環(huán)境工程微生物學(xué)課程教學(xué)改革探討

田野 胡雙意 王剛

摘 要：《環(huán)境工程微生物學(xué)》是我校環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)主干課，該課程主要包含微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和環(huán)境污染控制工程中有關(guān)的微生物學(xué)原理等，課程內(nèi)容繁多且微生物不可見(jiàn)、不直觀，導(dǎo)致教學(xué)過(guò)程中知識(shí)傳遞略顯枯燥乏味，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。筆者結(jié)合自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，說(shuō)明了在教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，并通過(guò)課程體系建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法運(yùn)用等幾個(gè)方面進(jìn)行了改革探索與實(shí)踐，以期提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境工程微生物學(xué);課程體系;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法

一、引言

環(huán)境工程微生物學(xué)是一門涉及微生物學(xué)、工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等新興的邊緣學(xué)科，也是環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程及市政工程等本?？茖I(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其特點(diǎn)是涉及面廣，發(fā)展迅速，是一門具有很強(qiáng)實(shí)驗(yàn)性和應(yīng)用性的學(xué)科[1]。該課程主要包含微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和環(huán)境污染控制工程中有關(guān)的微生物學(xué)原理等，課程內(nèi)容繁多且微生物不可見(jiàn)、不直觀，導(dǎo)致教學(xué)過(guò)程中知識(shí)傳遞略顯枯燥乏味，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。本文就如何開展環(huán)境工程微生物學(xué)課程教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效果，進(jìn)行了探討，旨在進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

二、教學(xué)中存在的主要問(wèn)題

（一）學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高

微生物具有形態(tài)微小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)法用肉眼直接觀察的特點(diǎn)，是一類復(fù)雜而特殊的生物體[2]。通過(guò)多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生大多認(rèn)為《環(huán)境工程微生物學(xué)》課程的知識(shí)點(diǎn)多，理論性強(qiáng)，易懂難記，對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)較模糊，學(xué)習(xí)難度較大。因此，部分學(xué)生上課學(xué)習(xí)積極性不高，疲于應(yīng)付，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性是教學(xué)中急需解決的問(wèn)題。

（二）教學(xué)內(nèi)容與時(shí)代發(fā)展比較存在滯后性

當(dāng)今，國(guó)際上環(huán)境污染控制技術(shù)發(fā)展迅速，新理論和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)[3]。而在目前的教學(xué)內(nèi)容中更偏重于成熟和經(jīng)典理論的講解。因此，課程體系和教學(xué)內(nèi)容必須進(jìn)行大刀闊斧的調(diào)整和改革，方能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)不僅要熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)，微生物治理環(huán)境污染的原理，更需要了解微生物新能源的開發(fā)與利用，微生物絮凝劑的開發(fā)與應(yīng)用，生物處理新技術(shù)與新工藝等學(xué)科前沿知識(shí)。

（三）內(nèi)容廣泛，學(xué)時(shí)有限

我校環(huán)境工程微生物學(xué)的理論教學(xué)學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)。教學(xué)內(nèi)容較廣泛，涉及到微生物的基礎(chǔ)知識(shí)，微生物的營(yíng)養(yǎng)代謝、生長(zhǎng)繁殖、遺傳變異，微生物在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用等，其中基礎(chǔ)性知識(shí)的授課需一半以上的課時(shí)，而關(guān)于微生物治理技術(shù)和微生物修復(fù)工程等知識(shí)則難以拓展講解。因此，仍需不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用微生物學(xué)理論知識(shí)解決環(huán)境污染問(wèn)題的能力和實(shí)踐應(yīng)用能力。

三、課程體系建設(shè)

《環(huán)境工程微生物學(xué)》課程體系建設(shè)包括教學(xué)大綱、教案、多媒體課件、教材、實(shí)驗(yàn)、課程資源庫(kù)、微視頻資源庫(kù)等內(nèi)容。

（一）課程性質(zhì)、目的和任務(wù)

《環(huán)境工程微生物學(xué)》課程是我校人才培養(yǎng)方案中規(guī)定的學(xué)科基礎(chǔ)課（必修）。本課程以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、企業(yè)所需的污水處理實(shí)踐能力為目的。

《環(huán)境工程微生物學(xué)》既包含微生物學(xué)的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，又具有微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用及對(duì)有害微生物的檢測(cè)與控制等知識(shí)。該課程不僅為環(huán)境工程專業(yè)的后續(xù)專業(yè)課打好必要的微生物學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)，而且也是實(shí)踐技能訓(xùn)練的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)。

