環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)改革探索與實踐

謝先德 張嘉超

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 湖南·長沙 410128）

0 引言

微生物在環(huán)境污染治理和生態(tài)修復(fù)方面起著不可替代的作用，如何充分發(fā)揮微生物在生態(tài)環(huán)境保護中的效能是環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。環(huán)境工程微生物學(xué)是在研究微生物的生長、代謝和繁殖基礎(chǔ)之上，重點探討微生物與環(huán)境的關(guān)系、微生物對污染物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化以及微生物在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用。環(huán)境工程微生物學(xué)為交叉學(xué)科，知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及面廣、實踐性強、應(yīng)用創(chuàng)新要求高，授課難度大。[1-2]環(huán)境工程微生物學(xué)的教學(xué)一般以講授為主，輔以少量實踐課程。但是由于環(huán)境工程微生物學(xué)基礎(chǔ)理論較深、內(nèi)容抽象、實踐課不足等問題，學(xué)生興趣不高、學(xué)習(xí)意愿不強，整體教學(xué)效果欠佳。[3-5]同時，課程以期末閉卷考試方式考核，學(xué)生期末突擊復(fù)習(xí)亦能達成考試目標，無法準確評估學(xué)生對專業(yè)知識的理解程度。此外，隨著專業(yè)擴招，教師維護課堂秩序的時間和精力成本增加，課堂秩序和課堂質(zhì)量相應(yīng)降低；實踐課程中生均可用資源減少，相互干擾的成分被放大，明顯干擾教師實驗示范。為解決上述問題，針對環(huán)境工程微生物學(xué)課程的教學(xué)改革勢在必行。本文以湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)實踐中面臨的教學(xué)難點為著眼點，針對性提出改善教學(xué)效果、鞏固教學(xué)成效的策略，以期為新形勢下環(huán)境工程專業(yè)人才的培養(yǎng)提供參考。

1 教學(xué)中存在的問題

（1）課程理論涉及多學(xué)科交叉，教學(xué)難度高，但學(xué)時分配不足、課程安排不合理。環(huán)境工程微生物學(xué)課程涉及多學(xué)科交叉，理論面廣而深。環(huán)境工程微生物學(xué)的理論包括微生物學(xué)基礎(chǔ)和微生物治理環(huán)境污染兩部分，相關(guān)內(nèi)容涉及有機化學(xué)、生物化學(xué)、流體力學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、生態(tài)學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科的理論，同時還涵蓋了微生物在土壤修復(fù)和“三廢”處理處置等方面的應(yīng)用及作用機理。[6]但是，環(huán)境工程微生物學(xué)一般先于或同步于上述基礎(chǔ)課程授課，不同課程之間銜接不夠緊密，導(dǎo)致該門課程授課時的延伸和拓展困難，學(xué)生對知識點的消化吸收難度較高。另外，環(huán)境工程微生物學(xué)的知識點多，內(nèi)容遷移性強，但教學(xué)課時僅有32 學(xué)時，略顯不足，導(dǎo)致部分內(nèi)容只能依靠學(xué)生自覺學(xué)習(xí)，教學(xué)質(zhì)量無法保證。

（2）學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱，學(xué)習(xí)動機不強。環(huán)境工程微生物學(xué)是工程應(yīng)用性學(xué)科，要求學(xué)生具備相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)。但環(huán)境工程微生物學(xué)的教學(xué)多與其他相關(guān)學(xué)科，如水污染控制、大氣污染控制、土壤修復(fù)等課程的授課同步進行，學(xué)生消化吸收難度高。對于環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生而言，微生物學(xué)基礎(chǔ)知識薄弱，相關(guān)知識架構(gòu)尚處于高中水平，讓其直接跨越至微生物在環(huán)境治理中的應(yīng)用很困難。在實踐教學(xué)上，微生物實驗趣味性不足，學(xué)生參與熱情有限，部分表現(xiàn)出抗拒性和拖延性。同時，許多同學(xué)對專業(yè)基礎(chǔ)課程的價值認識不足，對此類課程在未來職業(yè)發(fā)展中的作用缺乏概念框架，學(xué)習(xí)欲望不足。另外，環(huán)境工程微生物學(xué)是不斷發(fā)展的學(xué)科，尤其是近年來發(fā)展尤為迅猛，成熟教材與生產(chǎn)實際中的差距愈發(fā)明顯，過時的技術(shù)和方法無法喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時也無法達成以社會需求為導(dǎo)向的專業(yè)人才培養(yǎng)目標。

