環(huán)境工程微生物學(xué)在線課程知識(shí)體系和教學(xué)內(nèi)容的改革探索

程 曼

(泰州學(xué)院 醫(yī)藥與化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 泰州 225300)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高。微生物是生態(tài)系統(tǒng)中必不可少的組成成分，在環(huán)境治理、生物修復(fù)等方面發(fā)揮著重要的作用。研究微生物的生物類群、生理特征、生態(tài)特性等基本理論，探討微生物與環(huán)境的相互影響，并將微生物知識(shí)應(yīng)用于環(huán)境工程實(shí)踐之中，是改善生活環(huán)境、解決環(huán)境問(wèn)題的有效途徑。因此，作為環(huán)境類專業(yè)課程體系中的重要環(huán)節(jié)，環(huán)境工程微生物學(xué)課程的開(kāi)設(shè)對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的掌握、技能的培養(yǎng)大有裨益[1]。

環(huán)境工程微生物學(xué)發(fā)展迅速且與實(shí)際密切聯(lián)系，然而傳統(tǒng)教學(xué)中通常存在著內(nèi)容抽象繁多、與生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)、更新不及時(shí)等問(wèn)題[2]，使得教學(xué)效果差強(qiáng)人意。因此，契合時(shí)代發(fā)展，合理優(yōu)化和整合環(huán)境工程微生物學(xué)知識(shí)體系和教學(xué)內(nèi)容，建設(shè)環(huán)境工程微生物學(xué)在線課程，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。將肉眼不可見(jiàn)的微生物直觀化、環(huán)境工程實(shí)際問(wèn)題具體化，系統(tǒng)地拓展教學(xué)的廣度和深度，一方面有利于學(xué)生微生物基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的扎實(shí)掌握，加強(qiáng)了微生物學(xué)理論與環(huán)境工程實(shí)踐的結(jié)合，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打好了必要的基礎(chǔ)，另一方面也促進(jìn)了學(xué)生綜合應(yīng)用、實(shí)踐創(chuàng)新等能力的提高，為更好地適應(yīng)工作和社會(huì)的需求提供了有力的支撐。

1 在線課程知識(shí)體系的優(yōu)化

環(huán)境工程微生物學(xué)是開(kāi)啟環(huán)境科學(xué)大門(mén)的一把鑰匙，也是解決環(huán)境工程難題的重要工具。在其在線課程建設(shè)過(guò)程中，要緊緊圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程目標(biāo)和學(xué)生崗位需求，充分體現(xiàn)實(shí)踐性和開(kāi)放性的課程設(shè)計(jì)理念，結(jié)合課時(shí)安排，適當(dāng)調(diào)整課程知識(shí)體系。以微生物學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，微生物在環(huán)境及環(huán)境工程中的作用為核心，精選、融合、重組理論內(nèi)容和實(shí)踐內(nèi)容，使學(xué)生能夠真正掌握系統(tǒng)的微生物監(jiān)測(cè)和治理等知識(shí)，具備相應(yīng)的工作技能。

依據(jù)在線課程的碎片化、可移動(dòng)、可重復(fù)的特點(diǎn)，將課程內(nèi)容分為若干知識(shí)點(diǎn)。以環(huán)境工程微生物學(xué)課堂教學(xué)編排為主線，遵循學(xué)生認(rèn)知的難易和能力培養(yǎng)的遞進(jìn)關(guān)系，構(gòu)建知識(shí)體系，形成微生物基礎(chǔ)和微生物作用兩大模塊(表1)。微生物基礎(chǔ)包括微生物類群與形態(tài)、微生物的生理生化過(guò)程、影響微生物的各種因子三個(gè)子模塊。微生物作用則包括微生物在環(huán)境生態(tài)中的作用、微生物在環(huán)境生態(tài)工程中的應(yīng)用兩個(gè)子模塊。以微生物學(xué)知識(shí)和理論為基礎(chǔ)，探討微生物與環(huán)境的相互影響，解決微生物在環(huán)境生態(tài)工程應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題。通過(guò)回答微生物是什么、有何用和怎么用，注重前后內(nèi)容的連貫性和系統(tǒng)性[3]。

表1 環(huán)境工程微生物學(xué)在線課程知識(shí)體系

2 在線課程教學(xué)內(nèi)容的整合

環(huán)境工程微生物學(xué)在線課程的建設(shè)要在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精選、調(diào)整與補(bǔ)充。不僅微生物基礎(chǔ)與作用兩部分不可偏廢，還需與生活實(shí)際、工程應(yīng)用、學(xué)科進(jìn)展、實(shí)踐實(shí)習(xí)等密切聯(lián)系。通過(guò)多種形式、多種手段加強(qiáng)課程知識(shí)要點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備扎實(shí)的微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，了解現(xiàn)代環(huán)境工程微生物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和最新成果，并能利用課程知識(shí)解決環(huán)境工程和環(huán)境保護(hù)等相關(guān)問(wèn)題。

