基于SPOC的天然产物化学实验混合式教学设计与实践*

姚 佳

(黔南民族师范学院生物科学与农学院，贵州 都匀 558000)

SPOC(Small Private Online Course)国内又称作私播课，即一种小规模限制性在线课程，由美国加州大学伯克利分校的 David Patterson 和 ARmando Fox于2013 年首次提出，小规模是指学生人数比较少，一般控制在几十人左右，限制性是指进入SPOC学习的学生要满足一定的先修要求，只有达到要求的学生才可以本门课程进入学习[1-2]。混合式教学是指可采用MOOC视频、自制微视频、线上教学、线下课堂等多种方式混合授课，是一种新的教学理念[3]。《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》中提出，各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰“水课”、打造“金课”，合理提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度，切实提高课程教学质量[4]，其中，实验教学也是“金课”国家重点建设的类型之一，因此，探讨基于SPOC理念的实验混合式教学的实施有助于金课的建设。

笔者对中国MOOC、学堂在线、学银在线、超星学习通等几个教学平台进行了搜索，厦门大学、西北农林科技大学、中国药科大学、沈阳药科大学、新乡医学院、西安交通大学、淄博职业学院、河南中医药大学等大学均开设了天然产物化学理论课的慕课教学，而天然产物化学实验课程还没有相关的视频资源。再对近两年的文献进行调研，天然产物化学实验的教学改革研究比较多，如华西药学院张丹[5]主要从天然药物化学实验内容方面进行了改革研究，将糖、黄酮、生物碱三类成分的实验整合为3个大型的综合实验，总课时高达60课时。天津医科大学靳美娜等[6]采用慕课辅助教学模式对天然药物化学实验教学改革，主要是采用拍摄实验视频能技术手段，提高教学质量，李鹏等[7]采用了问题为中心教学、应用比较实验、引入思维实验和增加互动讨论4种方法，对天然药物化学实验多样化教学方法进行了探讨与实践，提高了天然药物化学实验教学效果和质量。 王彧博等[8]、年四辉、王冰岚[9]、谭妙娟[10]、张倩[11]等分别探讨了以创新为导向教学法、以学习能力培养为导向的教学法、PBL教学法、虚拟仿真实验教学法、增加设计性实验等方法在天然产物化学实验中进行了改革，均获得了较好的效果，但关于SPOC理念的教学方法没有提及。

2020年，新冠肺炎疫情的原因，部分高校5月中旬开始以复工复学。理论课通过线上授课形式已基本完成，实验教学成为主要的教学任务，所授课的该班级基本每天有1门或者2门课程的实验进行，学生在不同课程实验之间流转学习，不同的内容，科目、原理容易产生混淆。本校传统实验课基本采用线下教学，虽然线下实验教学有着不可替代的优势和地位，然而，由于线下实验教学在时间、空间、设备、安全性等方面具有一定的局限[12]，很难让学生掌握好该门课程的知识，因此，本课题组在过去5年的教学改革经验的基础上，依靠超星学习通建立了SPOC 天然产物化学实验教学平台，通过该平台分享课程讲义、实验操作视频、开展实验、布置实验报告等，即采用线上+线下的混合式教学模式，突破传统线下实验教学在时间和思维空间上的限制，以期获得较好的教学和学习体验。

1 天然产物化学实验传统教学模式及存在问题

天然产物化学是一门实践性很强的交叉学科，它的许多理论与规律都需要进行实践的探索和检验[7]，实验教学在天然产物化学教学中不可或缺。天然产物化学实验课程主要开展的内容包括各类重要化合物的提取分离、含量测定、鉴定、结构修饰，其目的是为了配合强化理论教学内容，通过综合性和设计性实验将天然产物化学基本知识与技能融会贯通，从而提高学生分析问题、解决问题的能力、培养天然药物开发的创新的能力[13-14]。

目前，天然产物化学实验教学的主要采取的教学形式仍然是传统的线下实验教学，天然产物化学实验课程涉及的实验项目多，步骤复杂，时间跨度大，需要扎实的基础知识、较强的动手能力、综合思维才能学好本门课程[15]。

仅天然产物化学实验教学指导教材中共涉及两部分：上篇的理论技能，包括基础知识和基本操作方法，下篇的实验方法，包括14个各论实验，11个综合性及设计性实验，课时的限制，并不能全部开课，本门课程一直都是选择性的开展几个实验，内容涉及黄酮类、生物碱类、蒽醌类、多糖类的提取分离鉴定，如表1。传统教学时，几门实验课均是单独开课，每周开一个实验，由于没有能在当天完成实验的项目，加上学生还要学习其他课程，因此每一个实验周期跨度都比较大，在第2天或者第3天处理实验的时候已经忘记第1天老师讲的步骤，因此在书写实验报告的时候，思路也比较混乱。

