環(huán)境工程微生物學(xué)思政教育的實(shí)踐探討：以“藍(lán)細(xì)菌”教學(xué)為例*

王曉鳳，李 潔，薛維納，魯成秀，徐貞貞，徐 飛，成杰民，張 英**

（1. 山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東濟(jì)南 250358；2. 山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250101）

0 引 言

2016 年12 月7 日至8 日，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議中強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人.強(qiáng)調(diào)各門(mén)課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)［1］.2020 年5 月28 日，教育部印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，由此，思政課程和課程思政建設(shè)紛紛納入到各個(gè)高校的課程體系和課程內(nèi)容中.

課程思政是一種將高等教育中涉及的思想政治教育有效地融入各課程的教學(xué)過(guò)程，構(gòu)建全員、全程、全方位育人格局的高效課程觀［2］.每一門(mén)課程都蘊(yùn)含著思想政治教育資源，而且都負(fù)有思政的使命和責(zé)任.要求把“立德樹(shù)人”作為根本任務(wù)，要求課程體現(xiàn)思政育人的性質(zhì)與功能［3］.如何在各課程中有效融入思政元素，對(duì)任課教師的全教學(xué)過(guò)程提出了新挑戰(zhàn)［4］.

環(huán)境工程微生物學(xué)是針對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)開(kāi)設(shè)的核心專業(yè)課程之一，教學(xué)內(nèi)容主要從細(xì)胞、分子或群體水平上認(rèn)識(shí)和掌握微生物的生命活動(dòng)規(guī)律，從而發(fā)掘、利用、改善有益微生物，應(yīng)用到環(huán)境污染的治理中.目前，環(huán)境工程微生物學(xué)課程教學(xué)仍然以傳統(tǒng)教育模式為主，教學(xué)內(nèi)容主要依附于教學(xué)計(jì)劃設(shè)置的知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重專業(yè)知識(shí)和技能，缺少傳遞科學(xué)思辨和科學(xué)精神等思政教育的理念，不利于環(huán)境專業(yè)人才的全面培養(yǎng)，因此，本文將以藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）教學(xué)為例，圍繞藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)的危害、藍(lán)細(xì)菌的利與弊和防治藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)等內(nèi)容，通過(guò)對(duì)教學(xué)資源的不斷挖掘、整合，教學(xué)手段的不斷創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)體系的持續(xù)更新和學(xué)生思想的啟迪、升華，激發(fā)學(xué)生作為環(huán)保工作者的責(zé)任感和使命感，在課堂內(nèi)外將辯證唯物主義觀點(diǎn)、當(dāng)代著名科學(xué)家的科研態(tài)度和奉獻(xiàn)精神傳遞給學(xué)生，讓這些優(yōu)良品質(zhì)在學(xué)生的心里生根發(fā)芽，有效發(fā)揮課堂育人主渠道作用.

1 思政案例設(shè)計(jì)

思政案例設(shè)計(jì)的理念要突出適用性、體現(xiàn)時(shí)效性、彰顯系統(tǒng)性，這樣，才能真正助力思政課課堂教學(xué)的開(kāi)展［5］.課程思政內(nèi)容要因地、因時(shí)、因課制宜，全面有效地貫穿到課程的講授中［6］.授課教師需要根據(jù)授課內(nèi)容合理設(shè)計(jì)思政元素，使其既能體現(xiàn)思政內(nèi)容，又能與知識(shí)體系緊密結(jié)合.

課程思政的授課方式可以采用案例式、探究式、體驗(yàn)式、互動(dòng)式、專題式、分眾式和運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)等手段建設(shè)智慧課堂等［7-9］，無(wú)論哪種授課方式，都應(yīng)該堅(jiān)持“八個(gè)統(tǒng)一”，既要有驚濤拍岸的聲勢(shì)，也要有潤(rùn)物無(wú)聲的效果［10］.楊桂燕等［11］對(duì)開(kāi)展思政教育的形式進(jìn)行了調(diào)查，表明88%的學(xué)生認(rèn)為“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲結(jié)合專業(yè)知識(shí)點(diǎn)自然融入”的課程思政元素更容易接受，對(duì)于“專門(mén)課件體現(xiàn)”，很少有學(xué)生認(rèn)可.所以，根據(jù)課程特點(diǎn)，合理的融入思政元素，并通過(guò)生動(dòng)的案例和多元形式實(shí)現(xiàn)課程“思政”的目的，需要課程教師“精挑細(xì)選、精雕細(xì)琢”，萬(wàn)不可“雷聲大、雨點(diǎn)小”，甚至“適得其反”，讓學(xué)生產(chǎn)生厭棄情緒，直接影響教學(xué)效果.

