现代信息网络下“食品分析与检验”实验教学模式的探索与实践

赵秋艳，黄现青，乔明武，崔文明，张秋会，王 凡，宋莲军

（河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州 450002）

随着科学技术的发展，传统教学方式已不能满足学生个性化学习与发展的需要。2012年3月，我国教育部颁布了《教育信息化十年发展规划（2011—2020）》，规划中明确提出了高等教育信息化的核心任务是：“推进信息技术与高等教育的深度融合，创新人才培养模式”。探索信息技术与教学方法深度融合的规律，深入研究信息化环境下教学模式的发展与创新，成为当前高校教师的职业责任和现实需求。

培养创新综合应用型人才是“新工科”建设的重要内容之一，基于食品学科本身的特点，注定了食品专业课程需以“技能培养”为目的，而非单纯的传授知识，而教育教学方式的改革是达成培养创新型高素质人才目标的手段之一。“食品分析与检验”是食品科学与工程、食品质量与安全、食品营养与检验教育等相关食品专业的核心必修课程之一，“食品分析与检验”实验是该课程实践和教学的重要组成部分，具有实践性强、应用性强、内容丰富、涉猎面广的特点[1-2]。“食品分析与检验”实验是食品学科实验课程的重要分支，其教学效果对学生的知识结构、专业知识和技能的掌握具有重要影响[3]。为了进一步提高食品专业学生分析解决问题的能力，培养其创新意识与思维能力，必须对现有的“食品分析与检验”实验教学模式进行改革。

针对目前“食品分析与检验”实验教学中普遍存在的问题，结合河南农业大学的教学实践，充分利用现代信息网络技术与环境，对“食品分析与检验”实验教学模式进行了探索与实践。

1 当前“食品分析与检验”实验教学中存在的问题

1.1 实验内容多，学时少，部分实验教学目标难以达成

“食品分析与检验”实验内容涉及食品的组成成分、有害物质、功能性等成分的分析，分析方法包括感官检验、物理检验、化学检验、仪器分析等[4]。在实验教学项目上包括“食品的取样与预处理、食品的感官检验、物理检验、食品酸度的测定、食品水分和水分活度的测定、蛋白质的测定、氨基酸含量与组成分析、脂类的测定、灰分的测定、矿物质的测定、维生素的测定、碳水化合物的测定、转基因食品检测、食品添加剂的测定、农药兽药残留测定、重金属测定，以及其他有毒有害成分检测、功能性成分检测”等教学项目，实验内容丰富、庞杂，而目前“食品分析与检验”实验的课程学时并不能确保食品中每一成分的检测都能在课堂实验中进行。并且，即使同一检测样品的同一检测目标，常用的检测的方法也不止一种。例如，蛋白质的测定方法除了凯氏定氮法之外，双缩脲法、考马斯亮蓝法在生产实践和科研中应用也较多。但在有限的实验教学时间内，教师往往只能选择部分实验项目作为课堂实验，对于未开展部分的实验，并不能确保学生是否已经掌握。

此外，“食品分析与检验”实验中，部分实验需要的时间较长，如蛋白质的测定、脂肪的测定需要6～8 h，甚至更长时间。在实验前，教师往往需要占用一部分时间对实验仪器的使用进行讲解，造成学生独立操作实验的时间会更短，在课堂上很难完整地完成一个实验项目。因此，教师往往采取简化某些测定步骤，如脂肪的索氏抽提法中，在称取样品之前，烧瓶应烘干至恒质量，样品也需要处理至干燥粉碎状态，由于时间所限，且考虑到实验的连续性，该部分实验内容往往会被教师提前处理好，学生并没有全程参与并完成实验。或者有些教师会将样品抽提的时间缩短，这样学生得不到实验的结果，无法直接验证实验效果，自然也无法找出实验成功或失败的可能原因。学生无法通过实验提高，也会丧失实验的积极性，以致教学效果不理想。

