崔艷，樊秀花，張業(yè)尼，宋茜，呂文

(1.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津農(nóng)產(chǎn)品加工工程技術(shù)中心，天津 300384)；2.天津市利民調(diào)料有限公司，天津 300308)

0 引言

2020年教育部發(fā)布了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》[1]，兩年來(lái)各高校對(duì)線上線下課程教學(xué)進(jìn)行了大量的探索，最難的就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其中專業(yè)實(shí)驗(yàn)課難上加難，例如工業(yè)發(fā)酵分析課程是對(duì)實(shí)際發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中原、輔料，中間品，副產(chǎn)物及成品組分、含量及質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)分析的極強(qiáng)技術(shù)性和應(yīng)用性的實(shí)驗(yàn)課[2]，涉及產(chǎn)品整個(gè)工藝過(guò)程控制、保證產(chǎn)品質(zhì)量、進(jìn)行成本核算，是開(kāi)發(fā)新工藝、新產(chǎn)品必不可少的學(xué)科，具有重要的生產(chǎn)指導(dǎo)意義[3]。隨著科技進(jìn)步和人民對(duì)健康產(chǎn)品例如藥品、調(diào)味品、食品、保健品及其添加劑成分的安全需求日益加深，發(fā)酵產(chǎn)品的范圍已經(jīng)從過(guò)去大家認(rèn)知的酒類、醬油、醋、味精等調(diào)味品，發(fā)展到包括抗生素、激素、維生素、植保農(nóng)藥等藥物類；酶制劑、氨基酸、核糖、核酸類；有機(jī)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(chǎn)品用途幾乎已涵蓋了各個(gè)領(lǐng)域。因此該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)急需改革，一方面是科技快速發(fā)展帶來(lái)的更多品類檢測(cè)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)已有很大的局限性；另一方面是應(yīng)對(duì)類似新冠疫情等特殊情況時(shí)應(yīng)提供更靈活方便且高水準(zhǔn)的教學(xué)模式。

而線上線下混合的教學(xué)模式可以彌補(bǔ)這種缺陷。目前線上包括兩種模式：小規(guī)模限制性在線課程SPOC(small private online course)[4]和大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程MOOC(massive open online course)。利用SPOC小規(guī)模特性，結(jié)合我院生物工程專業(yè)特點(diǎn)對(duì)發(fā)酵分析要求整合課程資源，小范圍提供區(qū)別化的、因校而異、因方向而異、因產(chǎn)品而異的具排他性和差異化的定制課程；同時(shí)提供開(kāi)放的、免費(fèi)的國(guó)內(nèi)外一流的發(fā)酵分析及相關(guān)工藝課程MOOC資源，給與學(xué)生專業(yè)共性的常規(guī)內(nèi)容；再結(jié)合線下理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)、多品類樣品的實(shí)驗(yàn)操作、交流討論，多樣化考核來(lái)強(qiáng)化課程學(xué)習(xí)，提高分析與工藝的關(guān)聯(lián)度，夯實(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，開(kāi)發(fā)學(xué)生發(fā)酵產(chǎn)品方面的國(guó)際視野，拓展專業(yè)思維，激發(fā)專業(yè)從業(yè)興趣，從而真正培養(yǎng)出國(guó)家和企業(yè)需要的應(yīng)用型專業(yè)人才。

但由于該課程涉及面廣，線上MOOC資源少，仿真實(shí)驗(yàn)幾乎沒(méi)有，所以急需對(duì)該課程進(jìn)行SPOC+MOOC混合線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行深入的探索和研究，集結(jié)線上優(yōu)質(zhì)資源，與企業(yè)聯(lián)合錄制不同發(fā)酵產(chǎn)品工藝視頻，以混編方式將工藝和分析結(jié)合，重新合理化制定教學(xué)目標(biāo)以配合本專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

1 工業(yè)發(fā)酵分析課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品、檢測(cè)項(xiàng)目及方法的局限性