環(huán)境工程微生物學(xué)作為環(huán)境科學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課，課程地位尤其突出和重要.響應(yīng)思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程的號(hào)召，針對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生生物背景知識(shí)強(qiáng)而人文素養(yǎng)較為薄弱的特點(diǎn)，本論文圍繞課程第一章“原核微生物-藍(lán)細(xì)菌”中有關(guān)藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)的危害、藍(lán)細(xì)菌的利與弊和防治藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)等方面設(shè)計(jì)思政案例，以期實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人.

2 思政案例的內(nèi)容和實(shí)施

2.1 激發(fā)學(xué)生作為環(huán)保工作者的使命感

藍(lán)細(xì)菌大量繁殖不僅會(huì)引起水質(zhì)惡化，造成魚(yú)類大量死亡，而且藍(lán)細(xì)菌中有些種類（如微囊藻）還會(huì)產(chǎn)生微囊藻毒素（microcystin，MC），危害生物甚至人類健康.

（1）藍(lán)細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)引起水質(zhì)惡化，造成魚(yú)類大量死亡.藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)將造成水中溶解氧的急劇變化，藍(lán)細(xì)菌的呼吸作用和死亡的藍(lán)細(xì)菌的分解作用消耗大量的氧，在一定時(shí)間內(nèi)使水體處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài)，影響魚(yú)類的生存，造成水生經(jīng)濟(jì)生物（如魚(yú)類）的損失.巢湖是我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化程度最為嚴(yán)重的淡水湖泊之一［12］，是國(guó)家水污染重點(diǎn)治理的水體.2020 年夏季受高溫天氣等因素影響，安徽合肥巢湖藍(lán)細(xì)菌快速生長(zhǎng)、腐臭味重.巢湖水質(zhì)的嚴(yán)重惡化已經(jīng)成為制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的“瓶頸”因素，對(duì)旅游經(jīng)濟(jì)、供水安全和漁業(yè)資源等均造成了很大的影響［13］.

藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)的水體富營(yíng)養(yǎng)化事件在國(guó)際也有報(bào)道.2019 年7 月—8 月，北美五大湖中的伊利湖水域發(fā)生了大規(guī)模藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)事件，在7月30日的衛(wèi)星圖像中顯示，藍(lán)細(xì)菌覆蓋面積超過(guò)770 km2，8 月13 日藍(lán)細(xì)菌面積已經(jīng)擴(kuò)大到了1 605 km2.在短短十幾天的時(shí)間內(nèi)，藍(lán)細(xì)菌覆蓋面積增加了一倍多.為此，伊利湖周邊的許多水上娛樂(lè)項(xiàng)目暫停開(kāi)放，并建議人們遠(yuǎn)離藍(lán)細(xì)菌密集水域，由此造成慘重的經(jīng)濟(jì)損失［14］.

（2）藍(lán)細(xì)菌大量爆發(fā)會(huì)影響生物甚至人類健康.藍(lán)細(xì)菌大規(guī)模爆發(fā)可導(dǎo)致水中檢測(cè)出次生代謝產(chǎn)物——MC，其對(duì)水體環(huán)境和人群健康的危害已成為全球關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題之一.隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的加劇，亞太地區(qū)54%湖泊存在不同程度MC 污染，包括我國(guó)云南滇池、安徽巢湖、江西鄱陽(yáng)湖和武漢東湖等［15］. MC 具有強(qiáng)烈的腎臟毒性、神經(jīng)毒性、生殖毒性和肝臟毒性，且有60 多種異構(gòu)體，其中存在最普遍，含量相對(duì)較多且毒性較大的是MC-LR 和MC-RR，L 和R 分別代表亮氨酸和精氨酸.有研究顯示MC-LR 可以引起雌性斑馬魚(yú)腎臟的腎小管上皮細(xì)胞的細(xì)胞漿減少，細(xì)胞核變大，細(xì)胞聚集和壞死，腎小管間距減小，腎臟氧化損傷和凋亡［16］；MC-RR 可能通過(guò)有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽轉(zhuǎn)運(yùn)到小鼠大腦皮層，引起線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的破壞，神經(jīng)遞質(zhì)的異常釋放，產(chǎn)生神經(jīng)毒性，最終導(dǎo)致小鼠的行為學(xué)改變［17］；更有報(bào)道指出MC 還可導(dǎo)致雌性斑馬魚(yú)卵巢組織受損、產(chǎn)卵量降低、子代死亡率和畸形率升高，從而對(duì)雌性斑馬魚(yú)產(chǎn)生生殖毒性，造成代際影響［18］；有關(guān)MC 人體暴露毒性效應(yīng)也得以證實(shí)，在中國(guó)進(jìn)行的流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巢湖的專業(yè)漁民血液中能夠檢測(cè)出MC，并發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期的低劑量暴露引起了一定程度的肝損傷［19］.正是由于研究證實(shí)了MC 的諸多毒性作用，我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 5749—2006）》［20］中將飲用水中MC含量限制為1 μg/L，該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)水源水的質(zhì)量提出了更高的要求，以保障人民的生活和健康.