2.1 加強(qiáng)微生物基礎(chǔ)與生活實(shí)際的聯(lián)系

學(xué)生在學(xué)習(xí)環(huán)境工程微生物學(xué)之前，大多數(shù)沒(méi)有微生物基礎(chǔ)，部分同學(xué)甚至對(duì)生物學(xué)、生物化學(xué)、生態(tài)學(xué)等知識(shí)的掌握也不理想。只有夯實(shí)微生物基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生才能在后續(xù)的學(xué)習(xí)中游刃有余，才能夠深入理解微生物在環(huán)境中的作用，掌握微生物在環(huán)境治理中的應(yīng)用。除了重視微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)在課程中的地位，在線課程建設(shè)過(guò)程中還加強(qiáng)了微生物與生產(chǎn)生活的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生利用微生物知識(shí)解決身邊的實(shí)際問(wèn)題，鞏固所學(xué)[4]。

微生物具有個(gè)體極小、種類繁多、易繁殖變異等特點(diǎn)，再結(jié)合環(huán)境工程的實(shí)際應(yīng)用，使得環(huán)境工程微生物學(xué)的學(xué)習(xí)和研究較為抽象復(fù)雜。因此，利用在線課程，結(jié)合普遍關(guān)心的環(huán)境及健康問(wèn)題，利用收集的圖片和視頻制成課程導(dǎo)言，啟發(fā)學(xué)生思考微生物在人類生活中的兩面性，讓學(xué)生對(duì)本課程的性質(zhì)、特點(diǎn)和基本任務(wù)有所認(rèn)知，能夠主動(dòng)地利用微生物學(xué)知識(shí)趨利避害。除此以外，還對(duì)微生物學(xué)習(xí)的方法及手段等進(jìn)行介紹，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。

在微生物基礎(chǔ)知識(shí)模塊的建設(shè)中，要充分利用微生物與人類關(guān)系的密切，通過(guò)在線課程中生活實(shí)例、圖片、視頻等資料的展示，對(duì)課堂教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和鞏固。如對(duì)于不同種類的微生物類群及形態(tài)結(jié)構(gòu)，以生活中經(jīng)常接觸到的微生物為主，適當(dāng)拓展不同微生物類群的多個(gè)代表。利用在線課程平臺(tái)展示網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)典微生物教材中收集的，教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中拍攝或錄制的圖片和視頻資料，結(jié)合課外導(dǎo)向性閱讀，幫助學(xué)生迅速走進(jìn)微生物世界，對(duì)微生物有較為直觀的認(rèn)識(shí)。在每一知識(shí)要點(diǎn)的課程建設(shè)中，可以在實(shí)際收集和整理的教學(xué)資源中嵌入生活常識(shí)。如放線菌章節(jié)設(shè)置時(shí)，利用雨后泥土中的腥味、北方黑土地中的絲狀生物等圖片和資料，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生思考這是什么微生物、具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而更深入的理解和掌握放線菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征。此外，部分知識(shí)點(diǎn)可設(shè)置專題探索與討論。如藍(lán)細(xì)菌這一節(jié)，課程平臺(tái)中展示背景資料，讓學(xué)生自主查閱整理藍(lán)細(xì)菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合影響微生物的因子模塊思考如何控制藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)，自主分析解決問(wèn)題并進(jìn)行匯報(bào)，完成課程學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.2 促進(jìn)微生物知識(shí)在環(huán)境工程中的應(yīng)用

在微生物學(xué)形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、影響因子等知識(shí)掌握的基礎(chǔ)上，理解微生物在環(huán)境中的作用，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)其在環(huán)境生態(tài)工程中的應(yīng)用，是本課程的另一大模塊。該模塊的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置主要體現(xiàn)知識(shí)的應(yīng)用性和系統(tǒng)性，需要結(jié)合環(huán)境問(wèn)題深入講解微生物的利弊，啟發(fā)學(xué)生思考如何利用微生物進(jìn)行環(huán)境保護(hù)和工程實(shí)踐，需要加強(qiáng)前后知識(shí)的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生從微生物學(xué)的角度去理解環(huán)境工程處理工藝的設(shè)置及原理，激發(fā)學(xué)生對(duì)課程、對(duì)職業(yè)的認(rèn)同[4]。

在線課程建設(shè)中，微生物的作用這一模塊主要以專題形式體現(xiàn)。如微生物在水污染治理中的應(yīng)用這一部分，分為污水常規(guī)處理、污水深度處理、高濃度污水處理、微污染源水的預(yù)處理、特殊污染源污水處理等幾個(gè)專題。每個(gè)專題重點(diǎn)以流程圖展示微生物的作用機(jī)理，分析不同污水處理中的微生物類群及特征，配以典型工藝示意圖及現(xiàn)場(chǎng)視頻，讓學(xué)生理解微生物在環(huán)境工程中的重要作用。專題中較多涉及的三廢處理工藝流程，與水污染控制工程、大氣污染控制工程等課程存在重復(fù)，因此精簡(jiǎn)工藝知識(shí)，將該部分作為拓展，補(bǔ)充于在線課程的資源中。此外，每一專題的設(shè)置中，鏈接有微生物基礎(chǔ)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并設(shè)置討論題，加強(qiáng)學(xué)生前后知識(shí)的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)他們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。如在每個(gè)污水處理專題，啟發(fā)學(xué)生思考“如何在實(shí)踐中培養(yǎng)和利用微生物”，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合微生物的生長(zhǎng)繁殖等知識(shí)，提出適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)方式，并能夠合理的控制環(huán)境因子和生物因子，解決活性污泥絲狀膨脹等實(shí)際問(wèn)題，提高微生物污水處理的效果。

