環(huán)境工程微生物實驗教學改革的探索

羅穎 曹英楠 馬濤

摘 要：環(huán)境工程微生物學實驗課程是一門應用實踐性很強的實驗課程，為提高學生的實驗技能、培養(yǎng)創(chuàng)新意識，以《工程教育認證標準》為指導，對微生物實驗教學進行了改革探索和嘗試：明確本課程的培養(yǎng)目標、進行多元化教學摸式及教學方法改革、優(yōu)化實驗項目、建立多元化考核體系。通過教學過程評價和改革效果檢測，教學改革初見成效，達到了應用型專業(yè)人才的培養(yǎng)目標。

關鍵詞：微生物實驗工程教育認證教學改革

環(huán)境工程微生物學是環(huán)境工程和環(huán)境科學專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎課程，實驗教學是環(huán)境工程微生物學課程必不可少的重要組成部分，也是不斷提高學生動手能力及操作技能的主要教學形式。環(huán)境工程微生物學實驗課程[1]涉及的實驗原理和實驗操作技術內容多，信息量大，而目前學生只是按部就班地完成實驗，實驗教學效果不理想。為此，以我校工程教育認證工作實施為背景，以《國標》、《工程教育認證辦法》、《工程教育認證標準》為指南，借鑒兄弟院校優(yōu)秀的教改經驗，嘗試對“環(huán)境工程微生物學實驗”課程的教學進行了探索和改革，使之更好地順應學科發(fā)展，應用于污染物控制與治理。旨在為環(huán)境工程技術人才進入從業(yè)領域提供預備教育質量保證，所培養(yǎng)的專業(yè)人才適應科技進步和地區(qū)發(fā)展特色的需要。通過近兩年的教學實踐，取得了良好的效果。

一、結合《工程教育認證標準》，明確本課程的培養(yǎng)目標

結合《工程教育認證標準》并綜合考慮我校的師資力量、實驗室硬件條件、學生素質水平和學生就業(yè)方向等情況，明確了本課程的培養(yǎng)目標，即 “依據(jù)社會專業(yè)人才需求，注重應用能力培養(yǎng)”。加強對實驗課程的認識，注重學生應用微生物技術能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)“所學為所用”。近年來，我院一直將環(huán)境微生物學理論教學與實驗環(huán)節(jié)進行有機結合，重視實驗技能的訓練，認識到以本科生教學為主的工科類院校實驗教學是提高專業(yè)學生綜合素質、科研創(chuàng)新能力以及儲備專業(yè)技術后備力量的重要環(huán)節(jié)。同時，環(huán)境工程微生物實驗也是培養(yǎng)學生形成良好科學習慣的重要途徑[2-3]。培養(yǎng)出具備較強實踐應用能力的學生，一方面可為后期教學、研究生教育等提供基本技能保障，另一方面可為學生畢業(yè)就業(yè)打下良好的專業(yè)基礎。

二、多元化教學摸式及教學方法改革

傳統(tǒng)微生物實驗教學，以注入式教學為主，雖然學生可以掌握操作技術，但在實驗過程中沒能進行獨立思考，更不能充分發(fā)揮學生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，教學效果不夠深入。[4]目前的現(xiàn)狀是，社會對本科畢業(yè)生實驗設計和操作技能的要求越來越高，這種傳統(tǒng)的教學模式已經難以滿足社會發(fā)展的需要。因此，我們從社會專業(yè)人才需求出發(fā)，依據(jù)工程教育認證的指導思想，進行微生物實驗教學模式、教學方法改革的探索與實踐。