講授過(guò)程中主要借助多媒體技術(shù)展示藍(lán)細(xì)菌大規(guī)模爆發(fā)造成水色變化、魚(yú)類大量死亡等圖片，揭示其直接危害以及造成的經(jīng)濟(jì)損失等顯性危害；通過(guò)列舉文獻(xiàn)數(shù)據(jù)、圖表，對(duì)比MC 加入前后對(duì)腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和肝臟等的毒害作用，揭示藍(lán)細(xì)菌大規(guī)模爆發(fā)對(duì)生物及人類的隱性危害.將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的學(xué)業(yè)使命結(jié)合，讓思政教育和專業(yè)學(xué)習(xí)形成良性互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的職業(yè)責(zé)任感、使命感和緊迫感，促使學(xué)生樹(shù)立起學(xué)一行、愛(ài)一行、專一行的思想，激勵(lì)學(xué)生將來(lái)作為新時(shí)代的環(huán)境工作者，能夠以青山綠水的情懷增進(jìn)生態(tài)福祉、民生福祉，合力實(shí)現(xiàn)高校教育的責(zé)任感和使命感.

2.2 學(xué)會(huì)用辯證的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)問(wèn)題

為了引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到事物的兩面性，培育學(xué)生思辨的學(xué)科思維.除了介紹藍(lán)細(xì)菌大規(guī)模爆發(fā)對(duì)環(huán)境和人類生活造成諸多危害，也要講解藍(lán)細(xì)菌對(duì)環(huán)境和人類有益的作用.

（1）藍(lán)細(xì)菌能進(jìn)行光合作用制氧.藍(lán)細(xì)菌在30 億年前就在地球上出現(xiàn)了，因?yàn)槠淠芾霉夂献饔霉潭ǘ趸纪瑫r(shí)制造氧氣，所以其在地球由無(wú)氧環(huán)境變成有氧環(huán)境過(guò)程中起到了不可替代的作用.假設(shè)當(dāng)初地球上沒(méi)有藍(lán)細(xì)菌的出現(xiàn)，那么地球現(xiàn)在有可能還是無(wú)氧環(huán)境.

（2）藍(lán)細(xì)菌植物性的光能自養(yǎng)特征在人體疾病的治療中發(fā)揮重要作用.心臟病作為威脅人類生命健康的第一大殺手，很大程度上是因?yàn)檠芏氯麑?dǎo)致的供氧不足而造成的.目前，除了服用藥物溶解血栓，或者植入支架開(kāi)通堵塞的血管之外，并無(wú)其他有效的治療方法.2017 年6 月15 日，Science Advances發(fā)表了斯坦福大學(xué)和賓尼法尼亞大學(xué)的一項(xiàng)極具創(chuàng)新性的試驗(yàn)成果：當(dāng)大鼠因心肌梗塞造成心肌缺氧時(shí)，將藍(lán)細(xì)菌植入到大鼠心臟中，給予光照，藍(lán)細(xì)菌憑借光合作用維持心肌組織中的血氧平衡，從而保障了心肌的緊急氧供應(yīng)和心臟的正常泵血，并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用的藍(lán)細(xì)菌沒(méi)有引起任何不良反應(yīng)和明顯的免疫反應(yīng)，大鼠心肌細(xì)胞與藍(lán)細(xì)菌實(shí)現(xiàn)了完美共存［21］.

