基于网络平台快速构建《农药残留分析》课程教学实践*

李耀仓, 马红霞

随着生活水平的日益提高, 人们越来越重视饮食、 环境健康, 更是意识到农药残留的危害性[1]。 我国一直致力于农药残留相关法律的制定和促进有效检测方法的开发, 如“史上最严”《中华人民共和国食品安全法实施条例》于2019 年12 月1 日正式施行。 GB2763-2019 规定了483 种农药共7107 项最大残留限量。 致使行业急需专业检测人员和先进检测技术研发人才。经过市场调研和专家论证, 修订我校应用化学专业现代仪器分析检测方向的人才培养方案, 将农药残留分析作为专业核心课程开设, 理论课学时48, 实验课学时16。

1 农药残留分析课程开展线上教学的背景

农药残留分析是一门综合性较强的的课程, 属于痕量分析, 理论性、 操作性、 实践性均较强, 涉及的分析方法、 技术更新快, 范围广[2]。 其先行课程如分析化学、 仪器分析、 样品前处理技术等, 学生均已学完, 但是普遍反应学习该课程难度较大, 细节较多, 不便于掌握。 为了跟上互联网时代大家学习方式的转变, 我校鼓励线上或线上线下混合教学模式, 出台相关政策, 并汇总提供各种网络教学平台。 线上教学包括自主建课, 使用智慧树、 慕课等线上现有课程, 或线上直播等方式进行教学。 农药残留分析有时所用大型分析仪器结构复杂, 不便于拆卸, 内部结构无法观察, 操作程序严格, 维护要求高, 学生学习困难。 结合动画、 微视频开展线上教学, 直观展现仪器组成结构、 操作、 维护等, 便于学生理解掌握。

2 农药残留分析课程网络教学方案快速构建

2.1 线上相关课程的选择标准

首先根据各个网络教学平台特点, 如是否允许教师能自主建课、 是否允许教师直接参与学生学习情况管理, 还要考虑任课教师对教学平台的熟知程度和应用情况等选择适合的平台。其次选择具体课程的关注点为: 实验操作视频清晰度, 实验内容详细、 完整度, 如样品的采集、 提取、 制备均在实验室现在操作、 分段录制, 化学实验基础操作和大型仪器使用均规范,给学生提供很好的示范作用。 虽然目前没有农药残留分析课程的线上同名课程, 但可将MOOC 平台的课程江苏农林职业技术学院开设的《农产品质量检测技术》作为同步课程。 该课程除了满足上述特点外, 其实验仪器与我校仪器型号大部分相同, 有助于学生快速掌握农药残留分析的实验操作部分。

2.2 学习通平台自主建立农药残留分析课程

为了及时了解学生的学习效果, 在超星学习通平台自主建立农药残留分析课程。 在学习通平台能方便的发布通知、 开展讨论、 布置作业、 进行测试等, 并智能提醒, 督促学生及时完成学习任务。 如进行相关知识点的前测时, 把答题次数设置为1 次, 自动批改, 提交后不能修改。 老师可以根据答题情况来高效的整合教学内容。 若是布置课后作业, 把答题次数设置为2 次, 提交作业后可以看答案, 便于学生巩固学习。 学习通方便上传补充农药残留分析相关资料, 如教材, ppt, 录播课程视频等, 发放任务点督促学生学习。 在资料库中上传农药残留分析相关最新检测国家标准、 技术方法文献等, 方便同学们及时了解农药残留分析前沿内容, 达到课程学习要求之一。

2.3 建立了QQ 学习课程群

为提高学生的学习效率, 增加与学生的互动, 任课老师建立了QQ 学习课程群。 由班级学习委员会搜集课程疑问或问题,学生也可直接向老师反映问题, 对于共性问题集中答疑。 QQ平台方便直播、 分享屏幕, 也是学生熟悉的操作平台, 学生按时参与率较高。 采用直播方式进行课前辅导、 课后答疑、 知识点梳理等提高学习效率。 同时学生也可通过ppt 分享农残分析检测前沿等进行交流。