首先目前發(fā)酵分析樣品還集中在我國(guó)傳統(tǒng)酒類如白酒、啤酒、葡萄酒等；調(diào)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(chǎn)品的檢測(cè)涉及很少，這對(duì)學(xué)生未來(lái)從事此類產(chǎn)品的研究或生產(chǎn)是全新挑戰(zhàn)。其次檢測(cè)項(xiàng)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(fā)酵半成品的檢測(cè)幾乎沒(méi)有。一方面檢測(cè)項(xiàng)目缺乏新的企業(yè)已增加的必檢項(xiàng)目，另一方面中間品的檢測(cè)缺失難以讓學(xué)生了解半成品分析對(duì)工藝過(guò)程控制的重要性及聯(lián)系，更談不上通過(guò)分析中間品來(lái)判斷過(guò)程是否正常。因此需要高校和發(fā)酵企業(yè)建立產(chǎn)學(xué)研的密切聯(lián)系，企業(yè)提供中間品，包括正常的和非正常樣品，既可保證實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的全面性，又能幫助企業(yè)分析原因，共同解決企業(yè)生產(chǎn)中遇到的難題，促成實(shí)驗(yàn)教學(xué)和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的雙贏，也是高校未來(lái)實(shí)踐教學(xué)發(fā)展的方向。第三同一檢測(cè)項(xiàng)目的分析目前只用一種方法，對(duì)差異化樣品檢測(cè)較少，例如酸度測(cè)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(fā)酵液就不能用此種方法，盡管檢測(cè)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(cè)定和醬油含氮量測(cè)定也差異很大。故應(yīng)該將同一分析項(xiàng)目的不同方法都加在實(shí)驗(yàn)操作中，這樣效果會(huì)事半功倍。

1.2 預(yù)習(xí)、操作和結(jié)果判斷不到位

幾乎所有實(shí)驗(yàn)老師都有這種感覺(jué)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)等同于抄寫(xiě)一遍實(shí)驗(yàn)冊(cè)，對(duì)內(nèi)容不求甚解，最了解也就是反應(yīng)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(shè)定如溫度等的目的、及終點(diǎn)的現(xiàn)象或判斷依據(jù)都一概了了，預(yù)習(xí)流于表面，其意義達(dá)不到20%。這無(wú)疑加大了實(shí)驗(yàn)操作難度，很多同學(xué)都是看一句操作一句，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中錯(cuò)誤頻出。教師的演示和注意事項(xiàng)的反復(fù)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(yù)熱時(shí)長(zhǎng)，終點(diǎn)的判斷，包括刻度不正確讀取等都是實(shí)驗(yàn)普遍存在的現(xiàn)象。但因?yàn)檎n時(shí)有限不可能讓學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作，因此效果會(huì)大打折扣。而對(duì)實(shí)驗(yàn)的正確或合理也不能僅依靠幾個(gè)平行試驗(yàn)，或誤差范圍來(lái)說(shuō)明，有的市售產(chǎn)品如啤酒酒精度，市售產(chǎn)品標(biāo)注是≥2.5%(體積比)，但不同組的檢測(cè)結(jié)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(shí)達(dá)到50%以上。所以說(shuō)有效的預(yù)習(xí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮?，才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，才能通過(guò)分析判斷樣品是否符合使用標(biāo)準(zhǔn)，或達(dá)到出廠要求。而通過(guò)半成品的檢測(cè)分析，結(jié)合產(chǎn)品的工藝過(guò)程，來(lái)探索和研究發(fā)酵進(jìn)行是否正常，才能學(xué)會(huì)調(diào)整工藝，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。但目前的教學(xué)有限的理論講解和實(shí)驗(yàn)操作，確實(shí)達(dá)不到理想的效果。

2 線上線下結(jié)合在工業(yè)發(fā)酵分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

2.1 線上課程SPOC和MOOC對(duì)于工業(yè)發(fā)酵分析課程教學(xué)的意義

應(yīng)該說(shuō)SPOC線上授課很契合我院生物工程專業(yè)約60人的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)教學(xué)，它不只簡(jiǎn)單地復(fù)制線下課堂的PPT講解，而是教師通過(guò)編輯整合課程講義PPT、符合本專業(yè)方向偏中下游的工業(yè)發(fā)酵分析及工藝的線上資源和企業(yè)技術(shù)視頻資源、分析檢測(cè)的國(guó)標(biāo)企標(biāo)、相關(guān)檢測(cè)方法文獻(xiàn)、發(fā)酵分析及相關(guān)工藝的圖書(shū)資料，為本專業(yè)學(xué)生量身定制的區(qū)別于其他院校的課程。然后教師作為知識(shí)點(diǎn)的指導(dǎo)和教學(xué)組織者，通過(guò)在線平臺(tái)例如超星學(xué)習(xí)通、智慧樹(shù)、雨課堂等或QQ群、微信群同步組織學(xué)生交流研討，隨時(shí)提供個(gè)別化和差異化的指導(dǎo)，同時(shí)又強(qiáng)調(diào)和解決實(shí)驗(yàn)共性的問(wèn)題。

