環(huán)境工程微生物學(xué)研究型實驗項目開發(fā)與實踐

孫　艷, 胡洪營, 陸　韻, 楊宏偉, 左劍惡

(清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院, 北京　100084)

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環(huán)境工程微生物學(xué)研究型實驗項目開發(fā)與實踐

孫艷, 胡洪營, 陸韻, 楊宏偉, 左劍惡

(清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院, 北京100084)

將分子生物學(xué)、基因組學(xué)和環(huán)境工程微生物學(xué)相結(jié)合,開發(fā)研究型實驗教學(xué)項目,有利于開闊學(xué)生視野、提高學(xué)生創(chuàng)新思維和科研能力。實踐表明,通過研究型實驗教學(xué)項目的開展和實施,學(xué)生不僅掌握了基礎(chǔ)的微生物學(xué)實驗研究方法和操作技能,而且掌握了分子生物學(xué)、基因組學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù),在實驗設(shè)計、方案實施、結(jié)果分析等方面也得到了全方位的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

環(huán)境工程微生物學(xué)； 研究型實驗項目； 科研素質(zhì)

環(huán)境工程微生物學(xué)是環(huán)境科學(xué)與工程和生命科學(xué)的交叉學(xué)科[1],是環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)和給排水工程等專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程,其實驗教學(xué)是聯(lián)系理論和實踐的紐帶,是培養(yǎng)學(xué)生實驗技能、實驗思維、創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),具有極強的實踐性和應(yīng)用性[2-5]。環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)涉及環(huán)境和生物兩個領(lǐng)域,要求學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)掌握專業(yè)的實驗技術(shù)、操作技能,并具備較強的實驗?zāi)芰?實驗教學(xué)內(nèi)容安排必須科學(xué)合理[6-7]。目前,實驗項目以基礎(chǔ)型和綜合型實驗項目為主導(dǎo),學(xué)生主要學(xué)習(xí)和掌握微生物的觀察、培養(yǎng)、分離、保藏、復(fù)壯、滅菌、無菌操作等基本的微生物學(xué)實驗研究方法及環(huán)境微生物的應(yīng)用技術(shù)等。隨著分子生物學(xué)、基因組學(xué)等相關(guān)技術(shù)不斷滲透到環(huán)境工程應(yīng)用的各個領(lǐng)域[8],僅以基礎(chǔ)型、綜合型實驗項目為主導(dǎo)的實驗課程難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,也難以使學(xué)生熟練掌握現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的理論知識和操作技術(shù)[9-11]。為了使學(xué)生掌握的實驗技能和工程應(yīng)用保持同步,在基礎(chǔ)型和綜合型實驗項目的基礎(chǔ)上開設(shè)了研究型實驗項目,力圖實現(xiàn)學(xué)生在熟悉、精通常用微生物實驗基本操作的基礎(chǔ)上,了解、掌握現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的實際應(yīng)用。

1　研究型實驗項目的開發(fā)

研究型實驗項目是在學(xué)生掌握環(huán)境工程微生物學(xué)基礎(chǔ)知識和基本實驗技能后開發(fā)的研究項目或自主提出的探索性研究課題,主要是訓(xùn)練學(xué)生背景調(diào)研、方案設(shè)計、系統(tǒng)搭建、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果表達等多個環(huán)節(jié),開闊學(xué)生視野,強化分析問題、解決問題的能力[12]。要求學(xué)生在給定的時間內(nèi),完成從選題、文獻調(diào)研、方案設(shè)計、方案實施、結(jié)果分析、成果匯報與提交等所有環(huán)節(jié)的內(nèi)容。其目的是激發(fā)和調(diào)動學(xué)生的實驗興趣和科研的積極主動性,培養(yǎng)學(xué)生獨立自主的科研能力。

2　研究型實驗項目的實踐

研究型實驗項目實施步驟如圖1所示。

圖1　研究型實驗項目實施步驟

2.1實驗方案設(shè)計

首先由理論教師指定專題范圍,提出設(shè)計原則和要求,并將實驗教學(xué)中心的儀器設(shè)備介紹給學(xué)生,學(xué)生需在現(xiàn)有的實驗條件下自主設(shè)計實驗方案。

方案設(shè)計以小組合作形式進行,采取自由組合分組,每小組4名學(xué)生,并選出1人作為組長。每組學(xué)生針對專題范圍選題后,根據(jù)已掌握的環(huán)境工程微生物學(xué)理論知識和實驗技術(shù)并結(jié)合文獻資料調(diào)研和現(xiàn)場調(diào)查進行實驗方案設(shè)計。

實驗方案設(shè)計期間,定期安排時間由指導(dǎo)教師和助教幫助學(xué)生解決疑難問題,修改實驗方案。同時,教師還會為學(xué)生提供方案設(shè)計范例,以供學(xué)生參考。實驗方案設(shè)計完畢后,設(shè)立一次討論課,每個實驗小組以答辯形式介紹設(shè)計方案的背景、目的、技術(shù)路線和方法及預(yù)期結(jié)果,由理論教師、實驗教師、同學(xué)提出問題和建議,對設(shè)計方案進行完善,確保實驗的可行性。

