環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革和管理

余　陽(yáng), 吳小倩, 楊　靜, 朱艷彬, 謝學(xué)輝

(東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 上海　201620)

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環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革和管理

余陽(yáng), 吳小倩, 楊靜, 朱艷彬, 謝學(xué)輝

(東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 上海201620)

通過(guò)介紹實(shí)驗(yàn)體系改革、教學(xué)安排和管理及實(shí)驗(yàn)考察方式,探討設(shè)立“設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)”在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用,并對(duì)改革后實(shí)驗(yàn)體系對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用進(jìn)行分析。環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系如果僅僅以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主,會(huì)造成學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng),缺乏學(xué)習(xí)興趣,而增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn),可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。理工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該設(shè)置設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn),并多給予學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中的自主權(quán)。

環(huán)境微生物； 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)； 創(chuàng)新能力培養(yǎng)

環(huán)境微生物學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)、環(huán)境科學(xué)專業(yè)的必修課[1-2]。該課程主要講授環(huán)境中的微生物種類及生長(zhǎng)特點(diǎn),并以微生物學(xué)科的理論與技術(shù)為基礎(chǔ),闡述微生物在物質(zhì)、能量循環(huán)中的作用[3]。學(xué)生通過(guò)環(huán)境微生物學(xué)的學(xué)習(xí),可了解微生物與污染環(huán)境的相互關(guān)系,掌握解決環(huán)境污染問(wèn)題的方法和技術(shù)以及理論基礎(chǔ)[4-5]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為環(huán)境微生物學(xué)的組成部分,是課程理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用的紐帶,承擔(dān)了培養(yǎng)學(xué)生微生物實(shí)驗(yàn)操作技能和環(huán)保應(yīng)用方向創(chuàng)新能力的任務(wù)[6-7]。環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)是使學(xué)生掌握環(huán)境保護(hù)實(shí)踐中的微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù),內(nèi)容上應(yīng)調(diào)整好基本微生物基本實(shí)驗(yàn)操作和環(huán)境學(xué)科應(yīng)用方向之間的聯(lián)系,并對(duì)權(quán)重進(jìn)行合理分配。前者是基礎(chǔ),后者是應(yīng)用拓展,只有這樣才能讓學(xué)生打好基礎(chǔ)在面對(duì)與微生物相關(guān)環(huán)境問(wèn)題時(shí),具備能創(chuàng)新地提出解決方案和實(shí)踐方法的能力[8-9]。

1　實(shí)驗(yàn)體系改革和教學(xué)管理

1.1實(shí)驗(yàn)體系改革

根據(jù)我校環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃,所有專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課,以提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度?！碍h(huán)境微生物”分為了理論教學(xué)(32學(xué)時(shí))和實(shí)驗(yàn)教學(xué)(16學(xué)時(shí))兩部分,兩部分需要在同一學(xué)期內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)。

環(huán)境工程專業(yè)以前的環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教學(xué)內(nèi)容主要安排基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作,內(nèi)容包括“光學(xué)顯微鏡的操作及微生物標(biāo)本的形態(tài)觀察”、“活性污泥鏡檢”、“細(xì)菌革蘭氏染色”、“培養(yǎng)基配制及滅菌”、“細(xì)菌純種分離、培養(yǎng)和接種”、“微生物計(jì)數(shù)”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。上述實(shí)驗(yàn)雖然數(shù)量不少,但基本上是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),而且對(duì)環(huán)境學(xué)科應(yīng)用領(lǐng)域涉及較少。為改變驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的問(wèn)題,調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,相關(guān)任課教師對(duì)舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行了改革。新的實(shí)驗(yàn)體系中增加了設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。新制定的實(shí)驗(yàn)體系的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容見(jiàn)表1。

新實(shí)施的實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排在理論教學(xué)中期展開(kāi),全部實(shí)驗(yàn)要求在4周之內(nèi)完成。其中實(shí)驗(yàn)一、二、三為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),以培養(yǎng)學(xué)生微生物基礎(chǔ)操作技能為目的,而實(shí)驗(yàn)四為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn),以培養(yǎng)學(xué)生的探索創(chuàng)新能力為目的。

表1　環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系項(xiàng)目一覽表

在微生物實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始前,教師準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)相關(guān)電子參考資料給學(xué)生預(yù)習(xí),資料內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)講義、微生物基本操作技術(shù)視頻、微生物圖庫(kù)、各類相關(guān)電子參考書(shū)籍等。另外,教師鼓勵(lì)學(xué)生自行收集實(shí)驗(yàn)相關(guān)資料,并能夠事先預(yù)習(xí),以做到對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容心中有數(shù)。其中,講義材料(設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)講義如表2所示)說(shuō)明清楚實(shí)驗(yàn)的具體目標(biāo)和要求,并給予學(xué)生必要的方向性指導(dǎo),以免學(xué)生因?yàn)橹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)不足而造成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題。