表1 实验内容和实验时间分配

2 基于SPOC的混合式教学设计与实践

2.1 SPOC多平台建设，多维度混合式教学设计

课程教学设计体系如图1所示，结合课程特点和培养目标，本课题组对近几年开展的实验进行研究和梳理，分析了实验之间的关联性，对实验进行深度整合和精简，统筹各实验的课时安排，重新制定实验结构框架、编写实验讲义、授课PPT，将实验操作制成1～5分钟不等的实验视频，将视频等资料上传到超星学习通平台，通过发送邀请码，只有本班学生加入，从而建成SPOC的平台，如图2所示，线上+线下的混合式教学设计，教学过程依次包括学生课前预习、课中开展实验操作、学生课后实验报告。

课前预习：学生通过超新学习通SPOC平台，进行实验预习，包括讲义，实验操作视频等，与传统教学相比，学生不再茫然，在进入实验室之前可以清晰的知道知己需要作什么实验，实验过程中该注意写什么。

课中开展实验操作：该过程主要有教师指导，学生自主完成实验，学生以小组为单位进行操作实验，互相探讨和解决实验中遇到的问题，及时记录实验现象和实验数据，因为实验步骤多，时间长，实验容易产生错误结果，因此把主要的实验步骤和实验现象也用手机录制下来，当实验不理想的时候，可以和老师进行讨论，并观察学生录制的实验现象，很快就可以找到实验操作在哪一步出现了问题。

课后完成实验报告，学生及时书写实验报告，对记不住的实验步骤和实验现象反复观看视频，实验步骤采用手写后，拍照，并附上实验结果现象，及时上传到腾讯文档，教师及时批阅，通过实验报告和实验结果，可以准确的了解每一个学生对实验的了解情况，对不清楚的问题，教师及时进行引导学习，每个同学的实验报告通过腾讯文档，都可以互相查看。

图1 教学设计体系

图2 超星学习通支持的SPOC平台

2.2 打破时间和思维空间限制，合理布局，节约教学时间

以本学期整合后开展的两次综合实验为例，针对传统课堂的缺点，我们将实验一薄层板的制备与应用、实验二芦丁的提取分离鉴定两个实验进行整合，将实验一活化好的薄层板用在实验二芦丁的鉴定环节，具体实验流程如图3。实验三和实验四，显然是两个独立的实验，但两个实验前两天天的步骤比简单和相似，提取、静置、浓缩等待时间比较长，所以将实验三虎杖中醌类成分的提取分离鉴定和实验四黄柏中小檗碱的提取分离鉴定两个实验同时进行，实验流程如图4所示。两次实验时间单看缩短4天左右，而从空间上比较，至少节约了2周的时间。

图3 整合后的综合实验流程

图4 两个平行实验同时进行的实验流程

综合实验一的具体实施为：课前，学生通过超星学习通平台，完成实验一薄层板的制备及应用和实验二槐米中芦丁的提取分离和精制相关视频和资料的预习，通过课前预习，抽象的实验步骤已经在学生脑海中变得具体化，复杂的实验过程也变得简单化，学生再自行归纳总结设计，合理安排实验时间；课中，第1天进入实验室，学生需要同时完成薄层板的铺板和槐米中芦丁的提取两个小实验，第2天，实验一不需要进行，因为铺好的薄层板还需要时间晾干，学生需要完成的是观察芦丁的结晶效果，如果结晶效果好，进行过滤再重结晶，如果结晶效果不好，需要找到问题说在，是否是第1天的提取时碱度调节不够或者结晶时酸度调节不够都有可能，第3天实验一中的薄层板晾干差不多，可以活化备用了，实验二中芦丁也已经重结晶好进行过滤干燥，第4天再进行黄酮的鉴定实验，以及用学生自己制备的薄层板进行检验自己制备的芦丁纯度。这样一来，实验一的操作基本上是在进行实验二的过程中利用空余时间做的，实验一的时间就完全节约出来，并且，通过两个实验的配合，既培养了教师的综合把控课堂和组织的教学能力，也培养了学生综合思维，整体认识事物的能力。课后，学生进行实验进行梳理，撰写报告，实验报告也与传统的不一样，学生需要手写实验报告，避免电子板的复制粘贴，然后拍照，重要的实验过程和实验结果照片需要同时上传到提前建好的在线腾讯文档，教师实时点评。

