水處理微生物學課程教學改革探討

李勇超，任伯幟

(湖南科技大學 土木工程學院，湖南 湘潭 411201)

?

水處理微生物學課程教學改革探討

李勇超，任伯幟

(湖南科技大學 土木工程學院，湖南 湘潭 411201)

摘要：為了增強學生的創(chuàng)新能力，湖南科技大學土木工程學院市政工程教研室結(jié)合給水排水工程專業(yè)的學科特點和專業(yè)發(fā)展需要，做到了理論聯(lián)系實踐，激發(fā)學生創(chuàng)新思維，從教學內(nèi)容、教學方法、實驗等多個環(huán)節(jié)對水處理微生物學課程進行改革?；诙嗄杲虒W經(jīng)驗，針對突出問題，提出了創(chuàng)新人才培養(yǎng)方法。

關(guān)鍵詞：水處理微生物學；科研；實踐；人才培養(yǎng)

水處理微生物學是我國給排水科學與工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要涉及與水處理工程相關(guān)的微生物的生理特性、微生物之間的相互作用、水中污染物的生物分解與轉(zhuǎn)化機理及水處理生物技術(shù)基本原理、有害生物控制等[1]。該課程可以使學生更好地把握微生物學領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢，最重要的是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，把理論知識應(yīng)用于實踐，為今后從事給水排水設(shè)計、污染修復(fù)、科學研究等工作奠定堅實的生物基礎(chǔ)。

該課程內(nèi)容不僅具有較強的實際應(yīng)用價值，而且它把物理化學融入微生物知識中，具有很強的綜合性、復(fù)雜性[2]，對學生學習水質(zhì)工程學、管網(wǎng)、泵站等專業(yè)課起著非常重要的作用。眾所周知，微生物學知識快速更新，新興的生物技術(shù)層出不窮。水處理微生物學課程學時有限，而且工科學生掌握的生物學知識很少，簡單的課堂講授模式已不能培養(yǎng)創(chuàng)新性大學生。

湖南科技大學土木工程學院市政工程教研室結(jié)合多年的教學經(jīng)驗，總結(jié)了水處理微生物學課程學習面臨的一些問題，結(jié)合學生工作、考驗動態(tài)，從教學目的、教學內(nèi)容以及實踐方面等進行了改革，以提高給排水科學與工程專業(yè)學生的創(chuàng)新能力。

1課堂教學存在的問題

1.1水處理微生物學課程設(shè)置

湖南科技大學給水排水專業(yè)的課程設(shè)置中，水處理微生物學放在二年級下學期學習，理論課時為48學時，實驗課時為8學時，由于水質(zhì)工程學等一些專業(yè)課是大三上學期才開始學習。但是由于這門課涉及內(nèi)容非常多、知識點多，因此，教師在組織教學內(nèi)容時需要對水質(zhì)工程學、水分析化學中應(yīng)講解的知識重復(fù)講授。此外，由于這時學生還沒有進行水廠認識實習，對水廠工藝流程、污泥膨脹等現(xiàn)象完全沒有概念。這樣本課程的重點和難點的講解被壓縮，更不利于擴展教學內(nèi)容。學生學習起來感覺與實際不能聯(lián)系起來，或理解掌握不夠好，很容易忘記。從給水排水工程專業(yè)課程設(shè)置綜合來看，在三年級上學期開設(shè)這門課程，與水質(zhì)工程學、管網(wǎng)、水分析化學等同時開設(shè)，是比較合適的。

1.2專業(yè)課教師配置

我校這門課程主要由教授或者青年博士講授。教授實踐經(jīng)驗比較多，既有污水處理廠設(shè)計經(jīng)驗又有教學經(jīng)驗，能做到理論聯(lián)系實際，但是師生相互交流比較少。青年博士由于年齡與學生相近，有更多的話題，并且可以把自己的科研經(jīng)歷與學生分享，但是講課技巧不足，工程實踐經(jīng)驗欠缺。因此，本課程可采用團隊教學，有些章節(jié)由教授講授有些章節(jié)由年輕博士講授，不僅加強師生之間的交流，還可以將知識與實踐結(jié)合起來，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。

1.3教學方法

一般來說，本課程以講授教學為主、多媒體為輔。在多媒體課件中，我們插入大量圖片并適當添加視頻，學生反應(yīng)較好，因為這樣他們覺得這些肉眼看不見的微小生物就在身邊，使課程不那么抽象，更加生動活潑。由于需要閉卷考試，課堂紀律和學習氛圍還是很好的，但是學生對所學知識不能融會貫通，不是考試的知識點就很少關(guān)注，對于微生物在實際工程中的應(yīng)用無法很好地掌握和理解。