2.4 制定综合的评价措施

为了提高学生自学学习的积极性, 制定综合性评价体系—“N+1” 模式, 突出过程考核。 “1” 代表期末考试(占比50%),“N” 代表过程性评价(占比50%)。 “N” 主要包括: (1)有效的参与QQ 直播课答疑、 课前辅导等(10%)。 (2)平台视频学习完成情况(10%)。 (3)农残分析检测先进技术及案例ppt 讲解,根据农残分析原理的应用情况, ppt 制作, 讲解清楚流畅, 新颖性等进行评价, 学生在qq 线上匿名快速打分(5%), 教师评价(5%)。 (4)学习通分组讨论完成小组作业(小组互评5%,教师评价5%)。 (5)超星学习通线上章节测试(10%)等环节,学生参与评价, 学习积极性提高。

3 教学案例

3.1 文献分析作业

农药残留分析在化工中的综合应用性较强, 分析方法更新快, 但是分析方法的基础知识是不变的。 结合最新分析方法,学生学习兴趣较高, 应用基础知识分析文献新方法, 更便于融汇贯通应用。 例如文献报道[3]: 优化萃取条件, 建立顶空固相微萃取结合气相色谱-三重四级杆质谱联用技术对水中34 种有机氯农药和氯苯类化合物检测的方法。 实验结果表明: 方法线性范围4 ～400 ng/L, 相关系数大于0.99, 方法检出限为3.5 ～8.5 ng/L, 样品加标回收率为70.2% ～108%, 相对标准偏差为0.98% ～15.8%, 说明此方法有良好的重现性和可靠度。 问题(1)农药残留分析方法的可靠性如何衡量? 上述材料该分析方法的可靠性如何体现的? (2)简述固相微萃取净化的基本操作步骤。 (3)分析固相微萃取优化萃取条件有哪些? (4)固相微萃取是样品制备新技术之一, 样品制备新技术共同特点是什么?学生对第一问的回答: 结合教材内容可知衡量农药残留分析方法的可靠性要素: 灵敏度、 准确度、 精密度、 专一性、 分析校准曲线等。 该分析方法的可靠性体现在: 灵敏度用“方法检出限为3.5 ～8.5 ng/L”; 准确度用 “加标回收率为70.2% ～108%”、 “相关系数大于0.99”; 精密度用“相对标准偏差为0.98% ～15.8%”。 第二问学生可以根据教材所学内容回答。第三问通过阅读文献正文进行分析, 总结萃取头类型、 萃取时间、 萃取温度及离子强度等条件对萃取效率的影响。 通过文献分析学生熟练实际样品中农药残留分析基本要素, 明确实验思路, 同时了解农药残留分析科研方面论文的撰写格式及框架,便于学生学以致用。

3.2 项目式教学

结合化工专业学生特点开展项目教学。 如在学习农药残留分析时, 根据收集的不同行业和企业的案例, 在授课中结合实际分析项目开展教学。 例如: 德国《焦点》周刊称, 位于慕尼黑的环境研究所当天公布一份测试报告显示, 德国最畅销的14种啤酒品牌都含有农药草甘膦。 根据项目内容回答: 草甘膦的检测应使用何种仪器? 并说明原因; 如何计算获得草甘膦的含量? 从方法适用范围、 基本原理、 实验条件和仪器操作要求等方面综合分析, 确定实验方案, 最后学生进入实验室完成分析测试。

