環(huán)境工程專業(yè)微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

李 爽, 李 聰

(遼寧石油化工大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順 113001)

環(huán)境微生物學(xué)是環(huán)境科學(xué)中的重要分支，重點(diǎn)研究污染環(huán)境中的微生物，主要以微生物學(xué)的理論與技術(shù)為基礎(chǔ)，研究相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境現(xiàn)象及環(huán)境問題[1]，在闡明微生物、污染物與環(huán)境三者間的相互關(guān)系與作用規(guī)律的研究中起到至關(guān)重要的作用。環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是該課程實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是連接理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用的橋梁。因此加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力[2]，培養(yǎng)學(xué)生自立自強(qiáng)的品格，提升創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)創(chuàng)新能力[3-4]，建立團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)[5]，進(jìn)而提高學(xué)生的核心競(jìng)爭(zhēng)力。為體現(xiàn)工科院?！耙耘囵B(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為主旨，突出實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)”的辦學(xué)特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了初步的改革與實(shí)踐。

1 環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置改革

1.1 增加環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)是微生物教學(xué)的重要一環(huán)，在改革前只有16學(xué)時(shí)，導(dǎo)致學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對(duì)微生物的了解僅停留在表面，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，降低了實(shí)驗(yàn)的積極性，甚至影響對(duì)微生物理論課程的學(xué)習(xí)。改革后學(xué)時(shí)增加到了32學(xué)時(shí)，增加了微生物的生理特征觀察、大腸埃希菌的生長曲線測(cè)定、水質(zhì)的細(xì)菌學(xué)檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，微生物實(shí)驗(yàn)體系更為完整，涵蓋了菌種的活化、培養(yǎng)基的配制、接種、染色觀察、分離計(jì)數(shù)和形態(tài)鑒定等過程，整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)更為明晰連貫[6]，學(xué)生對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)更為整體和直觀。

1.2 將環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)改為獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)

目前我國高等教育體系中，學(xué)校往往過于強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)的作用，而忽視了實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生的影響[7]。改革前環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)屬于非獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)，沒有相關(guān)的考核程序，不單獨(dú)占學(xué)分，只作為理論課的一部分，最終實(shí)驗(yàn)成績只占總成績的10%～20%。因此，學(xué)生對(duì)微生物實(shí)驗(yàn)不會(huì)給予足夠重視。改革后，環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)作為獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)占1學(xué)分。學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)的重要性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果得到了很大提高。

1.3 提高綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例

在我校傳統(tǒng)的環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置中，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)約占總實(shí)驗(yàn)課程的30%，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致學(xué)生過于依賴教師和實(shí)驗(yàn)講義，極大影響了學(xué)生開拓性、創(chuàng)新性思維的形成。改革后，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的總比例提高到了60%以上，學(xué)生主觀能動(dòng)性得到了充分發(fā)揮。綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)介于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)之間，是具有模擬科研實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的課題研究[8]。與傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相比，其實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層次更高，探索性更強(qiáng)，與科研的聯(lián)系更為密切[9]。綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生按照所選題目查閱大量文獻(xiàn)，制定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)流程，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考完成實(shí)驗(yàn)的能力，拓展學(xué)生創(chuàng)新思維，為學(xué)生進(jìn)一步深造或走上工作崗位奠定良好基礎(chǔ)。

2 環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革

2.1 學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作

環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作是一個(gè)相當(dāng)繁瑣及復(fù)雜的過程，包括活化菌種、制備培養(yǎng)基、對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行滅菌等工作，改革前這一工作全部由實(shí)驗(yàn)教師完成。改革后，學(xué)生參與到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備過程當(dāng)中，更透徹地理解微生物學(xué)的理論知識(shí)，更熟練地掌握高壓滅菌器、超凈工作臺(tái)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法及工作原理。

2.2 使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更貼近環(huán)境工程專業(yè)方向

改革前環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更偏向于生物工程專業(yè)方向，改革增加了更貼近于環(huán)境工程專業(yè)理論課內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和人體表面微生物檢查，不同水質(zhì)的細(xì)菌學(xué)檢測(cè)，有機(jī)污染物質(zhì)的生物學(xué)降解等，使環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生加深理解了微生物學(xué)在整個(gè)環(huán)境工程中的重要性，更重視對(duì)微生物學(xué)及實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)。

3 環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革

3.1 引入多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式

傳統(tǒng)的板書教學(xué)形式較為單一，重點(diǎn)部分無法更多地引起學(xué)生關(guān)注。多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)更為直觀、生動(dòng)地將實(shí)驗(yàn)相關(guān)的文本、圖片、聲音、影像等素材結(jié)合起來[10]，能突出實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，提高了教學(xué)效率，使單向式教學(xué)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)作、探究式雙向互動(dòng)教學(xué)模式[11]。同時(shí)，多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)也增大了實(shí)驗(yàn)課容量，激發(fā)學(xué)生興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，增強(qiáng)了求知欲和自信心。