2.2實驗方案實施

實驗方案實施前,各小組組長根據(jù)實驗內(nèi)容需求填寫申請表,提交實驗教學(xué)中心預(yù)約實驗儀器及材料,審核通過后,學(xué)生方可進行實驗。

實驗方案實施過程中,實驗教學(xué)中心環(huán)境工程微生物學(xué)實驗室全天開放,以滿足學(xué)生實驗要求。實驗教師負責(zé)實驗實施全過程的指導(dǎo)及實驗室安全和管理,并督促學(xué)生實驗后還原儀器設(shè)備、清理實驗室、檢查水電。實驗助教協(xié)助指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生,并對實驗所用儀器設(shè)備進行操作說明,輔助實驗室安全管理工作,保障實驗教學(xué)順利進行。

實驗實施過程中涉及的實驗步驟、操作方法及注意事項、試劑的配置、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果等,學(xué)生須做詳細的記錄,以便對實驗結(jié)果進行合理分析和科學(xué)解釋。實驗時間除了部分固定外,其他時間由學(xué)生自由掌握,充分尊重學(xué)生的要求,達到個性化培養(yǎng)的目的,鍛煉學(xué)生的時間管理能力。

實驗實施過程主要是培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同合作、互助互利的團隊精神,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問題的科研能力和獨立創(chuàng)新的工作能力。

2.3實驗結(jié)果展示及評定

實驗結(jié)束后,要求學(xué)生撰寫實驗總結(jié)報告,內(nèi)容包括實驗原理、實驗儀器和材料、實驗結(jié)果、分析與討論、結(jié)論5個部分。同時,實驗總結(jié)報告內(nèi)容須制作成幻燈片,以小組為單位進行總結(jié)交流與答辯評定。實驗評定以評分形式進行,由教師、助教和各小組組長從實驗方案的設(shè)計、方案的可行性、實驗過程的執(zhí)行及實驗結(jié)果、總結(jié)分析等多方面對各小組展示進行打分評價。

3　研究型實驗項目的成效

通過研究型實驗項目的實踐,學(xué)生不僅掌握了基礎(chǔ)的微生物學(xué)實驗研究方法和操作技能,而且掌握了分子生物學(xué)、基因組學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù),將單一的微生物學(xué)技術(shù)系統(tǒng)綜合化,使學(xué)生能夠有系統(tǒng)、有深度、有規(guī)劃地完成實驗內(nèi)容,在實驗設(shè)計、方案實施、結(jié)果分析等方面得到了全方位的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

采用分組形式自主設(shè)計實驗方案,有助于學(xué)生明確職責(zé)、分工協(xié)作,形成凝聚力較強的團隊,也有助于保證實驗實施過程中的組織性和紀律性,培養(yǎng)學(xué)生的獨立實踐能力和綜合素質(zhì)。

在基礎(chǔ)型和綜合型實驗的基礎(chǔ)上進行研究型實驗,這種階梯式的實驗課程設(shè)置模式使學(xué)生不僅掌握了基本的實驗技能,更重要的是激發(fā)和調(diào)動了實驗興趣和科研熱情,提高了科研素質(zhì)與能力,增強了師生的溝通和理解。同時學(xué)生對環(huán)境工程微生物學(xué)應(yīng)用也有了更深入的認識,取得了很好的教學(xué)效果。

4　結(jié)語

實驗教學(xué)是理論聯(lián)系實際的最好形式,也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新思維的重要手段[13]。以加強技能綜合性和科學(xué)探究先進性為原則,堅持教學(xué)改革和創(chuàng)新,不斷強化綜合型和研究型實驗實踐教學(xué)模式,逐步提升實驗教學(xué)質(zhì)量,提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。研究型實驗教學(xué)項目的開發(fā)與實踐為本科生構(gòu)建了研究型的實驗教學(xué)平臺,為本科生科研素質(zhì)的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ),有助于引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生掌握和綜合運用所學(xué)知識解決當(dāng)前所面臨的復(fù)雜環(huán)境問題的能力、良好的科研素質(zhì)以及創(chuàng)新精神。

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Developmentandpracticeofresearch-basedexperimentalprojectsinenvironmentalengineeringmicrobiology

SunYan,HuHongying,LuYun,YangHongwei,ZuoJiane

(SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Therelatedexperimentteachinghasstrongpracticalityandapplicability.Combiningmolecularbiology,genomicsandenvironmentalengineeringmicrobiologytodevelopresearch-basedexperimentteachingprojectisbeneficialtowidenstudents’viewandimprovestudents’innovativethinkingandscientificresearchability.Thepracticeinresearch-basedexperimentalteachingshowsthattheprojectcannotonlyhelpstudentsmasterthebasicresearchmethodsandskillsofmicrobiologyexperiment,butalsohelpthemmastertheapplicationtechnologiesofmolecularbiologyandgenomicsusedinenvironmentalfield.Thestudentshavereceivedafullrangeofcultivatingandtrainingfordesigningexperiment,implementingprojectandanalyzingresults.

environmentalengineeringmicrobiology;research-basedexperimentalproject;scientificresearchquality

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.055

2015-12-16

清華大學(xué)實驗室創(chuàng)新基金

孫艷(1977—),女,黑龍江牡丹江,博士,工程師,研究方向為環(huán)境工程微生物學(xué).

E-mail：sun_yan@tsinghua.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)7-0217-03