1.應用互聯(lián)網(wǎng)+多元化教學手段激發(fā)學生的學習動力和興趣，豐富環(huán)境工程微生物學知識

在課前，我們借助互聯(lián)網(wǎng)在線教學工具軟件-雨課堂，推送預習材料和預習

要求到學生微信（可附帶語音講解），并實時查看每個學生預習進展統(tǒng)計。在課上，增加多媒體教學工具的運用，采用豐富多樣的教學手段，提高課堂教學的生動性。例如，生動形象的動畫、顯微照片、圖片展板拓寬學生的認知視野。教師演示實驗、實驗操作視頻幫助學生掌握正確的實驗操作和理解相應的實驗理論基礎。借助微生物學的重大實驗發(fā)現(xiàn)和重大實驗成果的歷史小故事，如巴斯德和柯赫的重大貢獻、弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素等，圖文并茂地激發(fā)同學的學習興趣，培育同學創(chuàng)新思維的萌芽。[5]通過“雨課堂”將課上教學課件推送到學生手機，便于學生課后復習。我們還使用課堂互動輕應用教學小程序-微助教，進行有趣味性的課堂互動，以游戲化思維鼓勵學生對實驗結果、樣本和實驗設計方案進行展示，積極參與課堂互動，對實驗過程中出現(xiàn)的問題以彈幕投稿形式在虛擬論壇發(fā)言及時討論，以此來吸引學生的專注力并調動學習興趣。在課后，我們借助“雨課堂”中的Padlet分享墻進行師生交流、在線答疑、實驗設計方案討論等。應用互聯(lián)網(wǎng)+多元化教學手段科學地覆蓋了課前-課上-課后的每一個教學環(huán)節(jié)，為師生提供完整立體的數(shù)據(jù)支持，豐富環(huán)境工程微生物學知識。

2.要求學生認真做好實驗課前預習和實驗準備，結合研究模式完成實驗教學內容

實驗預習內容和實驗準備工作要在課前及時發(fā)送給學生，實驗預習內容包括本次實驗目的、原理、實驗方法。實驗準備工作包括列出本次實驗所需物品的詳單、查閱文獻列出詳細的實驗操作流程及實驗要求（最好用圖示法表示實驗操作流程）。例如水中細菌菌落總數(shù)的測定實驗，需要學生實驗前確定并采集好實驗水樣，依據(jù)所采集的實驗水樣的水質情況，認真查閱文獻選擇實驗方案，設計本次實驗的詳細操作流程。實驗過程中嚴格按照所選實驗方案流程操作，并如實記錄結果，分析整理實驗數(shù)據(jù)，實驗結束后當場上交實驗報告。課后學生針對本次實驗過程中出現(xiàn)的問題及疑惑進行匯總，老師給予指導解答。通過這種預習-研究模式完成實驗教學內容，[6]不但能使學生充分了解實驗內容和操作流程，節(jié)省教師課堂講解時間，增加指導時間，提高實驗教學總效率。而且還有助于調動起學生參與熱情和主動性思維。

3.優(yōu)化、創(chuàng)新組合實驗內容，精心設計實驗項目

我院開設的環(huán)境工程微生物學實驗課程共16學時，學時數(shù)有限，精選實驗內容格外重要。密切結合專業(yè)發(fā)展的最新動態(tài)和專業(yè)技術人才的培養(yǎng)方向，參考其他高校的做法，我們對實驗內容進行了優(yōu)化、創(chuàng)新，減少驗證性實驗，開設了綜合設計性實驗和創(chuàng)新研究性實驗[7-8]。在有限的實驗學時內，我們將環(huán)境工程微生物學實驗教學課程分為三大部分：基礎技能驗證型實驗教學、綜合設計性應用型實驗教學和開放性創(chuàng)新研究型實驗教學，見表1。

⑴ 基礎技能驗證型實驗教學部分，是將相關的理論課教學內容融合到實驗的操作技術中，注重培養(yǎng)學生對基本知識、基本技能的掌握。

⑵ 綜合設計性應用型實驗教學部分。先以講座的視頻形式通過“雨課堂”推送給學生實驗要求，后分組完成，學生可依據(jù)自己的興趣愛好采集待檢測的水樣，例如：某個小區(qū)、單位、宿舍樓，直飲機的飲用水，某品牌的桶裝水，某處理廠的處理出水，江河湖泊的水源水等，也可將檢測樣品延伸至土壤樣品或廢液樣品。要求每組學生查閱文獻資料，參考實驗教材，確定實驗方法，自主設計實驗方案和操作流程，并借助“雨課堂”中的Padlet分享墻在線與實驗指導教師討論并審定。在實驗指導老師的指導下，進行實驗并完成實驗報告。在實驗設計過程中，學生也可以大膽創(chuàng)新，增加一些創(chuàng)新項目，例如，學生關心食堂衛(wèi)生問題，學生飲用水達標狀況等等。突出專業(yè)特色，拓展環(huán)境工程微生物實驗技術的實際綜合應用的范圍，這樣在有限時間內使學生獲得的信息更多更廣。