1.4實驗環(huán)節(jié)

我校水處理微生物學實驗設(shè)置了8個學時，采取3～5人1組。實驗內(nèi)容主要為普通光學顯微鏡的使用及活性污泥中細菌、菌膠團的形態(tài)觀察，固體培養(yǎng)基的制備及滅菌，微生物的染色。總體說來，實驗課時緊，內(nèi)容較少。雖然在實驗教學過程中，學生顯示較強的興趣，但大部分學生試驗基礎(chǔ)差，動手時缺乏思考，有些學生甚至只看不動手。

總之，在該課程教學過程中，30%的學生對水處理微生物學的重要性認識不足，僅30%的學生能對課程內(nèi)容前后貫通，20%的學生能應(yīng)用微生物學知識解決水處理的問題。因此，如何提高教學質(zhì)量，使大部分學生能夠利用專業(yè)知識解決實際問題，增強他們的創(chuàng)新能力，是授課教師面臨的首要問題。

2水處理微生物學課堂教學改革方案

2.1精選教學內(nèi)容，突出重點

目前，給水排水工程專業(yè)沒有開設(shè)生物化學、分子生物學、生理學、微生物生態(tài)學等生物課程，學生的生物學基礎(chǔ)較差。并且水處理微生物學與分析化學、有機化學、物理化學和水質(zhì)工程學等學科有著密切的聯(lián)系[3]。本課程教學內(nèi)容多，內(nèi)容零散，較微觀、抽象，往往會使學生感到索然無味。為此，授課老師精簡內(nèi)容，突出重點，增強連貫性。首先，我們一直選擇由清華大學顧夏聲教授等編寫的《水處理生物學》 (第四版、第五版) 為主要教材。該教材比較經(jīng)典，又是本課程考研主要參考書，它通過大量的圖示、表格和表解等形式使繁雜的內(nèi)容條理化、網(wǎng)絡(luò)化、簡明化和形象化[4]。其次，我們以微生物技術(shù)為主線，進行相關(guān)微生物類型、生理特性、遺傳變異、水質(zhì)安全等基礎(chǔ)知識的講授，其中微生物學基礎(chǔ)知識講授24學時，微生物對水體中污染物的降解講授18學時，殺菌、消毒與生物監(jiān)測講授6學時。第一部分是難點，使學生掌握水中常見微生物類群形態(tài)與結(jié)構(gòu)、遺傳變異等知識，比較抽象。第二部分涉及微生物在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用，可配合案例講授。通過前兩部分的有力結(jié)合，培養(yǎng)學生解決實際水體污染的能力，加強他們的科學創(chuàng)新意識。

為使課程的考核標準化、系統(tǒng)化，我們采用了閉卷考試，嚴格執(zhí)行 A、B 卷，結(jié)合相關(guān)院校考研真題，不斷完善題庫，降低每年試題的重復(fù)率，考試成績占總成績70%。此外，根據(jù)學生出勤率、課堂表現(xiàn)、作業(yè)等確定平時成績(占總成績的 30%)。但閉卷考試也存在著一定的問題，雖說考試增加了學生對本課程的重視，但很多學生以考試及格為目的，對老師提到的重點復(fù)習，而非重點內(nèi)容就很少有興趣了解，不利于創(chuàng)新。針對這一問題，我們在考試中增加了拓展題并加大分值，考查他們的創(chuàng)新和解決實際問題的能力。

2.2理論聯(lián)系實際，啟發(fā)創(chuàng)新

前面提到學生對所學知識不能融會貫通，對于微生物在實際工程中的應(yīng)用無法很好的掌握。這是本課程目前面臨的最大問題，急需解決。我校本課程采取團隊教學，教授實際經(jīng)驗豐富，博士科研能力強，在教學過程中可以通過具體的工程實例和科研動態(tài)，多提幾個為什么，啟發(fā)他們動腦思考。比如：在講到遺傳與變異特性時，關(guān)鍵在于讓學生明白可以利用微生物變異性進行環(huán)境污染控制。教師首先可提出貼近我們生活的環(huán)境污染問題，如石油污染的土壤怎么修復(fù)、超級細菌是什么。學生的答案往往是五花八門、奇思妙想，甚至涉及到其它學科，還可以給他們幾分鐘時間討論，這樣學生的創(chuàng)造性就被調(diào)動起來了。當然除了引導學生認識環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，教師還可講解遺傳變異實驗可能給人帶來哪些危害，讓學生在以后的工作或者科研中加強安全意識。污水生物系統(tǒng)中的主要微生物這一章節(jié)與水質(zhì)工程學結(jié)合比較緊，就以本教研室曾設(shè)計的A2O、SBR、UASB等工藝在實際運行中面臨的問題為出發(fā)點，尤其是污泥膨脹，強調(diào)水處理微生物學的重要性。

