放便于了解实验，例如要做啤酒的酒精度、双乙酰等分析实验，教师要首先将课程PPT录课和MOOC资源放在线上提供理论方面的讲解，同时将啤酒厂录制的酿造啤酒的生产工艺视频整合在其中，还要将该完整实验操作视频放入其中。充分提高学生的参与度，深入理解检测分析对工艺控制及产品品质的重要性，掌握实验过程中的操作重点和注意事项，以便在线下实验过程中迅速进入状态。在实验操作中也可以对照视频对错误操作做出及时调整。对于那些调皮捣蛋的学生来说这无疑是最好的推动力，更别说优秀学生了。而且课后线上SPOC的延时开放，能够随时帮助学生回顾和复习。这种SPOC课信息量密集，学生可以接触到一流的教学和最新技术和最前沿的应用，能带来传统课堂没有的挑战和兴奋度，是一种高效的知识传递方法。真正实现了课前、课中、课后的预见性、重复性、可持续性、高可视性，从而提高实验教学质量。比起单纯地观看MOOC或者腾讯会议讲授课程PPT，该教学模式无疑具有更加有效的学习效果。

2.3 SPOC结合MOOC线上混合线下教学的评价

当然如果想让所有的学生既不翘课，又能自发自愿地去线上学习，除了课程资源丰富，实验视频相关性强、精细而生动外，还需要设置一些目前常见的签到、任务点、小测试、小关卡、小评价等，但是个人认为不易过于复杂，会增加学生的反感度，浪费大量的时间，可能还会发展为仅完成任务或者互相作弊。实验教学的最终目的是要让学生掌握所学内容，因此线下的实际操作是必须的且更重要的。即使是线上虚拟实验也和亲自动手无法相提并论，所以线下操作就是要检验并体现线上线下结合教学是否真正优于传统线下教学的关键，线下教学过程中教师需要做的是：(1)当场随机随时提出问题，请学生解答；(2)观察各小组实际操作是否规范，注意事项是否到位；(3)分析指标的结果务必当堂计算完成，同时与正确合理的结果进行比较，并当场分析结果误差的原因，因为此时快速回忆操作过程是最容易的；(4)对操作规范结果准确的小组给予表扬，同时鼓励做错的学生，并及时向及全体同学解释和分析错误操作对结果造成的影响，个人认为实验课操作或结果错误并不是坏事，是能更好发现问题和现场解决问题，以避免将来重复此类错误的最佳机会；(5)效果考核，除了理论考试、实验报告、预习报告、实验操作、出勤等常规方式以外，有效地、有针对性地进行差异化实验操作或操作问题解答的随机分组考试，提前确定差异化考核时间，随机小组式抽题。例如：有的组做粗脂肪抽提的装置搭建以及抽提过程操作；有的回答啤酒原麦芽汁浓度时重量法和容量法的区别；因为实验时间的长短不一，排在后面的小组可以做前面组比如粗脂肪抽提后脂肪含量测定和计算等。这样的SPOC+MOOC线上混合线下实验教学应该是存在于高校实验教学中的真正价值所在。

3 线上和线下教育模式在工业发酵分析实验中的发展前景

首先，SPOC相比MOOC成本更低，对天津农学院这样的院校更加适合，更容易实现。师资力量目前也不足以在该课程领域内像双一流大学那样提供优质MOOC服务于整个社会，暂时也不能像清华、天大那样将自己优秀的SPOC课程推广到全球校园，但可以将好的MOOC资料、企业生产资料借鉴过来，结合自身专业设置特点，工业发酵分析的覆盖面，来丰富、设计及集成为自己的SPOC课，打造更好的可持续发展的线上线下更符合我院专业特色的工业发酵分析教学模式。

其次，可以和其他学科例如计算机系、电子工作系、化学系等跨学科通过MLabs虚拟仿真实验平台APP，联合打造虚拟工业发酵分析实验课。这也符合教育部《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》中提高高校学生创新精神和实践能力的要求[5]。目前这门实验在平台上还是空白，只有无机、有机、物化、仪器分析等部分仿真实验，但这也为工业发酵分析提供了部分基础，例如药品试剂的称量、实验装置的搭建，计算的完成，过程评价等环节都可以借鉴，需要做的是将发酵分析的主要实验操作及现象、注意事项等更好地融入其中。因此未来更需要跨学科和跨专业的教师队伍精诚合作，构建出身临其境的虚拟实验环境完成培养人才的使命。

4 结语

应用型人才是国家发展的源动力，是综合国力竞争的保障，工业发酵分析课程实验教学也肩负着提高大学生生物工程专业技能素养和实践能力的重任。实验教学模式的破旧立新势在必行。今后仍有一段较长的时间，需要我们依据国情疫情、科技发展、专业知识扩充等因素来不断地摸索、完善和改进工业发酵分析课程线上线下混合教学的模式，以更成熟优质的教学方式推广到其他专业课程，联合定制出符合我院生工专业的课程体系的教学模式，培养出优秀的生工专业人才。