“線上+線下+虛擬仿真”教學(xué)模式在食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探索

周 霖，王 瀾，王 主，周 波，劉旸旸，常 南，王斯瑤，楊巍巍

（沈陽醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，遼寧 沈陽 110034）

食品微生物檢驗(yàn)作為高等院校食品質(zhì)量與安全專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，應(yīng)用性和綜合性都很強(qiáng)，在為國家培養(yǎng)食品人才方面發(fā)揮了重要作用[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是食品微生物檢驗(yàn)課程的重要環(huán)節(jié)，以理論知識為基礎(chǔ)，主要培養(yǎng)學(xué)生對食品中的微生物進(jìn)行檢測和分析的實(shí)踐能力及良好的科研素養(yǎng)[2]。傳統(tǒng)食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主要依托線下實(shí)驗(yàn)室，受實(shí)驗(yàn)室空間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安全性、實(shí)驗(yàn)儀器的數(shù)量等因素的限制，學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ貌坏匠浞钟?xùn)練和培養(yǎng)。此外，由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員有限，新技術(shù)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難以引入本科教學(xué)，很難激發(fā)學(xué)生對食品微生物檢驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)興趣[3-4]。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，線上教學(xué)平臺如中國大學(xué)MOOC[5]、超星學(xué)習(xí)通[6]、Blackboard教學(xué)平臺[7]等被應(yīng)用于高等教育教學(xué)，打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，能有效發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提升綜合能力。虛擬仿真技術(shù)以計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)為基礎(chǔ)，融合了人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等前沿科技，最先被應(yīng)用于軍事和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域[8]。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以解決實(shí)驗(yàn)條件不足問題，還可以突破學(xué)生學(xué)習(xí)過程的時空限制，對于實(shí)驗(yàn)周期長、安全性要求高的食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來說，會讓實(shí)驗(yàn)更安全、更高效[3，9]。冠卓食品分析App或移動實(shí)驗(yàn)室App充分迎合了新時代大學(xué)生泛在化移動智能終端應(yīng)用習(xí)慣，使實(shí)驗(yàn)課程不再受實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)驗(yàn)儀器等不可控因素限制的同時，還可以利用碎片時間隨時開展實(shí)驗(yàn)，不僅為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了有效途徑，也培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，從而提升教學(xué)效果[10-12]。

雖然線上教學(xué)平臺和虛擬仿真技術(shù)使教學(xué)內(nèi)容更加豐富，且多元化教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但因?qū)W生缺少真正的實(shí)踐訓(xùn)練，不能牢固掌握實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、關(guān)鍵步驟和注意事項(xiàng)等，從而在很大程度上限制了主觀能動性的發(fā)揮和創(chuàng)造性的培養(yǎng)?；诖?，為提高食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)具有扎實(shí)專業(yè)能力和創(chuàng)新思維的食品專業(yè)人才，本課程團(tuán)隊(duì)充分利用虛擬仿真技術(shù)，融合線上線下混合式教學(xué)方法，探索建立了“線上+線下+虛擬仿真”教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)效果。

1 食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式：課前學(xué)生根據(jù)教師布置的任務(wù)，參考相關(guān)實(shí)驗(yàn)教材進(jìn)行預(yù)習(xí)；課上教師講解每個實(shí)驗(yàn)?zāi)K的原理、具體實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)操作需要注意的地方等，隨后邊演示邊指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)討論和總結(jié)。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)該模式存在明顯的不足之處，具體如下。

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源有限

食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的無菌實(shí)驗(yàn)室、各種設(shè)備和裝置造價較高，且需要具備相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室管理人員專門維護(hù)。同時，有限的教學(xué)資源無法滿足教師一對一指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的需要，因此學(xué)生會分成幾個實(shí)驗(yàn)小組，致使教師無法對實(shí)驗(yàn)過程中的錯誤操作及時糾正。另外，在基礎(chǔ)訓(xùn)練不足的情況下學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，可能會因操作不正確導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)儀器出現(xiàn)問題或?qū)嶒?yàn)材料浪費(fèi)，增加了實(shí)驗(yàn)成本[3]。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)受時間和空間的制約