2.3 拓展環(huán)境領(lǐng)域微生物學(xué)的進(jìn)展成果

由于授課學(xué)時(shí)的限制，環(huán)境工程微生物學(xué)學(xué)科發(fā)展的成果及交叉課程的相關(guān)知識(shí)等不能在課堂面面俱到。因此通過(guò)在線課程的建設(shè)，拓展微生物學(xué)熱點(diǎn)和相關(guān)研究，結(jié)合課程知識(shí)體系布置任務(wù)，讓學(xué)生在了解當(dāng)前環(huán)境工程及微生物學(xué)研究進(jìn)展的同時(shí)，加強(qiáng)知識(shí)的綜合應(yīng)用、融會(huì)貫通的能力，訓(xùn)練分析和解決問(wèn)題的科學(xué)思維。例如，現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展迅速，微生物的分子生態(tài)學(xué)、代謝組學(xué)等新技術(shù)在環(huán)境工程中也有所應(yīng)用。這些知識(shí)可以通過(guò)專題呈現(xiàn)，展示研究的最新論文及成果。不僅開(kāi)拓了學(xué)生的視野，促進(jìn)環(huán)境工程微生物學(xué)知識(shí)的進(jìn)一步內(nèi)化，還激發(fā)了學(xué)生科研和實(shí)踐的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新思維。在線課程平臺(tái)中還提供了學(xué)校圖書(shū)館及國(guó)內(nèi)外著名微生物學(xué)網(wǎng)站鏈接，提供了課程學(xué)習(xí)中需要的一些交叉學(xué)科資源，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。此外，設(shè)置答疑交流板塊，學(xué)生可以在此與老師同學(xué)交流，及時(shí)解決學(xué)習(xí)中碰到的疑惑[5]。

2.4 提高課程實(shí)踐實(shí)習(xí)與理論的契合程度

作為一門(mén)理論性與實(shí)踐性并重的學(xué)科，環(huán)境工程微生物學(xué)課程的教學(xué)配套有實(shí)驗(yàn)課程及現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。這些項(xiàng)目都必須與理論課程緊密切合，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力。

環(huán)境工程微生物學(xué)在線課程建設(shè)中，不僅體現(xiàn)了計(jì)劃開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，還拓展了一些與課程相關(guān)但由于條件限制無(wú)法開(kāi)設(shè)的其他項(xiàng)目。這些項(xiàng)目的鏈接分別安排在緊密聯(lián)系的理論知識(shí)點(diǎn)后，配以實(shí)驗(yàn)的思考及探討，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)加強(qiáng)理論與實(shí)踐的聯(lián)系，鞏固微生物學(xué)技能。污水處理廠的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，則通過(guò)AAO生化池、深度處理池、纖維轉(zhuǎn)盤(pán)濾池等工藝，引導(dǎo)學(xué)生理解微生物在其中的作用。該部分作為水污染處理專題的總結(jié)，在課程平臺(tái)上展示實(shí)習(xí)單位的基本概況、工藝流程、實(shí)習(xí)注意事項(xiàng)等基本信息，要求學(xué)生在實(shí)習(xí)前認(rèn)真閱讀，聯(lián)系理論知識(shí)深入思考，提高現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的效果。實(shí)習(xí)后，則要求學(xué)生通過(guò)課程平臺(tái)提交實(shí)習(xí)報(bào)告并相互交流，加強(qiáng)學(xué)生歸納總結(jié)、整理匯報(bào)的能力。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，環(huán)境工程微生物學(xué)的在線課程仍在建設(shè)和完善之中。從在線課程的初步實(shí)踐和學(xué)生反饋中可以了解，對(duì)該課程知識(shí)體系和教學(xué)內(nèi)容的改革是有一定的成效的。在未來(lái)教學(xué)過(guò)程中，將會(huì)結(jié)合新研究和新進(jìn)展繼續(xù)優(yōu)化和更新，進(jìn)一步豐富視頻、圖片、習(xí)題等資料庫(kù)，提高在線課程的建設(shè)程度。通過(guò)在線課程結(jié)合線下課堂，加強(qiáng)環(huán)境工程微生物學(xué)的教學(xué)效果，努力培養(yǎng)具有扎實(shí)微生物基礎(chǔ)和環(huán)境工程實(shí)踐能力的應(yīng)用型綜合人才。