環(huán)境工程專業(yè)《微生物學(xué)》實驗教學(xué)改革與探索

摘 要：根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)本科微生物實驗教學(xué)中存在的問題，結(jié)合教學(xué)改革實踐，以培養(yǎng)綜合能力與自主創(chuàng)新能力為目標(biāo)，從對微生物實驗課程的認(rèn)識、實驗教學(xué)計劃、實驗內(nèi)容、考核評價方法等幾方面對環(huán)境工程專業(yè)微生物實驗教學(xué)進行改革與探索，以達(dá)到提高教學(xué)效果、培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目的。

關(guān)鍵詞：環(huán)境工程專業(yè)；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號 G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）04-145-03

環(huán)境微生物學(xué)是微生物學(xué)與環(huán)境科學(xué)結(jié)合的一門新型交叉邊緣性學(xué)科[1-2]，是在研究普通微生物學(xué)一般規(guī)律時，更注重利用微生物學(xué)理論與技術(shù)來研究微生物與環(huán)境間的相互作用、微生物活動給環(huán)境帶來的影響、以及環(huán)境污染過程中微生物學(xué)原理的課程[3-4]。與之相輔相成的微生物學(xué)實驗是環(huán)境工程專業(yè)的技能培訓(xùn)課程，是培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新能力極為重要的基礎(chǔ)實驗課。而現(xiàn)階段高校環(huán)境工程專業(yè)微生物學(xué)實驗教學(xué)多為被動灌輸式教學(xué)，存在以下問題：一是多為驗證性實驗，缺乏培養(yǎng)與提高學(xué)生的綜合思維能力與創(chuàng)新意識的環(huán)境類綜合性大實驗，難以顯現(xiàn)專業(yè)特色[5]。二是實驗條件不足，這是當(dāng)前高校均存在的主要問題。表現(xiàn)在實驗中多采用分組操作方式，組內(nèi)一些學(xué)生沒有充分動手操作的機會，影響其積極性與學(xué)習(xí)興趣。三是微生物學(xué)實驗課均采用撰寫實驗報告的方式評定最終的實驗成績，某些學(xué)生為取得優(yōu)異成績，不惜拷貝實驗結(jié)果與編造虛假數(shù)據(jù)，從而打造完美無缺的實驗報告，這與實驗教學(xué)目的背道而馳，也不符合新世紀(jì)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)要求。鑒此，筆者針對上述問題，借鑒已有的成功的教改經(jīng)驗，在環(huán)境工程專業(yè)微生物學(xué)實驗教學(xué)中作一些改革嘗試與探索。

1 加強微生物學(xué)理論課與實驗課的聯(lián)系

我校環(huán)境微生物學(xué)實驗作為環(huán)境工程專業(yè)的主干必修課，其實驗課程是理論課的重要組成部分。實驗課的教學(xué)內(nèi)容要以提高學(xué)生綜合素質(zhì)與創(chuàng)新精神為重點。實驗教學(xué)不僅可以彌補理論課教學(xué)的不足，而且還可將理論知識在實驗教學(xué)中進行延伸，將基礎(chǔ)理論與實驗技能培訓(xùn)有機結(jié)合、合理協(xié)調(diào)，不斷將科研中的新方法轉(zhuǎn)入實驗教學(xué)中，使實驗內(nèi)容與現(xiàn)代科研有效接軌。

首先要重視理論課與實驗課的聯(lián)系與銜接。例如，理論教學(xué)中呆板枯燥的微生物的形態(tài)特征內(nèi)容容易混淆，靠死記硬背，效果較差。當(dāng)進入實驗課后，學(xué)生們可以借助顯微鏡觀察到書本中描述的微生物各類形態(tài)，并與實際形態(tài)對號入座。尤其對于環(huán)境工程專業(yè)來說，可從工廠取樣用來處理污廢水的活性污泥，觀察活性污泥中以菌膠團為主的微生物群，包括細(xì)菌、霉菌、原生動物和后生動物（如輪蟲、昆蟲的幼蟲和蠕蟲等），有固著型、游動型、單個的、群體的等，使得這些微生物形態(tài)特征的描述更加生動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過對活性污泥菌膠團的顯微觀察，并將觀察到的微生物進行歸類，還將形態(tài)特征記錄在實驗報告中，同時初步評價活性污泥性能的優(yōu)劣，做到學(xué)以致用。在此實驗過程中，活性污泥樣品的準(zhǔn)備尤為重要，由于要求微生物的種類多樣化，并且是活體觀察，因此所需樣品要現(xiàn)取現(xiàn)制。學(xué)生親手制作標(biāo)本，并在顯微鏡下觀察到活躍的運動著的微生物時，原先感覺枯燥的形態(tài)學(xué)內(nèi)容頓時顯得豐富多彩，使學(xué)生深刻體會到理論知識需以實驗為載體來鞏固和加深理解的道理，通過實驗來認(rèn)識微生物，使原本易混淆的模糊內(nèi)容變得清晰有立體感了。最后通過撰寫實驗報告，可培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)問題的能力，無論實驗成功與否，都要學(xué)會用基礎(chǔ)理論去闡述解釋實驗中的現(xiàn)象與結(jié)果，還可針對一些問題提出自己獨到的見解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，加強理論與實際的聯(lián)系。