3.2 以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更注重教師的“教”，而忽視了學(xué)生的“學(xué)”，學(xué)生很多時(shí)候只是被動(dòng)地接受教師所教授的內(nèi)容，并沒有動(dòng)腦思考實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)改革應(yīng)以學(xué)生為本，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)中來[12]。對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以選擇感興趣的課題，并自由分組討論設(shè)計(jì)方案，制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)完成后將實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析等內(nèi)容整理制作成PPT，每組派代表將實(shí)驗(yàn)結(jié)果向老師及同學(xué)匯報(bào)。這種方式顯著提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，增?qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，鍛煉學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦能力的同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。另外，根據(jù)學(xué)校石化特色加強(qiáng)學(xué)生與企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)系，例如“活性污泥的生物相觀察”實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生到污水處理廠取樣，讓學(xué)生了解活性污泥的培養(yǎng)過程，及其在污水處理中的作用[13]。真正做到了以學(xué)生為主體，讓學(xué)生更深刻地意識(shí)到微生物學(xué)及實(shí)驗(yàn)在整個(gè)環(huán)境工程體系中的重要作用，從而積極主動(dòng)地投入到實(shí)驗(yàn)中。

3.3 開放實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，通過改革完善了實(shí)驗(yàn)室管理制度，建立開放的公共實(shí)驗(yàn)室，提供設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生自主選擇項(xiàng)目進(jìn)行研究。學(xué)生可以通過網(wǎng)上平臺(tái)預(yù)約實(shí)驗(yàn)，合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，使實(shí)驗(yàn)室資源得到充分利用。鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己感興趣的課題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，撰寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，教師與學(xué)生一起探討實(shí)驗(yàn)的可行性，得到批準(zhǔn)后，學(xué)生可以在遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度的前提下，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開放，加強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，促進(jìn)了學(xué)生科研興趣的提高[14]。

4 生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)考核方式改革

考核是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，是檢驗(yàn)教學(xué)效果，評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績，提升學(xué)生綜合素質(zhì)的重要手段[15]。傳統(tǒng)的考核方式中，實(shí)驗(yàn)報(bào)告和學(xué)生出勤率占了很大比重，導(dǎo)致學(xué)生更注重報(bào)告的書寫而忽視了實(shí)驗(yàn)操作[16]，改革后實(shí)驗(yàn)考核分五個(gè)部分：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考核。很多學(xué)生沒有良好的預(yù)習(xí)習(xí)慣，往往在實(shí)驗(yàn)時(shí)臨時(shí)抱佛腳，基于這種情況對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)進(jìn)行量化考核，實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生需在網(wǎng)上回答相關(guān)問題，教師根據(jù)答題情況給出成績，預(yù)習(xí)成績占總成績的10%。學(xué)生實(shí)驗(yàn)態(tài)度占總成績的10%，實(shí)驗(yàn)操作技能占30%，這兩項(xiàng)考核要求實(shí)驗(yàn)教師隨堂評(píng)分，方式更為及時(shí)和透明，并且能起到督促學(xué)生端正實(shí)驗(yàn)態(tài)度，認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的作用。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確及評(píng)判學(xué)生分析能力的標(biāo)準(zhǔn)，占實(shí)驗(yàn)考核體系的20%。改革增加了微生物實(shí)驗(yàn)的期末考試，主要考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，學(xué)生在考試前抽簽決定所操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，由實(shí)驗(yàn)監(jiān)考教師觀察學(xué)生操作后，進(jìn)行評(píng)分，該成績占總實(shí)驗(yàn)成績的30%。實(shí)驗(yàn)考核方式改革后，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性明顯提高，動(dòng)手能力和分析、解決問題的能力都進(jìn)一步加強(qiáng)。

5 結(jié) 語

經(jīng)過幾年的探索和實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量大大提升，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)造創(chuàng)新能力顯著提高。在環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革過程中，也遇到了一些問題和挑戰(zhàn)，例如實(shí)驗(yàn)室開放后，實(shí)驗(yàn)房間及儀器設(shè)備相對(duì)不足，實(shí)驗(yàn)所需耗材增加，實(shí)驗(yàn)教師工作量增大，導(dǎo)致有些學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)無法順利進(jìn)行。另外，環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)開設(shè)在環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生大二下學(xué)期，在此期間，學(xué)生所學(xué)課程過多，實(shí)驗(yàn)課的安排既要考慮學(xué)生的時(shí)間又要確保實(shí)驗(yàn)的連貫性是我們面臨的一大難題。將進(jìn)一步貫徹以學(xué)生為主體的原則，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，提升學(xué)生科研能力，優(yōu)化課程設(shè)置，加大教改力度，制定行之有效的開放實(shí)驗(yàn)室管理方法及執(zhí)行措施，使環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)更符合環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。