1.2 学生缺乏充分的操作训练，基础实验操作技能有待提高

“食品分析与检验”实验通过实验原理和操作步骤的讲授，使学生掌握食品中某一成分的检测方法，实验操作的完成有赖于前期学生在食品分析、仪器分析等实验课程中获取的各种实验技能。但在实验课堂教学中，教师经常发现学生的实验技能水平不同，很大一部分学生仍存在移液管、滴定管、定容等基本操作不规范，分光光度计、天平、酸度计不会使用或使用不熟练的问题，这类问题在其他高校也普遍存在[5]。这给“食品分析与检验”实验的顺利进行带来困难。尤其是开设一些设计性、综合性实验，很难保证每个学生或每组学生都能顺利进行，达到实验教学目标。如果教师再花时间进行这些操作技能的培训，将会占用课堂实验的时间，且在实验过程中，由于学生人数较多，而实验操作步骤又频繁，教师很难及时发现每位学生操作的不当之处进行纠正，因此很难达到理想的实验教学效果。

1.3 实验层次低，综合性、设计性实验少，学生分析解决问题能力差

目前，“食品分析与检验”开设的实验多为验证性的基础实验，注重对学生操作技能的培养，而综合性、设计性实验较少，不能满足对学生分析解决问题能力和创新能力培养的要求。基础性实验一般都是教师提前选好实验项目，定好实验方案，配好实验试剂，在教师讲解后，学生在教师指导下按照实验要求和步骤一步步进行操作。这种填鸭式教学不利于发挥学生的主动性和能动性。对于已经开设的综合性实验，由于学生操作技能的欠缺，对不同实验方法在实践中缺乏深入掌握的过程，实验效果往往不够理想。

1.4 实验教学效果评价方式单一，考核机制不够完善

传统实验课主要通过学生的出勤率和提交的实验报告等进行最终考核，对实际操作能力考核不够严格。这种传统的考核方式不能对学生进行客观评价，学生只要认真书写实验报告，即使不动手操作也能够拿到及格的成绩，这不利于学生积极性和主动性的发挥，达不到锻炼学生基本实验技能、培养学生思维能力和创新能力的目的。

2 信息网络下“食品分析与检验”实验教学改革的探索与实践

2.1 充分利用网络平台，建设网上实验教学资源库

针对“食品分析与检验”实验内容多、学时少的特点，河南农业大学“食品分析与检验”课程组利用已经在爱课程平台建设的MOOC在线开放课程（该课程被评为河南省在线开放课程），增加了与课程实验相关的实验教学资源建设。针对部分不能在实践中开设的实验，一方面通过录制视频，对实验的原理、仪器、操作步骤与实验结果进行详细的理论讲述；另一方面录制实验操作的微视频，学生可熟悉整个实验过程，使学生对实验原理、操作有直观的认识，而不是仍停留在抽象的理论上。对于实践中开设的部分实验，课程组根据自身实验条件，录制了实验中每一步骤的操作演示，尤其是一些仪器的使用操作，让学生能够在实验前进行预习，这样就节省了课堂实验中教师讲授的环节，留出更多的时间让学生动手操作完成实验，提高了实验课堂的教学效率。此外，通过课前预习学生熟悉了实验操作，对实验的理解和运用会进一步加深，在实验过程中，学生会更多地发挥自主性，教师只是起指导的作用。