2.3依據(jù)教學大綱，擴展教學內(nèi)容，開闊學生視野

近年來，新興的生物技術(shù)對于人類的發(fā)展越來越重要，我國在微生物學相關(guān)領(lǐng)域也獲得了較大進展。依托本教研室教師的科研優(yōu)勢，將科研成果和先進理論融入教學，將最新科技成果反饋給學生。布置課外作業(yè)，讓學生去查閱最新發(fā)表的科研論文，例如Environmental Science and Technology, Water Research, Bioresource Technology等期刊。然后讓他們總結(jié)提煉別人的新技術(shù)，進行課堂討論，使本課程的教學更具科學性和探索性。例如，在好氧微生物對污染物的分解與轉(zhuǎn)化這一章，通過查閱文獻，教授劉顏軍、王革嬌等[5]從錳污染土壤中分離到一株錳氧化菌 Bacillus sp. MK3-1，其具有穩(wěn)定的除錳能力，使溶液的錳濃度達到國家排放標準。這個最新話題，既能復(fù)習前面講過的原核微生物、細菌的相關(guān)知識，通過篩選、馴化微生物進行水中重金屬污染的去除，拓展了常規(guī)COD、BOD5的生物降解思路，加深了對本課程的理解，而且理論能夠指導實踐，也會極大激發(fā)學生對實驗課程興趣，激發(fā)他們的動手能力。

2.4改革實驗，培養(yǎng)學生動手能力

科學有效的實驗教學能大大提高本科生的創(chuàng)新能力。學生對實驗都存在著極大的興趣，愿意動手嘗試，但是實驗課時短，內(nèi)容少，設(shè)備不足，再加上有些同學不積極，所以并不能獲得滿意的效果。因此，我們首先加大了實驗課程的投入，增加實驗員、實驗室、設(shè)備等，其次，教研室開設(shè)了一個水處理綜合實驗來強化實驗操作，激發(fā)創(chuàng)新思維。每個學生根據(jù)自身興趣或者由教師制定題目，把多個基礎(chǔ)實驗結(jié)合到一個綜合實驗里，例如硫酸鹽還原菌去除含銅廢水: 首先制備培養(yǎng)基并滅菌，對購買的硫酸鹽還原菌進行馴化、擴大培養(yǎng)，通過光密度法測定微生物的增長量，配置含銅廢水，并添加營養(yǎng)物質(zhì)，將硫酸鹽還原菌去除銅離子，定時測定銅離子的濃度，考查去除效果。在實驗室內(nèi)，研究生還可指導本科生，交流學習。總之，開設(shè)綜合實驗，由學生提出方案，經(jīng)過教師指導，研究生交流，可極大地鼓勵本科生的創(chuàng)新行為，培養(yǎng)出科研事業(yè)優(yōu)秀的接班人。

3結(jié)語

隨著工業(yè)發(fā)展，費用低、效果好的生物法在水處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但是僅學習課程中的微生物知識不能適應(yīng)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。水處理微生物學課程教學改革是一個長期的、艱巨的任務(wù)。最重要的是做到教學過程啟發(fā)學生，加強實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和實踐創(chuàng)新能力。作為一名青年教師，應(yīng)加強自身的科研水平，大量查閱文獻，關(guān)注微生物學發(fā)展動態(tài)，將水處理的熱點引入課堂，在調(diào)動學生的積極性的基礎(chǔ)上拓展他們的專業(yè)思維，完善給排水科學與工程專業(yè)的教學模式，強化學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1] 顧夏聲，胡洪營，文湘華，等．水處理微生物學[M]．北京: 中國建筑工業(yè)出版社，2011．

[2] 趙煒，王佰義，嚴子春．改革課程教學體系 加強實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]．微生物學通報，2010，37(9): 1390-1394．

[3] 周群英，王士芬．環(huán)境工程微生物學[M]．北京: 高等教育出版社，2008．

[4] 李艷紅，曾鴻鵠，林華．基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的《水處理生物學》教學改革[J]．當代教育理論與實踐，2012，4(11)：91-92．

[5] 劉顏軍，周靜曉，王革嬌．錳氧化菌 Bacillus sp. MK3-1的Mn(Ⅱ)氧化特性和除錳能力研究[J]．微生物學通報，2009，36(4)：473-478．

(責任校對莫秀珍)

中圖分類號：G642.0

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5884(2016)02-0062-03

作者簡介：李勇超(1985-)，女，山東荷澤人，講師，博士，主要從事水污染控制研究。

基金項目：國家自然科學基金項目(51504094)

收稿日期：20150117

doi:10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.02.020