（3）內(nèi)容抽象、難理解。由于微生物形態(tài)各異、種類繁多、肉眼不可見，相關(guān)內(nèi)容抽象，授課中課堂直接演示不切實際，需借助顯微鏡、多媒體等方式輔助教學(xué)，學(xué)生缺乏直觀感知經(jīng)驗，相關(guān)內(nèi)容的記憶和理解效果較差。同時，不同形態(tài)大小的細菌觀察需放大不同倍數(shù)，難以在同一放大視角下區(qū)分不同細菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)。另外，細菌的增殖、運動、代謝及其作用于環(huán)境污染治理和修復(fù)的過程均無法直接觀察，學(xué)生抽象理解的難度較高。

（4）實踐內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性，考核方式欠全面。微生物實踐教學(xué)一般為驗證性實驗，實驗方案和器材均由老師提前準備，學(xué)生課上依據(jù)教師示范，機械的完成相關(guān)操作即完成課程學(xué)習(xí)。部分學(xué)生甚至直接套用他人的實驗結(jié)果，無法真正達到實驗課程的教學(xué)目的，不能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和科研動手能力。部分實驗內(nèi)容單調(diào)、簡單（如細菌的革蘭氏染色、培養(yǎng)基的配制和滅菌等），內(nèi)容上與環(huán)境工程專業(yè)方向直接關(guān)聯(lián)度較低，無法真正起到專業(yè)人才培養(yǎng)的目的。此外，實踐課程的考核通常以實驗報告的完成度作為評判標準，部分學(xué)生編造實驗數(shù)據(jù)、篡改實驗結(jié)論或是抄襲他人的實驗報告，不利于培養(yǎng)學(xué)生自主、嚴謹、鉆研的學(xué)習(xí)素養(yǎng)。

（5）實驗條件不足，學(xué)生安全意識不強。目前，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)有一間環(huán)境工程教學(xué)實驗室，需承擔(dān)本部、東方學(xué)院和國際學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)本科生的實驗教學(xué)，教學(xué)空間有限，且不允許分班授課，人均教學(xué)資源緊張。與微生物相關(guān)的教學(xué)器材較少，滅菌鍋和超凈工作臺僅有2 套，學(xué)生需要以大團隊的形式開展實驗，無法滿足正常的實驗需求，部分學(xué)生無法親自動手操作或是濫竽充數(shù)直接享受團隊成果，實踐效果得不到保障。另外，微生物實驗涉及到高壓滅菌鍋和超凈工作臺的使用，部分學(xué)生違規(guī)操作，造成一定的安全隱患。

2 教學(xué)方法的改革與探索

2.1 改變理論授課模式，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

（1）引入研究型教學(xué)模式。環(huán)境工程微生物學(xué)課程以應(yīng)用為導(dǎo)向，課程的內(nèi)在特征與研究型教學(xué)的特點契合。研究型教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，[7]以教師的科研項目為基礎(chǔ)，將教師的科研工作與教學(xué)相結(jié)合，用科研反哺教學(xué)，充分利用教師的科研平臺，讓學(xué)生在項目中學(xué)習(xí)，啟發(fā)學(xué)生思維，拓展學(xué)生視界。此外，鼓勵學(xué)生積極參與大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生主動思考、勇于探索的思維習(xí)慣，將嚴謹求實的科研理念引入到教學(xué)中，夯實學(xué)生對專業(yè)理論知識的理解。近三年湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新項目申報立項 20 余項。通過大學(xué)創(chuàng)新型實驗項目的培養(yǎng)，學(xué)生可以通過自主學(xué)習(xí)獲取一些學(xué)科前沿知識，不僅有助于教學(xué)質(zhì)量的提升，也極大增強了學(xué)生對新知識的欲望，有利于實踐創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。將研究型教學(xué)模式用于環(huán)境工程微生物學(xué)的教學(xué)，契合以成果為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)目標。