食品微生物檢驗(yàn)一系列實(shí)驗(yàn)耗時較長，如食品中沙門氏菌的檢驗(yàn)包括各種培養(yǎng)基的配制與滅菌、沙門氏菌的培養(yǎng)與生理生化鑒定、沙門氏菌的特征檢測等項(xiàng)目，完成一個實(shí)驗(yàn)流程可能需要4天至一周的時間，這就使得學(xué)生無法全程參與操作復(fù)雜、耗能耗時的微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)。此外，實(shí)驗(yàn)中涉及致病微生物和有毒有害及易燃易爆試劑，若學(xué)生操作不規(guī)范就會有很大風(fēng)險[9]。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式缺乏時代性

傳統(tǒng)食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生課前根據(jù)教師布置的任務(wù)進(jìn)行預(yù)習(xí)，并按要求完成預(yù)習(xí)報(bào)告。而實(shí)驗(yàn)教師提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用材料與試劑，并完成部分實(shí)驗(yàn)流程，課上講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和注意事項(xiàng)等，演示后指導(dǎo)學(xué)生開展具體操作。在信息化時代，手機(jī)和電腦已經(jīng)成為大學(xué)生學(xué)習(xí)、生活中必不可少的一部分，傳統(tǒng)食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式必然不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也制約了其主觀能動性的發(fā)揮[2]。

1.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價方式單一

傳統(tǒng)食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生分成幾個實(shí)驗(yàn)小組，教師基于小組的整體表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評價。這種相對片面的評價方式對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)注度較高，而忽視了對每個學(xué)生的全過程和全方位評價。而且由于實(shí)驗(yàn)所需儀器相對有限，可能導(dǎo)致小組內(nèi)部分成員在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)“劃水”現(xiàn)象，抄襲他人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致動手操作能力較差[13]。

1.5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果欠佳

（1）食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)教材內(nèi)容單一，缺乏新技術(shù)手段的運(yùn)用，對學(xué)生的吸引力不足，致使多數(shù)學(xué)生不能按要求認(rèn)真預(yù)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)過程中存在“依葫蘆畫瓢”現(xiàn)象，缺乏深入學(xué)習(xí)和自我反思。（2）對于耗時較長或具有危險性的操作，學(xué)生無法全程參與實(shí)驗(yàn)過程，難以掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及注意事項(xiàng)。（3）因受客觀條件限制，學(xué)生需要在規(guī)定時間到實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這在一定程度上影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)探索和創(chuàng)新的積極性，導(dǎo)致育人效果不理想[11]。

2 “線上+線下+虛擬仿真”教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 “線上+線下+虛擬仿真”教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

根據(jù)食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱和本學(xué)科實(shí)情，采用“線上+線下+虛擬仿真”系統(tǒng)化、多元化教學(xué)模式，涵蓋課前、課上和課后3個階段，具體見圖1。課前學(xué)生在線上通過超星平臺和冠卓食品分析App或移動實(shí)驗(yàn)室App進(jìn)行預(yù)習(xí)和虛擬實(shí)驗(yàn)練習(xí)；在線下課堂上，首先進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)測評和分析，接著教師歸納總結(jié)學(xué)生線上預(yù)習(xí)情況，由表及里地引導(dǎo)學(xué)生理解每個實(shí)驗(yàn)原理和步驟，同時加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)的認(rèn)知，然后指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室開展線下實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)；課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，并基于超星平臺完成自主評測和課后知識的拓展與延伸。

2.2 “線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施

2.2.1 課前自主學(xué)習(xí)（1）基于超星平臺的自主學(xué)習(xí)：教師發(fā)布食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料（包含電子教材、課程教學(xué)大綱、教案、課件、視頻和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容等），學(xué)生根據(jù)自己的安排在超星平臺開展課前自主預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)過程中遇到任何問題，可以在討論區(qū)留言或在微信群與教師、同學(xué)討論。總之，基于線上平臺的學(xué)習(xí)可以充分利用碎片時間，不受地點(diǎn)限制，隨時隨地完成學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（2）基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)App的實(shí)驗(yàn)練習(xí)：通過課前線上預(yù)習(xí)，學(xué)生已基本清楚實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和具體要求，帶著任務(wù)進(jìn)入移動虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室開啟練習(xí)模式，身臨其境體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室全景和配置以及完整的實(shí)驗(yàn)操作流程。以食品中沙門氏菌的檢驗(yàn)為例，探索冠卓食品分析App在食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中的使用。