实验三和实验四两个平行实验，显然，是完全没有关联的，如果单做一个实验，每天的一个实验步骤有过于简单，而实验跨度又比较长，为了节约时间和增加学生的积极性，将两个实验整合在一起进行，具体实施为：课前通过SPOC平台进行预习，教师会从平台观察每一个学生的预习情况，对没有预习的同学，及时督促，提醒。课中，实验第1天，虎杖的提取和浓缩步骤很简单，但提取和浓缩分别需要1个小时左右，和黄柏中小檗碱的提取也需要1个小时左右，都比较简单，但耗时长，因此，我们同时进行，黄柏进行PH沉淀以后，需要静置过夜，第2天进行鉴定实验，第3天，进行蒽醌成分的萃取分离，静置，第4天，蒽醌成分进行鉴定。

总之，实验的整合和顺利开展是一个复杂的过程，过程中有很多不确定的因素也决定着实验的成败。而采用SPOC平台进行混合式教学的好处是，课堂上教师不再花时间进行原理和步骤等的讲解，将更多的课堂时间交给学生，相比于以往学生进实验室的不知所措，他们通过课前预习能清晰明了的了解每天实验的操作步骤。学生在操作的过程中，如果有不懂的步骤，也可以及时拿出手机进行学习；课后，学生进行实验进行梳理，撰写报告，实验报告也与传统的不一样，学生需要手写实验报告，避免电子板的复制粘贴，然后拍照，重要的实验过程和实验结果照片需要同时上传到提前建好的在线腾讯文档，教师实时点评。如图5，为某两人为一组的6次实验报告和批阅情况。通过一系列的实施，学生也完全适应整合后的教学方法，从实验报告也可知，大部分学生综合能力、动手和思维能力都得到了提高。

图5 腾讯文档在线收集的电子实验报告

2.3 考核评价

传统的实验考核主要是学生提交实验报告，对实验报告进行打分即为最终成绩，显然，以往的考核比较片面，不能客观的评价学生的学习效果。改革后，考核主要分为两部分，第一部分考察学生是否提前预习，是否观看实验演示操作，这部分的考核可以通过超星学习通SPOC统计平台获得，第二部分采用腾讯文档收集实验报告，实验报告除了考察目的、原理、方法等基本书写内容外，主要考察附上的过程图片和实验结果的图片，以及对实验的思考和反思。两部分考核综合起来即可得到学生本次实验的总成绩。通过对实验报告的批阅可知，绝大多数学生都能够较好地完成实验任务，达到实验教学要求。

3 结 语

实验课程的顺利开展，也离不开理论课程的改革，比如，进行实验一和实验二整合的时候，需要将理论课中的黄酮章节提前学习，实验三和实验四要同时进行实验，也需要对生物碱和醌类化合物理论教学进行优化。通过实践，SPOC混合式教学的优点表现在：(1)互动更多，灵活性更大(2)可以实现持续改进，如果录制的实验视频发现有的知识点或者注意事项没有录制好，需要持续改进或者变更的话非常方便(3)视频的拍摄，剪辑，都是通过手机制作的，并不像高质量的慕课制作那样，需要昂贵的摄像机和其他设备，所拍摄的视频完全能满足SPOC平台对本校学生的学习，投入小。

目前的实验教学，尽管做了很多的教学改革，但是，大部分的实验课还是验证性实验为主，在没有使用实验视频数字化资源以前，学生只有通过课本，老师的讲解，想象和摸索着做实验，因为学生缺乏整体的思维和创新能力，对于耗时长的实验可能花了大量的时间和精力去做，做到后面，实验结果却没有做出来，再返回来寻找实验的原因，学生和教师都无法清楚是哪里出现了问题，潜意识中会增加学生对实验的挫败感，对实验操作失去兴趣，而有了SPOC实验视频资源，实验教学清晰明了，课前课中课后任何时间，学生都可以反复观看，反复琢磨，必然会使实验更加顺利，实验结果更加满意。学生在做实验的过程适当拍照和录制自己的操作实验步骤，将自己的视频与老师的教学视频进行比较，对于实验步骤、仪器操作以及实验中应当注意的环节与教师进行讨论等，这样在增加实验的趣味性的同时，拉近了学生与教师的距离，增加交流和互动。总之，现在已经进入信息化教学时代，信息化教学是今后的必然趋势，教师要跟进教育改革的步伐，学会现代教育技术手段，多结合好的平台、教育模式和辅导工具，将传统实验课堂教学和新型现代化教学有机结合起来，发挥最大的效能，激发学生的学习欲望，才能以高质量完成实验教学。