通過(guò)課程的學(xué)習(xí)旨在讓學(xué)生了解微生物的類別、營(yíng)養(yǎng)代謝方式、生長(zhǎng)繁殖規(guī)律等基礎(chǔ)理論知識(shí)，具備一定的微生物篩選與育種方面的能力;同時(shí)了解污水治理的方法，掌握污水處理的幾種典型的工藝，拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)面，理論聯(lián)系實(shí)際工程案例，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。讓學(xué)生初步了解污水處理技術(shù)及生物處理技術(shù)中微生物生長(zhǎng)條件的控制（即污水處理運(yùn)營(yíng)管理）等實(shí)踐知識(shí)，具備一定的工程實(shí)踐能力，能從事污水廠的運(yùn)營(yíng)管理等方面工作。為達(dá)到較好的教學(xué)效果，要求任課教師不僅要熟悉課本知識(shí)，同時(shí)應(yīng)具備一定的實(shí)踐應(yīng)用基礎(chǔ)，將理論知識(shí)與工程案例結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)會(huì)活學(xué)活用。

（二）課程教學(xué)內(nèi)容

本課程按照教學(xué)大綱的要求講授緒論、原核微生物、真核微生物、病毒等形態(tài)、結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)代謝、生長(zhǎng)繁殖、遺傳變異等內(nèi)容，重點(diǎn)介紹水污染控制微生物工程、有機(jī)固體廢物處理微生物工程、廢氣污染控制微生物工程、污染環(huán)境微生物修復(fù)工程等生物處理技術(shù)的應(yīng)用知識(shí)。

除通過(guò)理論教學(xué)外，通過(guò)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用，如：顯微鏡的使用、觀察微生物的形態(tài)、測(cè)定微生物的大小、細(xì)胞染色法、分離純化微生物等技術(shù)。

（三）教學(xué)資源庫(kù)的建設(shè)

為進(jìn)一步輔助教學(xué)和鞏固教學(xué)效果，努力建設(shè)課程的教學(xué)資源庫(kù)，將課程的重點(diǎn)原理和實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)錄制成微視頻，將難點(diǎn)知識(shí)制作成Flash動(dòng)畫發(fā)布至課程網(wǎng)站，供線下學(xué)生觀看學(xué)習(xí)。同時(shí)，建設(shè)課程的習(xí)題庫(kù)和試題庫(kù)，加強(qiáng)學(xué)生課后和線上練習(xí)，鞏固所學(xué)理論知識(shí)點(diǎn)。

四、教學(xué)內(nèi)容改革

（一）教材和參考資料的選擇

環(huán)境工程微生物學(xué)課程是環(huán)境工程專業(yè)和環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也屬于專業(yè)核心課程。我校選用的是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材——王國(guó)惠主編的《環(huán)境工程微生物學(xué)》[4]。全書內(nèi)容主要包括：（1）微生物基礎(chǔ)知識(shí)，包括環(huán)境污染與生物治理工程中涉及的主要微生物類型、個(gè)體形態(tài)與結(jié)構(gòu)，微生物的營(yíng)養(yǎng)、生理生化、生長(zhǎng)繁殖、遺傳變異和環(huán)境因素的影響;（2）微生物在環(huán)境污染與生物治理中的作用。

該教材課程體系非常合理，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從基礎(chǔ)到應(yīng)用，從原理到工藝，將理論知識(shí)一步步延伸與深化，既有微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，重點(diǎn)突出廢水的好氧生物處理技術(shù)、厭氧生物處理技術(shù)、生物脫氮除磷處理技術(shù)、廢氣的生物處理技術(shù)、固廢生物處理技術(shù)，內(nèi)容全面，與實(shí)際結(jié)合緊密，通過(guò)各種污染治理工藝將理論知識(shí)和實(shí)際工程案例完美融合，讓學(xué)生的打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)了解知識(shí)的運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此本書適宜作為高等院校環(huán)境工程、環(huán)境工程技術(shù)等專業(yè)的教材。

為了使學(xué)生更全面的了解環(huán)境微生物學(xué)，向?qū)W生推薦了許多其他的參考資料，比如周少奇主編的《環(huán)境生物技術(shù)》，王家玲主編的《環(huán)境微生物學(xué)》，顧夏聲、胡洪營(yíng)等編著的《水處理微生物學(xué)》;此外還有一些核心課程教學(xué)網(wǎng)站，如武漢大學(xué)微生物學(xué)教學(xué)網(wǎng)站、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微生物學(xué)微生物教學(xué)網(wǎng)站等，讓學(xué)生利用課余時(shí)間自主學(xué)習(xí)和拓展相關(guān)知識(shí)。