⑶ 開放性創(chuàng)新研究型實驗教學部分，由于環(huán)境工程微生物學實驗課時有限，這部分實驗不占用實驗課時數(shù)，以開放性實驗形式或實驗選修課形式開課。主要鼓勵學生申報院級、校級或自治區(qū)級大學生課外科技創(chuàng)新項目，或直接參與教師科研項目。同時，為攻讀研究生學位的同學打下了良好基礎，也為本院研究生的生源做了儲備。這部分實驗教學根據(jù)指導教師的研究方向和學生的興趣自立課題，也可以選擇現(xiàn)有課題，例如，土壤/活性污泥中微生物的篩選、分離與鑒定，某種功能菌的純化和菌種保藏等。要求學生自行組建課題小組，根據(jù)立題內容，查閱相關文獻和資料，自主設計實驗方案，指導教師參與討論方案的可行性。學生自主完成試劑、藥品的配置、相關儀器設備的使用；學生獨立完成實驗、整理并分析實驗數(shù)據(jù)、撰寫論文或報告研究結果；對實驗過程中出現(xiàn)的一些問題做出正確分析和判斷；經過這樣的獨立實驗技術的操作和科學研究思想的鍛煉，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神，實驗基本操作技能得到加強、科研能力、綜合素質和專業(yè)素養(yǎng)均得到提高，突出了個性能力發(fā)揮。

三、建立多元化考核體系

考核是教學過程中的重要環(huán)節(jié)，同時也是實驗教學內容的延續(xù)。環(huán)境工程學微生物實驗是一門獨立開設的課程，有必要采用一個科學合理、切實可行的多元化綜合評分的考核體系。依據(jù)《工程教育認證標準》，我們將環(huán)境工程微生物實驗考核內容分為4個部分，各部分的考核權重及標準在實驗課程開始前予以公布，具體考核標準由教師認定。其中，平時成績由實驗教師根據(jù)學生課前、課上、課后的綜合表現(xiàn)，實驗操作動手能力和實驗報告情況，可借助 “微助教”小程序當場打分并進行記錄，便于老師對學習全過程進行持續(xù)觀察，作出最后的評價。平時成績考核、實驗室考核和綜合設計性實驗的評價給予A、B、C、D、E五等級評價，再分別以占綜合成績的權重給予實驗總成績的優(yōu)、良、中、及格和不及格五等級評分。開放性創(chuàng)新實驗的評價，經指導教師核定的實驗成績?yōu)楹细窦耙陨系耐瑢W，獲得相應選修課學分。

這種考核方式與評價方法將實驗基本理論知識與實驗操作過程管理緊密結合起來，促使學生對基本技能的規(guī)范操作足夠的重視，對提高微生物實驗教學質量起了重要的作用，同時也改變了學生對實驗教學蒙混過關的錯誤思想。

四、改革效果

在近兩年的教學改革實踐中，我們結合學校網(wǎng)上評教系統(tǒng)、“問卷星”互聯(lián)網(wǎng)平臺進行問卷調查，“雨課堂”中的Padlet分享墻匿名評教，在學生中進行了微生物學實驗教學過程評價和改革效果檢測。調查結果顯示，通過現(xiàn)行的實驗課程學習，學生的實驗設計能力和動手能力得到了很好的提高，學到了課本上學不到的東西。上述實驗教學體系改革獲得了學生和專業(yè)課程教師的一致好評，取得了良好的教學效果。在近兩年培養(yǎng)的本科生來看，綜合素質得到明顯提高，參與并發(fā)表了多篇高水平的科研論文，獲得多項省部級、校級科技創(chuàng)新項目資助，參加全國、省部級、校級“挑戰(zhàn)杯”大學生創(chuàng)業(yè)大賽并獲獎。同時培養(yǎng)了學生濃厚的研究興趣，更為積極報考研究生培養(yǎng)目標。但由于時間關系，還未達到《工程教育認證標準》中3屆畢業(yè)生的調查評價指標。

結語

以《工程教育認證標準》為指導，進行的環(huán)境工程微生物實驗教學改革還處于嘗試探索階段，但已初見成效，在環(huán)境工程專業(yè)的實驗教學中具有很強的應用實踐性，望能在今后的教學實踐中不斷得到改進。以此提升學生的學習興趣和主動性，激發(fā)學生自主創(chuàng)新意識和能力，培養(yǎng)學生的工程意識、獨立解決問題能力和協(xié)作精神。達到了本課程 “依據(jù)社會專業(yè)人才需求，注重應用能力培養(yǎng)”的培養(yǎng)目標，符合《工程教育認證標準》的指導思想。

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作者簡介

羅穎（1982），內蒙古人，在讀博士，講師，研究方向：環(huán)境工程微生物學。