3.3 案例讨论法教学

贴近生活, 开展案例讨论法教学, 如提出“化工行业中生产的机磷农药产品有哪些类型?、 如何测定果蔬中有机磷农药辛硫磷残留?” 等问题, 例如: 有机磷农药(OPs)具有杀虫效率高、 防治范围广、 成本低、 易降解等特点, 在农业生产中得到广泛使用。 辛硫磷(O-α-氰基亚苯基氨 基-O, O-二乙基硫代磷酸酯)是有机磷农药中应用最广泛的农药之一, 用于防治地下害虫, 尤其对花生、 蔬菜等作物的鳞翅目害虫有良好的作用。 由于有机磷农药的大量使用和在食物链中的残留富集, 对人类健康产生了潜在威胁。 根据中华人民共和国国家标准食品中辛硫磷最大残留限量标准(GB 14868-94)中指出水果、 蔬菜中辛硫磷最高残留限量(0.05 mg/kg 限量)因此, 找到一种高效、 准确的辛硫磷检测方法十分必要。 线上安排学生在利用学习通进行任务式分组讨论, 并以小组的形式进行简短文字或语音汇报。 后续有学生根据讨论方案, 利用辛硫磷农药具有电化学活性的特点, 使用电化学工作站, 通过循环伏安法使辛硫磷在玻碳电极上发生还原反应从而进行定量分析, 通过峰电流(ip)计算农药残留含量。 优化实验测定条件, 考察了扫描速率、富集时间、 不同pH 电解液对辛硫磷农药测定的影响, 样品采用丙酮提取氮吹浓缩后直接检测。 实验结果表明农药含量在2.682×10-6～1.904×10-4mol/L 范围内与峰电流呈线性关系, 相关系数R2=0.998, 加标回收实验得到回收率为96% ～103%,相对偏差(n=5)为0.3%。 因此该方法操作简便快捷, 测定结果准确, 灵敏度高, 适用于水果、 蔬菜中辛硫磷的测定。 并使用该方法对学校农场中蔬菜、 水果中辛硫磷的残留量进行了取样调研, 通过案例讨论法教学, 提高了学生综合运用化工专业知识分析并解决问题的能力。

4 农药残留分析课程网络教学实践分析

4.1 线上教学质量得到保证

线上教学确实打破了传统的时空局限, 满足高质量教育资源共享, 最大限度地发展教育功效等, 因此在高等教育领域探索较多[4-6], 同时老师能对学生学习情况进行实时监控。 本次农药残留分析课程线上教学通过多种平台互补交叉使用, 基本解决了该课程专业性、 综合性强, 实践操作要求高等学习难题, 能满足课程教学要求, 学习效果良好。

第一, 学生锻炼自学能力, 提高学习效率。 学生自我监督, 自我管理, 考验自己网络时代的自学能力, 自我提升, 为毕业后进入科研、 工作岗位打下基础。 第二, 农药残留分析是一门专业性和综合性很强的课程, 老师根据学生线上学习、 测评情况可以了解学生对知识的掌握情况, 进行查缺补漏。 发现学生阅读文献的能力有待提高, 提供农药残留分析相关文献,指导学生阅读分析文献。 还有学生对衡量实验方法的可靠性不明确, 需要补充误差、 分析结果的数据处理、 分析结果评价等相关知识点, 从而巩固学生的专业基础知识和提高学生的实践应用能力。 第三, 在直播答疑互动中引入我国农残分析的发展现状, 科研攻关是不可或缺的硬核力量。 启发学生思考, 激励大家努力学习, 注重科研探索, 发挥自己专业特长, 解决国家、 人民遇到的难题。 同时将科研先进事迹作为素材融入育人工作, 拓展课程思政。

4.2 进一步改进网络教学效果的思考

通过农药残留分析课程的在线教学实践, 发现了一些不足, 同时也启发了我们努力的方向。 第一, 在信息化时代, 教师对于教、 学生对于学都要意识到与网络是密不可分, 应该尽快适应新的教、 学模式。 第二, 教师利用网络技术开展教学的操作技术有待进一步提高, 或者学校对教师进行相关专项培训。 第三, 网络教学平台的功能有待增加和完善, 如有的电脑端不能直播, 有的不支持自动批改等设置, 有的学生遇到问题时, 不能够及时地反映给老师, 存在一定的滞后性等。 第四,网络课程门类还需进一步丰富, 特别是优质教学资源远远不足。 第五, 网速有待提高, 5G 网络的加速普及有望解决。 第六, 学生对于平台课程的学习效率不高, 特别是难度较大的课程。 缺少了与老师及时、 有效互动, 且每周课程知识更新密集度也无法与线下课堂相比, 会造成一种网课很轻松, 但是课后又比较茫然的局面, 这也可能是大多数平台课程的共性问题。需要教师积极引导, 增加其他方式的线上互动, 确保学生对知识点的掌握程度。

5 结 语

以农药残留分析课程在线教学实践为例, 探索信息化时代快速构建课程网络授课的方案。 多种平台交互使用, 实时跟踪学生学习, 加强师生互动。 根据过程考核情况, 对学生专业知识进行查缺补漏, 同时将思政元素有机融入教学, 提升学生的道德修养和科学素养。