（2）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機及興趣。學(xué)習(xí)動機是學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，興趣是學(xué)習(xí)最好的導(dǎo)師和最佳動機。由于環(huán)境工程微生物學(xué)內(nèi)容的抽象性和學(xué)生的認知局限性，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情有限。充分激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生積極性和想象力，對于保障教學(xué)效果尤為重要。緒論是一門課程的高度濃縮和整合，具體闡述了課程的目的、研究內(nèi)容和學(xué)科在專業(yè)培養(yǎng)中的地位。[4]環(huán)境工程微生物學(xué)緒論系統(tǒng)闡述了微生物學(xué)的發(fā)展歷程，人類、環(huán)境與微生物之間的聯(lián)系。我們在針對緒論授課時，為了讓學(xué)生充分認識到微生物在環(huán)境污染治理中的作用、微生物治污領(lǐng)域的熱點和發(fā)展趨勢，充分采用貼近生活案例的描述，讓學(xué)生充分理解環(huán)境微生物學(xué)在實際生活中的應(yīng)用，經(jīng)典的案例如酸奶的制作和青霉素的發(fā)現(xiàn)、生活污水的處理、農(nóng)業(yè)禽畜糞便的堆肥等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開啟學(xué)生的求知欲。同時，通過在緒論中設(shè)置相關(guān)問題，讓學(xué)生在未來的學(xué)習(xí)中帶著問題和思考學(xué)習(xí)。如微生物是怎樣實現(xiàn)六價鉻的還原？怎么馴化鉻還原菌？怎么提高鉻還原菌的效率？

（3）豐富教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整授課方式。教師的教學(xué)態(tài)度、業(yè)務(wù)水平、敬業(yè)精神、教學(xué)方法和手段是影響教學(xué)效果的關(guān)鍵。[5]微生物學(xué)是不斷發(fā)展的學(xué)科，其應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展亦是不斷的拓展和延伸。因而，我們在針對環(huán)境工程微生物學(xué)進行教學(xué)時，及時更新授課內(nèi)容，適時根據(jù)國際社會關(guān)注的熱點問題補充一些前沿的新技術(shù)，將科技創(chuàng)新的最新成果和人民群眾熱切關(guān)注的問題帶入課堂，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感。我們在教學(xué)中經(jīng)常跟學(xué)生分享一些科研工作中的心得體會，用切身經(jīng)歷培育學(xué)生學(xué)習(xí)的信心和探索精神。為了充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，我們在教學(xué)中更加注重學(xué)生的反饋，通過增強與學(xué)生的互動，活躍課堂氣氛，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。鼓勵學(xué)生課下搜集課程的相關(guān)資料，包括視頻、微課和文獻等，課上各抒己見充分參與討論，在討論中加深對知識點的理解，同時亦可培養(yǎng)學(xué)生的膽量和自主學(xué)習(xí)的自信。同時，通過學(xué)生的反饋，及時掌握學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握程度，適時調(diào)整課堂節(jié)奏，確保每一個學(xué)生都能跟上教學(xué)節(jié)奏。

（4）建立完備的知識框架，難點突破。環(huán)境工程微生物學(xué)課程知識點多、概念多、易混淆、理解難度高，[6]教學(xué)中以培養(yǎng)目標為主線，層次分明，夯實基礎(chǔ)，突破難點。教學(xué)設(shè)計應(yīng)講究層次，先講什么是微生物，微生物的生長和代謝，再結(jié)合污染物的性質(zhì)，講解微生物在污染治理和環(huán)境修復(fù)中的效能。另外，環(huán)境工程微生物的許多基礎(chǔ)理論與其他課程密切相關(guān)，在講解過程中要抓住其內(nèi)在的聯(lián)系，突出重點。比如，講授微生物在“三廢”處理處置中的應(yīng)用時，我們以實際應(yīng)用為著眼點，重點論述微生物治污的機理，避免與其他課程內(nèi)容重復(fù)。