（二）合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

筆者在近7年的教學(xué)過(guò)程中，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，勇于嘗試探索，對(duì)所涉及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，期望能獲得較好的教學(xué)效果。主要教學(xué)內(nèi)容包括：原核微生物、真核微生物在環(huán)境污染中的治理原理，如何調(diào)整工業(yè)廢水治理水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例，微生物生長(zhǎng)繁殖規(guī)律在污水處理中的運(yùn)用，污染環(huán)境微生物修復(fù)技術(shù)等教學(xué)內(nèi)容，精簡(jiǎn)了病毒，微生物的遺傳繁殖，微生物的代謝機(jī)理等內(nèi)容，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整體優(yōu)化，教學(xué)輔助材料及時(shí)的更新，旨在突出微生物在水污染治理、固廢處理、廢氣治理中的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的實(shí)踐運(yùn)用。具體的優(yōu)化措施有以下幾個(gè)方面：

1. 結(jié)合專業(yè)特色優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

武漢生物工程學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)專業(yè)旨在培養(yǎng)適合環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，理論基礎(chǔ)扎實(shí)，具備厚實(shí)的環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，熟練掌握污染治理技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)與評(píng)價(jià)技術(shù)，環(huán)保設(shè)施安裝與運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)，能從事污水處理工程的運(yùn)行管理，特別是垃圾滲濾液、化工制藥廢水及鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理工程的運(yùn)行管理，實(shí)踐能力突出、社會(huì)責(zé)任感強(qiáng)，具備創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，德智體美勞全面發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

因此在教學(xué)內(nèi)容選擇上要充分考慮專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，既要強(qiáng)化基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)要結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)知識(shí)進(jìn)行拓展和應(yīng)用。

2. 結(jié)合工程案例突出教學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用性和實(shí)踐性

高素質(zhì)應(yīng)用型人才需要學(xué)生具備一定的工程實(shí)踐能力，本課程在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)做到理實(shí)結(jié)合，比如，在講解微生物遺傳變異與環(huán)境工程章節(jié)時(shí)，可以引入石油污染的環(huán)境問(wèn)題以及科學(xué)家如何通過(guò)遺傳變異的理論知識(shí)，探索構(gòu)建基因工程菌解決石油污染;在講解微生物生長(zhǎng)繁殖與環(huán)境工程章節(jié)時(shí)，結(jié)合生長(zhǎng)曲線四個(gè)時(shí)期的微生物特點(diǎn)和污水處理微生物的生長(zhǎng)規(guī)律，了解不同污水處理工藝如何控制微生物的生長(zhǎng)時(shí)期，達(dá)到較好的處理效果等。通過(guò)工程案例的引入，不僅能鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，同時(shí)讓學(xué)生了解到實(shí)際工程案例中知識(shí)的運(yùn)用，從而加深印象，提高學(xué)生對(duì)于專業(yè)的認(rèn)識(shí)。

3. 處理好與后續(xù)專業(yè)課程的關(guān)系

我?！董h(huán)境工程微生物學(xué)》于大一第二學(xué)期開設(shè)，后續(xù)的專業(yè)課程有《固體廢物的處理與處置》、《水污染控制工程》等。課程內(nèi)容中的微生物在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用部分與專業(yè)課程聯(lián)系緊密，一方面要通過(guò)微生物治理污染的原理講解，使學(xué)生了解到微生物在工程實(shí)踐中的應(yīng)用;另一方面，不能代替后續(xù)的專業(yè)課，過(guò)多偏重于工藝和設(shè)備的講解，本末倒置。因此，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上要充分與專業(yè)課程統(tǒng)籌安排，相互促進(jìn)，既為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也避免重復(fù)。

（三）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合

筆者在教學(xué)過(guò)程中，不斷深入企業(yè)掛職鍛煉，學(xué)習(xí)工程案例新技術(shù)和新工藝，將吸納的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)融入教學(xué)中，如講解微生物在廢物資源化過(guò)程中的應(yīng)用時(shí)，舉例說(shuō)明了目前污水處理存在的問(wèn)題和困難，激發(fā)學(xué)生對(duì)微生物在環(huán)境工程中應(yīng)用的興趣。在2017年指導(dǎo)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)創(chuàng)業(yè)比賽項(xiàng)目《新型環(huán)保活性污泥微生物肥料》獲2017年國(guó)家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目立項(xiàng)，旨在運(yùn)用微生物的降解作用，將城市生活污泥變廢為寶。通過(guò)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，增加了學(xué)生對(duì)于行業(yè)的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