表2　“苯酚降解好氧微生物分離純化設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)”講義

表2(續(xù))

上述實(shí)驗(yàn)講義里提示了能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的一般方法和手段。學(xué)生在講義的啟發(fā)下通過(guò)閱讀課內(nèi)外專業(yè)文獻(xiàn),可進(jìn)一步加深對(duì)微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)基本原理的理解,熟悉微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本操作技能,使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi), 能主動(dòng)了解環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)主流技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。

1.2教學(xué)管理與考察

1.2.1教學(xué)管理

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)兩人一組,強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力培養(yǎng)。為減輕設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的工作強(qiáng)度,一個(gè)教學(xué)班(30人)分為4個(gè)小組,每組7～8人,組內(nèi)學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)和討論共同制定出本組的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,并確定各自的工作任務(wù)。

教學(xué)計(jì)劃中,環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)安排在環(huán)境微生物課程理論教學(xué)中期啟動(dòng),并在4周內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)。在微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師對(duì)于實(shí)驗(yàn)的講解應(yīng)該重在引導(dǎo)而不必面面俱到,比如實(shí)驗(yàn)前將實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、一般操作步驟、注意事項(xiàng)等進(jìn)行講解,但對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)中具體的實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)、數(shù)據(jù)測(cè)定、結(jié)果分析與討論等環(huán)節(jié)不作具體安排。

對(duì)于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單,可在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)計(jì)劃的課堂時(shí)間內(nèi)分別完成，比如前3周分別完成實(shí)驗(yàn)一、二、三的教學(xué)。實(shí)驗(yàn)四為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn),所需要的時(shí)間長(zhǎng),過(guò)程步驟多,而且由于微生物篩選和培養(yǎng)的特殊要求,該實(shí)驗(yàn)無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完成,必須采用間歇操作的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此,實(shí)驗(yàn)四在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始前就布置好教學(xué)任務(wù),并要求學(xué)生提前就做好實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。整個(gè)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，時(shí)間上與實(shí)驗(yàn)一、二、三同步,并在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)一、二、三教學(xué)過(guò)程中,可以同步進(jìn)行設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的操作。如果由于微生物培養(yǎng)時(shí)間限制而必須在非課堂時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn),學(xué)生可與教師商量確定非課堂時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,教師進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放安排。上述安排的好處在于,由于學(xué)生必須事先制定出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)四的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,因此實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的制定過(guò)程就起到了對(duì)微生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)的目的,而且驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)同步,可以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排。

另外,教學(xué)安排上,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后的第4周前半段課堂時(shí)間,教師首先組織學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和交流,后半段時(shí)間學(xué)生自主安排實(shí)驗(yàn)任務(wù)。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)未完成的學(xué)生繼續(xù)實(shí)驗(yàn),已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的討論和分析,教師負(fù)責(zé)監(jiān)督和回答學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題和困惑。

1.2.2教學(xué)考查

實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課并有單獨(dú)學(xué)分，可提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視程度。實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)工作對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有導(dǎo)向作用,因此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)考查方式非常重要[10]。學(xué)生的成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)(50%)和期末考試成績(jī)(50%)3部分組成。

平時(shí)成績(jī)可為負(fù)分,對(duì)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的工作態(tài)度不認(rèn)真、實(shí)驗(yàn)課出勤情況不佳的學(xué)生進(jìn)行扣分。實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)(占總成績(jī)的50%)主要考查實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)水平。其中,設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)不同,實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求學(xué)生以科研論文格式撰寫(xiě),以鍛煉學(xué)生科研論文表達(dá)和寫(xiě)作能力。期末考試(占總成績(jī)的50%)試卷主要以問(wèn)答題為主,考查學(xué)生對(duì)環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)原理、過(guò)程的理解和微生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平等。

2　分析和討論

2.1驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)

對(duì)于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),教師一般依據(jù)教學(xué)計(jì)劃準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)藥品和設(shè)備,設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)步驟,然后指導(dǎo)學(xué)生按部就班地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,最后寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告[11]。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)缺點(diǎn)在于學(xué)生無(wú)需思考,只機(jī)械按照教師給定步驟動(dòng)手操作,各實(shí)驗(yàn)小組觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象類似,實(shí)驗(yàn)結(jié)果也在預(yù)料范圍內(nèi)。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然可以使學(xué)生知曉和掌握基本微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)原理和操作技能,但由于實(shí)驗(yàn)主要環(huán)節(jié)是教師準(zhǔn)備,學(xué)生沒(méi)有主動(dòng)思考的過(guò)程,缺乏對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全面了解,主動(dòng)性得不到調(diào)動(dòng),創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)[12]。

在驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生只是把實(shí)驗(yàn)當(dāng)成了一個(gè)任務(wù),實(shí)驗(yàn)前不預(yù)習(xí),實(shí)驗(yàn)課過(guò)程中看一眼實(shí)驗(yàn)步驟做一下實(shí)驗(yàn),非常機(jī)械,而且實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容簡(jiǎn)單,甚至有時(shí)候成了實(shí)驗(yàn)講義的復(fù)制品。造成上述現(xiàn)象的原因只有一個(gè),那就是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)缺乏興趣,因此,如何讓學(xué)生“主動(dòng)學(xué)習(xí)”應(yīng)該成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要方向。

2.2設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是在教師的引導(dǎo)下,由學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施,包括問(wèn)題分析、查閱理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)等步驟。對(duì)于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn),如果學(xué)生不主動(dòng)預(yù)習(xí)、不自主查閱文獻(xiàn)資料,就無(wú)法設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案,也就無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。這就使得學(xué)生不得不主動(dòng)學(xué)習(xí),從而達(dá)到了讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方法進(jìn)行預(yù)習(xí)的目的。由于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法預(yù)知,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞取決于學(xué)生自己的設(shè)計(jì)水平,這會(huì)激發(fā)起學(xué)生的求知欲。

以實(shí)驗(yàn)小組形式共同完成實(shí)驗(yàn),可以發(fā)揮團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì),以討論互動(dòng)的方式來(lái)提高學(xué)習(xí)效果,并加深對(duì)環(huán)境微生物學(xué)專業(yè)理論的系統(tǒng)掌握[13]。實(shí)驗(yàn)小組成員相互討論式學(xué)習(xí),可啟發(fā)思維,相互監(jiān)督,共同進(jìn)步,學(xué)習(xí)效果比單獨(dú)實(shí)驗(yàn)更好[14]。

2.3分析與討論

在我校環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系里,培養(yǎng)基本操作技能的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和培養(yǎng)學(xué)生探索創(chuàng)新能力的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)都進(jìn)行了設(shè)置,其中,驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)教學(xué)可使學(xué)生掌握玻璃器皿洗刷和包扎、高壓蒸汽滅菌、無(wú)菌氛圍的形成和操作、微生物培養(yǎng)基制作、斜面制作、微生物分離純化、接種、微生物染色、細(xì)菌計(jì)數(shù)和大小的測(cè)定等基本微生物實(shí)驗(yàn)操作技能,而通過(guò)“耐酚細(xì)菌篩選設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)”的設(shè)置,將一般科研過(guò)程和實(shí)驗(yàn)過(guò)程融為一體,使得實(shí)驗(yàn)框架結(jié)構(gòu)更加合理、更加優(yōu)化,更加有利于探索和創(chuàng)新。并且教學(xué)過(guò)程逐步由“教師為主”轉(zhuǎn)變成以“學(xué)生為主”,力求充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和熱情,進(jìn)而營(yíng)造探索、創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)氛圍。

3　結(jié)語(yǔ)

學(xué)生創(chuàng)新能力不足的原因是缺乏主動(dòng)求知的興趣,滿堂灌的理論教學(xué)和機(jī)械模仿的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法塑造出創(chuàng)新型人才。在信息爆炸的當(dāng)代,僅僅有知識(shí)已經(jīng)無(wú)法滿足社會(huì)的要求,畢竟百度搜索已經(jīng)基本上可以找到人們所需的各類知識(shí),社會(huì)需要的是能解決問(wèn)題的人才。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)可激發(fā)學(xué)生主動(dòng)求知,提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力。在一個(gè)成功的教學(xué)環(huán)境中,教師與學(xué)生有互動(dòng)和共鳴,并且教師能給予學(xué)生更多的選擇權(quán),就能煥發(fā)出學(xué)生的主動(dòng)精神,并激發(fā)創(chuàng)新熱情[15]。

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Reform and management of environmental micro-organism experiment teaching system

Yu Yang, Wu Xiaoqian, Yang Jing, Zhu Yanbing, Xie Xuehui

(School of Environmental Science &Engineering , Donghua University , Shanghai 201620, China)

The experimental system reform, teaching schedule, and management and experimental score mode are described in detail, and the role of the designing experiments for students’ innovative ability establishment is explored; how the reformed experimental system benefits the students’ innovative ability is analyzed and discussed. In Environmental Microbiology experimental teaching system, if only the validating experiments were existed, the students would learn passively and lose interest in learning,“ designing experiment ”can improve students’ motivation to learn and cultivate students’ innovative thinking, in order to give students more autonomy in the experimental class, more designing experiments should be set up in science and engineering experimental teaching.

environmental micro-organism; designing experiment; cultivation of innovative ability

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.04.053

2015- 09- 20

上海高校實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)計(jì)劃(2013)

余陽(yáng)(1977—),男,江西永修,工學(xué)博士,高級(jí)實(shí)驗(yàn)師,主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革等.

E-mail：yuyang@dhu.edu.cn

G642.423

A

1002-4956(2016)4- 0194- 04

實(shí)驗(yàn)課程改革