教師甄別和優(yōu)選線上國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的發(fā)酵工藝和分析MOOC資源，進(jìn)行剪輯、改編，充分又恰當(dāng)?shù)厝谌氲絊POC課程內(nèi)容中，最大限度發(fā)揮全球范圍內(nèi)稀缺MOOC資源的效力，做到線上教學(xué)既有共性和個(gè)性，又有深度和廣度。這樣的教學(xué)模式會(huì)強(qiáng)烈地激發(fā)教師的資源知識(shí)面擴(kuò)充及更新動(dòng)力，重新定義了教師和學(xué)生在該課程教學(xué)中的位置；同時(shí)更加突出學(xué)生主體性，深入?yún)⑴c了解發(fā)酵分析和工藝的關(guān)聯(lián)，完整體驗(yàn)該課程應(yīng)用的廣泛性，激發(fā)其熱情，拓寬其思路。

2.2 線上和線下混合教學(xué)對(duì)工業(yè)發(fā)酵分析課程教學(xué)的作用

相比傳統(tǒng)課堂，SPOC小范圍且資源豐富形式多樣的線上教學(xué)模式更能幫助學(xué)生做好預(yù)習(xí)工作，課前提前開(kāi)放便于了解實(shí)驗(yàn)，例如要做啤酒的酒精度、雙乙酰等分析實(shí)驗(yàn)，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(shí)將啤酒廠錄制的釀造啤酒的生產(chǎn)工藝視頻整合在其中，還要將該完整實(shí)驗(yàn)操作視頻放入其中。充分提高學(xué)生的參與度，深入理解檢測(cè)分析對(duì)工藝控制及產(chǎn)品品質(zhì)的重要性，掌握實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作重點(diǎn)和注意事項(xiàng)，以便在線下實(shí)驗(yàn)過(guò)程中迅速進(jìn)入狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)操作中也可以對(duì)照視頻對(duì)錯(cuò)誤操作做出及時(shí)調(diào)整。對(duì)于那些調(diào)皮搗蛋的學(xué)生來(lái)說(shuō)這無(wú)疑是最好的推動(dòng)力，更別說(shuō)優(yōu)秀學(xué)生了。而且課后線上SPOC的延時(shí)開(kāi)放，能夠隨時(shí)幫助學(xué)生回顧和復(fù)習(xí)。這種SPOC課信息量密集，學(xué)生可以接觸到一流的教學(xué)和最新技術(shù)和最前沿的應(yīng)用，能帶來(lái)傳統(tǒng)課堂沒(méi)有的挑戰(zhàn)和興奮度，是一種高效的知識(shí)傳遞方法。真正實(shí)現(xiàn)了課前、課中、課后的預(yù)見(jiàn)性、重復(fù)性、可持續(xù)性、高可視性，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。比起單純地觀看MOOC或者騰訊會(huì)議講授課程PPT，該教學(xué)模式無(wú)疑具有更加有效的學(xué)習(xí)效果。

2.3 SPOC結(jié)合MOOC線上混合線下教學(xué)的評(píng)價(jià)

當(dāng)然如果想讓所有的學(xué)生既不翹課，又能自發(fā)自愿地去線上學(xué)習(xí)，除了課程資源豐富，實(shí)驗(yàn)視頻相關(guān)性強(qiáng)、精細(xì)而生動(dòng)外，還需要設(shè)置一些目前常見(jiàn)的簽到、任務(wù)點(diǎn)、小測(cè)試、小關(guān)卡、小評(píng)價(jià)等，但是個(gè)人認(rèn)為不易過(guò)于復(fù)雜，會(huì)增加學(xué)生的反感度，浪費(fèi)大量的時(shí)間，可能還會(huì)發(fā)展為僅完成任務(wù)或者互相作弊。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的是要讓學(xué)生掌握所學(xué)內(nèi)容，因此線下的實(shí)際操作是必須的且更重要的。即使是線上虛擬實(shí)驗(yàn)也和親自動(dòng)手無(wú)法相提并論，所以線下操作就是要檢驗(yàn)并體現(xiàn)線上線下結(jié)合教學(xué)是否真正優(yōu)于傳統(tǒng)線下教學(xué)的關(guān)鍵，線下教學(xué)過(guò)程中教師需要做的是：(1)當(dāng)場(chǎng)隨機(jī)隨時(shí)提出問(wèn)題，請(qǐng)學(xué)生解答；(2)觀察各小組實(shí)際操作是否規(guī)范，注意事項(xiàng)是否到位；(3)分析指標(biāo)的結(jié)果務(wù)必當(dāng)堂計(jì)算完成，同時(shí)與正確合理的結(jié)果進(jìn)行比較，并當(dāng)場(chǎng)分析結(jié)果誤差的原因，因?yàn)榇藭r(shí)快速回憶操作過(guò)程是最容易的；(4)對(duì)操作規(guī)范結(jié)果準(zhǔn)確的小組給予表?yè)P(yáng)，同時(shí)鼓勵(lì)做錯(cuò)的學(xué)生，并及時(shí)向及全體同學(xué)解釋和分析錯(cuò)誤操作對(duì)結(jié)果造成的影響，個(gè)人認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課操作或結(jié)果錯(cuò)誤并不是壞事，是能更好發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題，以避免將來(lái)重復(fù)此類錯(cuò)誤的最佳機(jī)會(huì)；(5)效果考核，除了理論考試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作、出勤等常規(guī)方式以外，有效地、有針對(duì)性地進(jìn)行差異化實(shí)驗(yàn)操作或操作問(wèn)題解答的隨機(jī)分組考試，提前確定差異化考核時(shí)間，隨機(jī)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(guò)程操作；有的回答啤酒原麥芽汁濃度時(shí)重量法和容量法的區(qū)別；因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)間的長(zhǎng)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(cè)定和計(jì)算等。這樣的SPOC+MOOC線上混合線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該是存在于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的真正價(jià)值所在。