冠卓食品分析App有兩種模式：練習(xí)模式和考試模式。學(xué)生首先打開軟件，點(diǎn)擊練習(xí)模式，再選擇GB 4789.4-2016食品微生物學(xué)檢驗(yàn)—沙門氏菌檢驗(yàn)，點(diǎn)擊載入即可在虛擬實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)操作。在實(shí)驗(yàn)過程中每個實(shí)驗(yàn)步驟是一個關(guān)卡，只有完成此操作才能進(jìn)行下一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在練習(xí)模式下遇到任何問題，點(diǎn)擊“T”即可得到提示。整個實(shí)驗(yàn)包括無菌操作、配制1∶10的樣品溶液、增菌、分離、生化試驗(yàn)、血清學(xué)鑒定—自凝集檢測和血清學(xué)鑒定—多價菌抗原O鑒定7個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又包括若干步驟。學(xué)生在冠卓食品分析App上完成整個沙門氏菌檢驗(yàn)的操作流程，在對實(shí)驗(yàn)原理理解更加透徹的同時更好地掌握實(shí)驗(yàn)技能和操作注意事項(xiàng)。

2.2.2 課堂教學(xué)活動 通過課前在超星平臺的自主學(xué)習(xí)和在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)練習(xí)，學(xué)生已基本了解食品中沙門氏菌檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理和步驟。在線下課堂，學(xué)生進(jìn)入冠卓食品分析App考試模式進(jìn)行測試，因考試模式中無提示菜單“T”，學(xué)生可以檢測自己對實(shí)驗(yàn)所有環(huán)節(jié)的熟練程度和理解情況，系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況進(jìn)行智能評分。

教師根據(jù)超星平臺線上導(dǎo)學(xué)測評和虛擬實(shí)驗(yàn)評分報(bào)告，對學(xué)生的預(yù)習(xí)效果進(jìn)行全方位評估，在線下實(shí)驗(yàn)室先與學(xué)生討論互動，解決預(yù)習(xí)過程中遇到的各種問題，接著講授實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)并涵蓋所有注意事項(xiàng)。學(xué)生完全理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，在教師的指導(dǎo)下開展線下實(shí)驗(yàn)室操作，在操作過程中可隨時記錄重要步驟、有趣現(xiàn)象、出現(xiàn)的問題以及與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不同的地方，待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行小組匯報(bào)。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生對本次實(shí)驗(yàn)展開討論，同時總結(jié)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的普遍問題，全面探討實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和操作要點(diǎn)，并引入食品微生物檢驗(yàn)新技術(shù)的原理和應(yīng)用，不僅培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題能力，還開闊學(xué)生的眼界。

2.2.3 課后反饋與跟進(jìn) 學(xué)生在課堂上完成實(shí)驗(yàn)后，可在超星平臺完成自主測試，評估自己對本實(shí)驗(yàn)的掌握情況，同時基于線下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)分析、總結(jié)并形成報(bào)告。教師審閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告和線上測評結(jié)果，了解學(xué)生對本次實(shí)驗(yàn)的掌握程度。通過課前預(yù)習(xí)、課上練習(xí)和課后反饋，在學(xué)生已經(jīng)掌握了沙門氏菌檢驗(yàn)理論知識和技能操作的基礎(chǔ)上，教師對沙門氏菌檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步拓展，以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容滯后的不足。

（1）可利用超星平臺向?qū)W生推送食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)相關(guān)專欄文章、視頻和時事熱點(diǎn)事件，如科普動畫《不可忽視的沙門氏菌》，學(xué)生可隨時隨地利用課余碎片時間擴(kuò)充自己的知識。（2）學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑，因此教師在超星平臺引入近期相關(guān)研究熱點(diǎn)文獻(xiàn)和科研動態(tài)，鼓勵學(xué)生充分利用Google Scholar、PubMed、中國知網(wǎng)等查閱最新的食品微生物檢驗(yàn)相關(guān)研究進(jìn)展，使科研與教學(xué)相輔相成。如在食品中的沙門氏菌檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中，通過分享Critical Reviews in Microbiology期刊發(fā)表的減少雞蛋中沙門氏菌的文章，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，減少雞蛋受沙門氏菌污染的可能性[14]。同時，引用Lin等[15]發(fā)表在食品領(lǐng)域期刊European Food Research and Technology的論文，將最新科學(xué)成果融入教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生研討食品微生物檢驗(yàn)中的新技術(shù)和機(jī)理，激發(fā)科研興趣。