五、教學(xué)方法的改革

（一）教學(xué)手段多元化，提高學(xué)習(xí)興趣

本課程主要以講授法講解基本概念和基本原理;多媒體輔助法把抽象枯燥的微生物類型、生長(zhǎng)條件、繁殖規(guī)律等轉(zhuǎn)化為直觀、生動(dòng)、形象的多媒體信息，使復(fù)雜內(nèi)容簡(jiǎn)單化、靜態(tài)內(nèi)容動(dòng)態(tài)化，加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)能力培養(yǎng);案例教學(xué)法、自主學(xué)習(xí)法等方式主要是應(yīng)用于實(shí)際工程的處理技術(shù)進(jìn)行講解，通過(guò)師生互動(dòng)交流，激活學(xué)生思維，培育學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索研究的興趣;并通過(guò)微助教的靈活運(yùn)用，簽到、答題、課堂討論等方式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂積極性，提高課堂效率。

（二）加強(qiáng)教學(xué)設(shè)計(jì)，完善教學(xué)導(dǎo)語(yǔ)

教學(xué)設(shè)計(jì)的目的是為了提高課堂教學(xué)質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的有效課堂。比如，講解廢水生物脫氮除磷技術(shù)這一節(jié)時(shí)，先播放一段5min左右的自制視頻，視頻內(nèi)容包括：云南滇池水體富營(yíng)養(yǎng)化的新聞報(bào)道，水體富營(yíng)養(yǎng)化的定義、成因、危害及治理措施，要求學(xué)生對(duì)比《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》調(diào)查校園景觀水體是否存在富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。通過(guò)視頻的觀看，結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容，引出氮、磷元素的形態(tài)、治理方法、處理工藝等知識(shí)。經(jīng)過(guò)精心的教學(xué)準(zhǔn)備，學(xué)生能通過(guò)不同的課堂導(dǎo)入方式，對(duì)所學(xué)內(nèi)容有更直觀、更清楚的認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

（三）互聯(lián)網(wǎng)+課堂，增強(qiáng)教學(xué)效果

隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，微課、MOOC慕課等新的教學(xué)形式的涌現(xiàn)，給學(xué)生提供了更多線下學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，拓展學(xué)生知識(shí)面，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和培養(yǎng)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源的自學(xué)能力，進(jìn)一步加強(qiáng)理論課堂的教學(xué)效果。

筆者在教學(xué)過(guò)程中，還使用了由華中師范大學(xué)開發(fā)的微助教工具，主要使用了簽到、答題、小測(cè)驗(yàn)等功能。每堂課教學(xué)內(nèi)容完成后進(jìn)行一次課堂答題，鞏固知識(shí);每一章節(jié)進(jìn)行一次小測(cè)試，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握情況，做出教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整和改進(jìn)。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+課堂，加強(qiáng)了老師與學(xué)生間的互動(dòng)，讓老師能及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，更能幫助老師推進(jìn)教學(xué)改革，提高教學(xué)效果。

（四）理論聯(lián)系實(shí)際，組織參觀實(shí)習(xí)

我校周邊有武漢市陳家沖生活垃圾循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園，其中有4種不同的垃圾滲濾液處理工藝，與我校環(huán)境工程專業(yè)契合度較高。為加深學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)，每學(xué)期組織學(xué)生到生活垃圾填埋場(chǎng)和垃圾滲濾液處理廠進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，深入了解生活垃圾填埋的全過(guò)程和垃圾滲濾液處理的工藝，掌握知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用。作為教師更應(yīng)深入企業(yè)學(xué)習(xí)新理論和新技術(shù)，將理論和實(shí)際結(jié)合相關(guān)的知識(shí)，準(zhǔn)確的、及時(shí)的傳遞給學(xué)生，讓學(xué)生明白知識(shí)的實(shí)用價(jià)值，提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

六、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)課程體系的建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)方法的改革，一定程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，鍛煉了學(xué)生的工程實(shí)踐水平，未來(lái)我們?nèi)孕璨粩嗟膰L試改革探索，保證《環(huán)境工程微生物學(xué)》的理論教學(xué)質(zhì)量，為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)：

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