2 以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)，優(yōu)化實驗內(nèi)容

環(huán)境工程專業(yè)微生物學(xué)實驗作為培養(yǎng)環(huán)境工程人才的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)微生物理論知識解決環(huán)境問題的能力及開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維至關(guān)重要。傳統(tǒng)的環(huán)境工程微生物學(xué)實驗大多是經(jīng)典操作性實驗，實驗內(nèi)容偏簡單，很少安排與環(huán)境相關(guān)的設(shè)計性實驗，且各個實驗環(huán)節(jié)缺乏連貫性，因此無法凸顯環(huán)境工程專業(yè)特點，因此學(xué)生很難體會微生物學(xué)在環(huán)境污染控制中發(fā)揮作用及實驗意義，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力的實驗教學(xué)效果[6]。而設(shè)計性、創(chuàng)新性、綜合性實驗?zāi)茌^好聯(lián)結(jié)環(huán)境工程專業(yè)與實際應(yīng)用，使本專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生既重視理論教學(xué)，又提高其動手能力與創(chuàng)新能力，這是環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)改革的一個主要方向。

為了突出環(huán)境工程專業(yè)特色，我們對現(xiàn)有微生物實驗設(shè)置模塊進行分析調(diào)整，將基礎(chǔ)驗證實驗，包括微生物制片、細(xì)菌染色法、革蘭氏染色、微生物直接計數(shù)、大小測定等內(nèi)容加以科學(xué)整合，例如將細(xì)菌的簡單染色合并到革蘭氏染色實驗中，這樣可以減少課時，提高實驗教學(xué)效率。合并調(diào)整后的實驗內(nèi)容是一個完整的探索性綜合實驗（見表1）。從表1中可以看出，對環(huán)境中的土壤微生物進行分離與純化，從中分離出土壤中的細(xì)菌、放線菌、霉菌3大類群，這樣將原來眾多的驗證性實驗整合成一個連貫的綜合實驗。實驗從土壤樣品的采集→濃度梯度法配置稀釋液→培養(yǎng)基的制備→接種與培養(yǎng)→分離純化→稀釋平板菌落計數(shù)→顯微形態(tài)觀察，既聯(lián)系了原有的微生物學(xué)實驗基本操作技術(shù)，又緊密地將微生物知識與環(huán)境專業(yè)結(jié)合，這樣，學(xué)生可以通過實驗對自己親自采集的土壤樣品有一個基本的認(rèn)識，并獲取第一手材料。

結(jié)合本次綜合性實驗，在理論課程教學(xué)中，給學(xué)生們講解“土壤之人”，即抗生素之父——瓦克斯曼，經(jīng)過艱辛的探尋，從土壤中分離出可以分泌抗菌物質(zhì)的放線菌、結(jié)核桿菌的克星，也就是后來治療肺結(jié)核的特效藥，開拓了抗生素研究的新領(lǐng)域。

其次，在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，所有實驗內(nèi)容都是指定的，這在很大程度上挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，特別是分組實驗，一些學(xué)生“濫竽充數(shù)”、“坐享其成”。針對這種現(xiàn)象，我們在確?；緦嶒瀮?nèi)容的前提下，結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特點，實行實驗內(nèi)容開放、多樣化的體制，讓學(xué)生根據(jù)自己對環(huán)境微生物的興趣，如取樣不同商家的礦泉水，采集食堂、宿舍、教室、校園內(nèi)等不同場所的樣品至實驗室，設(shè)計實驗路線，自主開展實驗，運用所學(xué)知識，參照國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，對微生物總數(shù)進行監(jiān)測與評價，了解生活環(huán)境狀況與微生物的關(guān)系，增強感性認(rèn)識，同時也增強學(xué)生的環(huán)境衛(wèi)生意識。這樣既迎合了他們的學(xué)習(xí)興趣，又最大程度地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。鼓勵選題不同的學(xué)生開展組間探討，交流實驗心得，使學(xué)生在有限的時間內(nèi)既可完成自己的實驗內(nèi)容，還可分享其他同學(xué)的實驗成果，拓展學(xué)生的思維空間，提高學(xué)生實驗的探究能力。這樣使實驗教學(xué)不再是枯燥的瓶瓶罐罐，增加了實驗教學(xué)的趣味性，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望與熱情，培養(yǎng)了勇于探索的精神。