3 線上和線下教育模式在工業(yè)發(fā)酵分析實(shí)驗(yàn)中的發(fā)展前景

首先，SPOC相比MOOC成本更低，對(duì)天津農(nóng)學(xué)院這樣的院校更加適合，更容易實(shí)現(xiàn)。師資力量目前也不足以在該課程領(lǐng)域內(nèi)像雙一流大學(xué)那樣提供優(yōu)質(zhì)MOOC服務(wù)于整個(gè)社會(huì)，暫時(shí)也不能像清華、天大那樣將自己優(yōu)秀的SPOC課程推廣到全球校園，但可以將好的MOOC資料、企業(yè)生產(chǎn)資料借鑒過(guò)來(lái)，結(jié)合自身專業(yè)設(shè)置特點(diǎn)，工業(yè)發(fā)酵分析的覆蓋面，來(lái)豐富、設(shè)計(jì)及集成為自己的SPOC課，打造更好的可持續(xù)發(fā)展的線上線下更符合我院專業(yè)特色的工業(yè)發(fā)酵分析教學(xué)模式。

其次，可以和其他學(xué)科例如計(jì)算機(jī)系、電子工作系、化學(xué)系等跨學(xué)科通過(guò)MLabs虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)APP，聯(lián)合打造虛擬工業(yè)發(fā)酵分析實(shí)驗(yàn)課。這也符合教育部《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》中提高高校學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的要求[5]。目前這門實(shí)驗(yàn)在平臺(tái)上還是空白，只有無(wú)機(jī)、有機(jī)、物化、儀器分析等部分仿真實(shí)驗(yàn)，但這也為工業(yè)發(fā)酵分析提供了部分基礎(chǔ)，例如藥品試劑的稱量、實(shí)驗(yàn)裝置的搭建，計(jì)算的完成，過(guò)程評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)都可以借鑒，需要做的是將發(fā)酵分析的主要實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象、注意事項(xiàng)等更好地融入其中。因此未來(lái)更需要跨學(xué)科和跨專業(yè)的教師隊(duì)伍精誠(chéng)合作，構(gòu)建出身臨其境的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境完成培養(yǎng)人才的使命。

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用型人才是國(guó)家發(fā)展的源動(dòng)力，是綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的保障，工業(yè)發(fā)酵分析課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)也肩負(fù)著提高大學(xué)生生物工程專業(yè)技能素養(yǎng)和實(shí)踐能力的重任。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的破舊立新勢(shì)在必行。今后仍有一段較長(zhǎng)的時(shí)間，需要我們依據(jù)國(guó)情疫情、科技發(fā)展、專業(yè)知識(shí)擴(kuò)充等因素來(lái)不斷地摸索、完善和改進(jìn)工業(yè)發(fā)酵分析課程線上線下混合教學(xué)的模式，以更成熟優(yōu)質(zhì)的教學(xué)方式推廣到其他專業(yè)課程，聯(lián)合定制出符合我院生工專業(yè)的課程體系的教學(xué)模式，培養(yǎng)出優(yōu)秀的生工專業(yè)人才。