3 “線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評價體系的構(gòu)建

“線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評價體系的設(shè)計(jì)基于成果導(dǎo)向教育理念，以學(xué)生產(chǎn)出為核心，以綜合能力培養(yǎng)為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性和實(shí)踐素質(zhì)，最終促成學(xué)習(xí)成果的達(dá)成[16]。實(shí)驗(yàn)總成績由3部分組成，其中課前成績占30%，課上成績占50%，課后成績占20%。系統(tǒng)評價體系包括兩部分內(nèi)容，即過程性評價和終結(jié)性評價，兩者相結(jié)合使教學(xué)評價體系更加系統(tǒng)全面（見圖2）。

過程性評價主要依托超星平臺、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)App和線下實(shí)驗(yàn)室，包括課前預(yù)習(xí)任務(wù)、線上測評、虛擬仿真練習(xí)和課堂表現(xiàn)、虛擬仿真測評、實(shí)驗(yàn)室操作、小組討論與匯報(bào)?；诔瞧脚_的課前預(yù)習(xí)和測評，由教師借助平臺進(jìn)行綜合評價；依托Moolsnet智慧平臺的虛擬仿真訓(xùn)練和考核是關(guān)卡式設(shè)計(jì)，平臺會根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行智能打分，等學(xué)生結(jié)束虛擬實(shí)驗(yàn)后，教師導(dǎo)出虛擬實(shí)驗(yàn)成績進(jìn)行考核評價；課堂上教師根據(jù)學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰φ归_客觀評價。終結(jié)性評價主要是教師根據(jù)學(xué)生線下實(shí)驗(yàn)操作，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告、線上測試和延伸拓展學(xué)習(xí)等情況給予評價。

4 “線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的反饋

為使課程建設(shè)對接培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)與食品行業(yè)需求相契合的食品微生物檢驗(yàn)專業(yè)人才，我們從學(xué)生、督導(dǎo)與同行、用人單位反饋3方面對教學(xué)效果進(jìn)行評價與分析，以期形成“教—學(xué)—評—教”的反饋模式，有利于深化食品微生物檢驗(yàn)課程教學(xué)改革。

4.1 學(xué)生反饋

教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用問卷星平臺收集了2018級、2019級食品質(zhì)量與安全專業(yè)學(xué)生對食品微生物檢驗(yàn)“線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的反饋與評價，結(jié)果見表1?？傮w來看，大多數(shù)學(xué)生對“線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式較為滿意，且經(jīng)過不斷改進(jìn)后學(xué)生評價持續(xù)提高，2019級學(xué)生對教學(xué)模式的評價高于2018級學(xué)生。

表1 學(xué)生對“線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的評價（%）

4.2 督導(dǎo)與同行反饋

學(xué)校教學(xué)督導(dǎo)、學(xué)院教學(xué)督導(dǎo)與同行在聽課和教學(xué)檢查后對“線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果給予了較高評價，普遍認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以學(xué)生發(fā)展為中心，富有吸引力，開闊了學(xué)生視野，提升了理論知識水平和實(shí)操能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。在此教學(xué)模式基礎(chǔ)上，食品微生物檢驗(yàn)課程于2020年被評為校級一流本科課程，2021年被推薦參評遼寧省一流本科課程。

4.3 用人單位反饋

目前，“線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式先后應(yīng)用于2018級和2019級食品質(zhì)量與安全專業(yè)食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，其中2018級學(xué)生已在食品企業(yè)和食品檢測機(jī)構(gòu)展開實(shí)習(xí)，部分實(shí)習(xí)內(nèi)容涉及食品微生物檢驗(yàn)。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)用人單位普遍認(rèn)為我校2018級食品質(zhì)量與安全專業(yè)學(xué)生較往屆學(xué)生具有更扎實(shí)的理論功底和更強(qiáng)的實(shí)踐能力，且科研思維和創(chuàng)新意識也較好。

5 總結(jié)與展望

本研究基于超星平臺、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)App和線下實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建了多元化、立體化食品微生物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。學(xué)生可以隨時隨地利用碎片時間進(jìn)行線上預(yù)習(xí)和考評，突破了學(xué)習(xí)的時空限制，優(yōu)化了食品微生物檢驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺陷，取得了較好的效果。“線上+線下+虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式彰顯了以學(xué)生為中心的教育理念，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，有效激發(fā)了求知欲，不僅對培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)和科研思維具有重要意義，也為食品領(lǐng)域創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供了新思路。