再者，為了進一步了解與掌握微生物學(xué)理論在多種領(lǐng)域中的應(yīng)用，還可以做些應(yīng)用環(huán)境微生物學(xué)實驗，如水微生物學(xué)檢測，從水樣采集→培養(yǎng)基制備→水中細(xì)菌總數(shù)測定→水中大腸桿菌測定，根據(jù)最終實驗結(jié)果，評價水樣是否符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)或所測水源污染程度如何。微生物學(xué)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用，如酸奶的制作，從原料乳的選擇→前處理→巴斯德消毒法→添加發(fā)酵劑→發(fā)酵后熟到成品，最后親自品嘗自己制作的酸奶，與購買的成品酸奶做比較，對酸奶口感做出評價等。我校2012年舉辦的酸奶DIY制作大賽，吸引了眾多專業(yè)的學(xué)生踴躍參加，本著“團結(jié)、溝通與創(chuàng)新” 的比賽精神，每一隊參賽學(xué)生均努力提出團隊的創(chuàng)意之處，并對實驗期間可能出現(xiàn)的狀況進行分析，同時想出解決方案，對注意事項也進行了詳細(xì)陳述，參賽人員在大賽最后將自己的作品展示給評委并進行講解，由評委對各組的作品進行品嘗并打分。諸如類似的應(yīng)用型微生物學(xué)實驗、競賽深受學(xué)生的喜愛，在實驗中可以培養(yǎng)及提高學(xué)生的科研動手能力，獨立實驗?zāi)芰?，拓寬學(xué)生的知識面，為就業(yè)奠定科研實踐基礎(chǔ)。

3 改進實驗教學(xué)方法，完善實驗考核制度

由于傳統(tǒng)實驗室并不配備多媒體設(shè)備，老師在實驗課中的講解難以給學(xué)生留下深刻的感性認(rèn)識。學(xué)生大多按照授課老師的講述與操作演示依葫蘆畫瓢，這樣學(xué)生是機械被動地接受知識，不需動腦筋。這種教學(xué)形式完全忽略了學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，使得他們形成依賴心理。多媒體課件教學(xué)具有信息量大、直觀形象又生動、易于理解等優(yōu)點，在教學(xué)中發(fā)揮著重要作用[7]。因此在環(huán)境工程微生物學(xué)理論課程教學(xué)中，穿插多媒體教學(xué)對預(yù)備的微生物實驗進行演示與講解，可使微生物學(xué)實驗課變得更有趣味性，啟迪學(xué)生的思維。當(dāng)然也有不足之處，其一，因為并不是真正在實驗室現(xiàn)場講解，所以缺乏示范操作；其二，互動效果較差，再加上幻燈或視頻速度快一閃而過，學(xué)生印象也不深刻。針對這種情況，我們嘗試著建立預(yù)習(xí)實驗報告機制，強化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，提高教學(xué)效果，要求學(xué)生在理論課后、實驗課前，自己查閱實驗資料，撰寫實驗預(yù)習(xí)報告，針對實驗提出問題，并在實驗具體操作中解決問題，溝通理論與實踐，達(dá)到事半功倍的效果。

目前環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課仍不能作為一門單獨課程進行考核，而傳統(tǒng)實驗考核方式偏重實驗結(jié)果，不注重實驗細(xì)節(jié)與具體操作，這種考核方式打擊了認(rèn)真動手操作的學(xué)生的積極性，助長了學(xué)生抄襲實驗結(jié)果的陋習(xí)。而嚴(yán)格的考核方式是一個雙向活動，既是對學(xué)生實驗動手技能與對實驗原理的理解及實驗疑難問題解析的檢查，又是幫助教師發(fā)現(xiàn)實驗教學(xué)中的不足并加以改進，提高教學(xué)質(zhì)量的途徑。在考核過程中不僅會加強學(xué)生實驗技能的培養(yǎng)，還使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。例如在整個實驗操作過程中，無菌操作貫穿了實驗課程的始末，為強化此實驗技能的培養(yǎng)，我們將無菌操作、細(xì)菌劃線分離純化等作為實驗技能的考核內(nèi)容，讓學(xué)生明白考核的目的與意義。這樣學(xué)生的實驗考核成績涵蓋了出勤（10%）、預(yù)習(xí)實驗報告（20%）、實驗操作技能（30%）、實驗問題解答（10%）與實驗報告（30%）5個方面。這種考核制度，很大程度上打破了以往實驗成績考核方式的片面性、機械性與重復(fù)性等弊端，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

4 結(jié)論

經(jīng)過3a的環(huán)境工程專業(yè)微生物實驗教學(xué)的改革探索，我們認(rèn)為該專業(yè)微生物實驗內(nèi)容的重新配置與轉(zhuǎn)變，更能突出環(huán)境專業(yè)的特色。從對環(huán)境工程微生物實驗課程的認(rèn)識入手，以實驗教學(xué)為載體，提高學(xué)生的實踐動手能力，加強微生物學(xué)理論課程與實驗課程的聯(lián)系，將傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容進行優(yōu)化整合，實行實驗內(nèi)容多樣化，克服傳統(tǒng)實驗內(nèi)容呆板單一的缺點，實現(xiàn)開放創(chuàng)新性實驗的大轉(zhuǎn)變，建立預(yù)習(xí)實驗報告制，完善實驗考核制，通過這些改革嘗試與探索，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬了學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，更好地達(dá)到環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)人才的目標(biāo)。

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