2.2 通过虚拟仿真实验项目，对学生基本动手操作能力进行培养

虚拟仿真技术的兴起，打破了传统的教育模式，为“食品分析与检验”实验课程的改革提供了一条崭新的道路，也为学生实验技能的培养提供了一种新的方式。针对“食品分析与检验”实验教学中普遍存在的基本实验操作技能欠缺，学生之间操作技能的掌握有较大差异的现状，利用网络教学能够满足不同个体需求的特点，“食品分析与检验”课程组对建立虚拟仿真实验项目，培养提高学生的基本操作技能。课程组在多年教学实践中，发现学生普遍存在移液管、滴定管使用不规范，酸度计不会校正与使用等问题，因此初步选择了油脂酸价、过氧化值等品质指标特性测定的虚拟仿真实验（该项目被批准为河南省示范性虚拟仿真实验教学项目），这些实验中涉及样品移取、天平的使用、滴定管的使用、酸度计的使用的一些基本操作，让学生通过这些操作熟悉并掌握食品分析与检验中的一些基本动手技能。这些实验项目学生可以根据个体情况随时随地通过网络进行学习，次数不限。实验中针对错误的操作设计了错误提示，学生可以根据提示纠正错误的操作方式，同时教师也可在后台了解每位学生的实验操作问题，可对共性问题进行重点讲解或纠错，或针对个性问题进行个别指导。这样通过虚拟仿真实验的网络平台，可以将部分只能在课堂实践中需要达到的教学目标，分散到各个虚拟仿真实验中，克服传统教学时间、地域和教育成本的限制，同样达到培养学生的仪器操作能力及基本专业技能的目标。

2.3 采用线上线下相结合的混合式教学模式，对实验内容进行革新，培养学生独立思考问题的能力

验证性实验对培养学生的基本技能是必要的，但仅有验证性实验是不够的。验证性实验给学生的可选择空间小，对学生的能动性要求低，实验设计往往由教师完成，学生只需按步骤进行操作，并对实验结果进行计算分析，其实验难度低，不利于学生主动思考和创新思维的培养，因此综合性、设计性实验的开设很为必要。但综合性、设计性实验的顺利完成，需要学生掌握一定的理论知识，并有一定的操作技能，才能保障实验的教学效果。各高校在实践中受各种条件所限，开设此类实验较少，且由于学生基本技能的差异性、知识结构掌握不够完善等因素所限，即使开设有此类实验，实验效果往往并不理想。

现代教育技术和互联网的发展，带来了教学手段的革新和在线课程的广泛应用，这也为实验教学模式的改革提供了新技术、新思维。目前，以MOOC为代表的线上教育展现出了巨大的优越性和社会价值，各大高校对不同课程理论教学模式的改革和实践进行了广泛的研究，但在实验教学中的应用，开展的研究较少。河南农业大学“食品分析与检验”课程组利用爱课程网站上建设的在线开放课程和河南省示范性虚拟仿真实验教学项目（食品中脂类物质劣变评价虚拟仿真综合实验），采用线上和线下相结合的教学模式，发挥各自所长，增加了实验中综合性实验、设计性实验的比例。线上实验教学资源的建设，为学生前期自主学习提供了条件，学生可以通过查阅文献，利用线上资源主动学习，进行设计性实验，并且在综合性实验中，能够正确操作，顺利完成实验，达到预期的实验教学目标。如在脂肪测定的教学内容中，要求学生先在爱课程平台上学习脂肪测定中索氏抽提法、酸水解法的原理、注意事项，以及索氏抽提的全过程操作等视频资源，通过虚拟仿真实验掌握天平、索氏抽提仪、干燥箱等仪器的使用方法，掌握样品称取、移取等规范的实验操作。然后教师布置实验任务，指定实验材料和测定目标，学生分组开展实验。学生可以自由选择测定方法（采用索氏抽提法或酸水解法，任选其一），根据测定要求设计实验方案，并在规定的时间内将方案发给教师。教师把各组方案修改后返还给各组，各组按照各自拟定的实验方案进行实验，实验完成后，选择同种方法的小组间进行交流分析，根据测定结果的不同，结合实验方案分析样品预处理，如是否进行干燥、样品粉碎粒度大小等因素对实验结果的影响，提出根据实验原料特性最适宜的样品处理方法。然后选择不同方法的小组对实验结果进行分析对比，分析2种方法的测定结果是否有差异，如有差异，原因是什么，并归纳出2种方法的适用范围和特点。最后，教师对实验结果进行点评和总结，使学生真正掌握在实践中分析解决问题的能力。在实验设计和完成过程中，组内和组间同学相互沟通、互动交流，活跃了思维、开阔了视野，也培养了大家的团队协作能力。该实验的开展，可以鼓励学生进行开放性思维，提高学生自主思考的能力。实验过程中，学生的兴趣也很高，尤其是完成实验后，学生的成就感更强，增加了其研究探索的兴趣和自主性。2.4 课程考核方式的改革