2.2 強調(diào)實踐教學(xué)，豐富實驗課類型

環(huán)境工程微生物學(xué)以往開設(shè)的多為基礎(chǔ)性實驗，如顯微鏡的使用、菌體菌絲的觀察、平板計數(shù)、平板劃線等，未能體現(xiàn)微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用。我們在教學(xué)中以自身的科研經(jīng)歷為基礎(chǔ)，增設(shè)微生物治污的綜合性實驗。如我們根據(jù)實際的實驗條件，增設(shè)鐵錳氧化菌的篩選、馴化和擴培實驗。此外，我們一改以往的包辦式實驗?zāi)Ｊ剑瑥娬{(diào)學(xué)生在實驗中的主體地位，讓學(xué)生以小組的形式完成全套的實驗過程，包括資料查閱、方案制定、實驗操作、數(shù)據(jù)處理和報告分析等。通過綜合性實驗課程的開設(shè)，學(xué)生更加深刻的理解到微生物在污染治理中的應(yīng)用，充分熟悉了實驗的操作和相關(guān)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊意識、責(zé)任感、分析問題和解決問題的能力。

2.3 豐富考核方式，提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)

課程成績以往多以期末考試成績、出勤考核及實驗報告三部分組成。但這種成績評定方式會使部分學(xué)生鉆空子，如期末突擊記憶相關(guān)知識點、借閱和抄襲他人的實驗報告等，無法真正了解學(xué)生的掌握情況，因而需對考核方式進行調(diào)整。實踐中，我們將基礎(chǔ)理論和實驗課程設(shè)置為同等比重，各占50%。基礎(chǔ)理論考核成績由試卷成績（70%）和課程綜合匯報組成（30%）。課程綜合匯報在期中進行，提前布置選題，充分發(fā)揮學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力，查閱資料形成報告，并進行PPT 展示和答辯，綜合報告和答辯情況打分。實踐課程成績由實驗設(shè)計（70%）和實驗報告（30%）組成。實驗設(shè)計部分依據(jù)學(xué)生的選題、方案和操作規(guī)范等環(huán)節(jié)綜合打分；實驗報告根據(jù)實驗設(shè)計報告、實驗結(jié)果、報告規(guī)范性和數(shù)據(jù)分析深度進行整體把握和評估。相關(guān)考核可避免學(xué)生考前突擊死記硬背，夯實學(xué)生對知識點的掌握和理解，著力學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.4 合理配置資源，充分利用教師科研平臺

為緩解教學(xué)資源不足的問題，在實踐中我們鼓勵學(xué)生以大學(xué)生創(chuàng)新實驗的形式參與到教師的科研工作當(dāng)中。采用此種方式，鍛煉了學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，培育了學(xué)生的科研熱情，近三年環(huán)境專業(yè)學(xué)生第一作者發(fā)表SCI 論文30 余篇。另外，在實際授課中，通過與其他課程老師的溝通，合理安排授課進度，避免類似知識點的重復(fù)教學(xué)，同時亦可在其他課程的基礎(chǔ)之上針對重要的知識點做更加深刻的闡述和延伸，保障教學(xué)效果。

3 結(jié)語

環(huán)境工程微生物學(xué)課程與其他眾多課程交叉，知識面廣、知識結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、強調(diào)實踐性，在教學(xué)中存在諸多難點。同時，隨著專業(yè)擴招，人均教學(xué)資源相對匱乏，亦成為環(huán)境工程微生物課程教學(xué)的重大挑戰(zhàn)。在此背景之下，針對環(huán)境工程微生物學(xué)課程的教學(xué)改革勢在必行。在教學(xué)中以學(xué)生為本，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，以教師自身的科研經(jīng)驗和教訓(xùn)培育學(xué)生學(xué)好專業(yè)知識的信心，訓(xùn)練學(xué)生嚴謹求實的學(xué)習(xí)態(tài)度。教師實時更新專業(yè)領(lǐng)域的最新進展，融入到日常的教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)認同感和學(xué)習(xí)興趣。通過增強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的投入和充分利用教師的科研平臺，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，重視學(xué)生團隊意識和專業(yè)能力的培養(yǎng)。最后，完善考核方式，重視過程訓(xùn)練，著力實踐創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。