“食品分析与检验”课程传统的考核方式一般是期末闭卷考试结合平时成绩，如实验成绩作为平时成绩的一部分，闭卷笔试考试作为结课期末考试成绩，两项加权相加得到总成绩。但“食品分析与检验”课程具有很强的实践性，重在实际的检测分析，这种考核方式并不能很好地反映学生水平和教学效果，且容易引导学生注重考试而忽视实践技能的培养。因此，必须对“食品分析与检验”课程的考核方式进行彻底改革，抛弃单一的考试考核，建立多元化的考核评价体系，以提高学生的综合素质和培养学生的创新能力。课程组在课程考核中，采用过程评价、目标评价、能力评价“三位一体”的评价方式。过程评价以学生在教学过程中的参与程度作为评价的基本标准；目标评价以课程标准目标作为评价的重要标准；能力评价以学生运用本课程知识解决相关理论和实际问题为参照标准。该评价方法避免了传统教学“重结果，轻过程”的不足，具体成绩评定包括4个部分。这4个部分考核中均把食品分析与检验实验纳入其中。①线下考核，占总成绩的50%，具体方式为笔试，笔试内容包括实验操作的理论部分；②平时成绩，平时成绩的评定依据包括学生的考勤考纪、学习态度、课堂表现、课后作业及其他的方式进行，占10%，其中包括实验课程前的预习、实验报告的撰写、实验完成后教师的评定以及小组内部成员的互评等；③线上考核，占总成绩的30%，内容包括单元测验、课堂讨论、线上期末考试等，包括学生对线上教师提出的实验操作方法、方案设计、方法选择问题的讨论与思考；④实验技能考核，占10%。课程结束后，教师设计考核题目，并提供实验材料、仪器等实验场所，学生在指定时间内完成实验操作，给出实验结果。用于考核的实验操作是综合性的实验，包括样品的预处理、样品称量、移取、定容等基本操作等，要求学生独立操作，当场给出实验报告，教师制定出相应的评分标准，依据学生的完成情况给出考核成绩。这一措施的实施，极大地激发了学生的动手积极性。

3 结语

为了进一步提高食品专业学生的分析解决问题能力，培养其创新意识与思维能力，必须对现有的“食品分析与检验”实验教学模式进行改革。基于课程组所建设的在线开放课程和虚拟仿真实验项目，对传统的“食品分析与检验”实验课程提出线上线下混合式的教学模式。利用虚拟仿真实验，对学生基本动手操作技能进行培养；利用在线开放课程的实验教学资源，加深学生对实验操作原理、操作步骤的理解，将传统课堂实验的部分任务移交到线上教学去完成，节省实验学时，提高实验课堂的教学效率，并为综合性、设计性实验的开设提供了条件保障，在此基础上，增加了设计性实验、综合性实验所占比例。在课程考核中，通过将实验考核纳入到教学过程的各个环节，加强对实验技能操作的考核，提高学生对实验技能的重视。通过初步的实验教学改革实践，受到学生的欢迎，取得了较好的教学效果，极大地提高了实验课堂教学的质量和效率。但应用中也存在一定问题，如目前的教学资源数据库不够丰富全面；虚拟仿真实验项目数量偏少，需要不断完善；实验内容的筛选仍需不断在实践中升华等。

总之，现代网络技术的应用为传统教学改革带来了前所未有的机会，但是如何有效利用该技术为实验教学服务，使信息技术和传统教学深度融合，达到良好的教学效果，仍需在实践中不断探索和完善。