（3）有些種類的藍(lán)細(xì)菌有較強(qiáng)的固氮作用.固氮藍(lán)細(xì)菌在其進(jìn)化過(guò)程中，分別與真菌、苔、蘚、蕨、裸子和被子植物的某些種屬形成共生固氮體系，展現(xiàn)出明顯的固氮能力.利用藍(lán)細(xì)菌的固氮能力，促進(jìn)作物氮素供給，使之實(shí)現(xiàn)氮肥自給，將導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的革命.植物-藍(lán)細(xì)菌共生模式系統(tǒng)的研究對(duì)全國(guó)食用菌、中藥材等特色植物和微生物資源的開(kāi)發(fā)、利用以及規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和產(chǎn)權(quán)保護(hù)都具有重要意義.

環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生需在思辨的視閾下看待環(huán)境問(wèn)題，因?yàn)榄h(huán)境污染的治理問(wèn)題是一個(gè)多樣性和條件性系統(tǒng)問(wèn)題，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，比如水和土壤環(huán)境要素是不可割裂的整體系統(tǒng)，藍(lán)細(xì)菌適量對(duì)土壤固氮有益，過(guò)量可能造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，所以，辯證地看待與處理藍(lán)細(xì)菌問(wèn)題，才能揚(yáng)長(zhǎng)避短解決好環(huán)境問(wèn)題.

2.3 大力弘揚(yáng)科學(xué)家精神

防止藍(lán)細(xì)菌大規(guī)模爆發(fā)從根本上要控制營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入，如果一旦藍(lán)細(xì)菌爆發(fā)，則需要采取相應(yīng)的治理措施，主要包括物理、化學(xué)和生物3 種除藻措施.物理除藻包括將藍(lán)細(xì)菌打撈后通過(guò)超聲波、重力斜篩自動(dòng)脫水設(shè)備進(jìn)行脫水、干燥，之后進(jìn)行資源化利用［22］；化學(xué)除藻包括利用除草劑、殺藻劑及金屬鹽等來(lái)控制水華，比如將硫酸銅撒入富營(yíng)養(yǎng)化水體中控制藍(lán)細(xì)菌生長(zhǎng)［23］；生物除藻主要是將有效地控制藍(lán)細(xì)菌生長(zhǎng)的生物調(diào)動(dòng)起來(lái)，人為地創(chuàng)造一個(gè)生態(tài)鏈環(huán)，利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈攝取的原理以及生物的相生相克關(guān)系來(lái)控制或抑制水華，或者利用沉水植物改善水質(zhì)等［24］.其中生物除藻法運(yùn)用得當(dāng)，相較于前二者具有低成本、低影響的優(yōu)點(diǎn).這一方法從知識(shí)理論層面并不難理解，但是，如何找到合適的除藻生物并非易事.由此引入生物除藻法理論奠基人開(kāi)發(fā)藍(lán)細(xì)菌水華的“生物操縱”法的具體事跡案例，從而大力弘揚(yáng)科學(xué)家精神.

在藍(lán)細(xì)菌防治的生物措施中，劉建康院士提出了采用放養(yǎng)鰱魚(yú)、鳙魚(yú)直接控制藍(lán)細(xì)菌水華的“生物操縱”法.1980 年前后，每到夏季，武漢東湖湖面就會(huì)出現(xiàn)水華現(xiàn)象.水華爆發(fā)時(shí)，東湖水粘稠得難以撥動(dòng)，散發(fā)出難聞的惡臭.然而，自1985 年后，東湖的水華現(xiàn)象竟神秘地消失了.東湖水華消失之謎，引起了劉建康院士的極大興趣.在此后的5 年時(shí)間里，劉建康院士反復(fù)試驗(yàn)，終于揭開(kāi)了東湖水華消失之謎：養(yǎng)鰱、鳙魚(yú)的水域里不出現(xiàn)水華，在于鰱鳙吃掉了導(dǎo)致水華發(fā)生的藻類，改善了水質(zhì).揭開(kāi)這一謎底，對(duì)控制水華有重要意義.目前，該研究成果已在滇池、巢湖水污染治理中得以應(yīng)用［25］.通過(guò)此案例可以從2 個(gè)方面啟迪學(xué)生：

（1）培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng).“生物操縱”法的提出是源于劉建康院士對(duì)自然現(xiàn)象的用心觀察和科學(xué)思考.生物學(xué)的學(xué)習(xí)方法中最重要的就是觀察，通過(guò)對(duì)自然現(xiàn)象仔細(xì)、科學(xué)的觀察，進(jìn)而對(duì)現(xiàn)象加以對(duì)比，從而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后再進(jìn)行大膽的理論假設(shè)，最后設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)理論假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，這是一套完整的科研思路.所以，在授課過(guò)程中教師根據(jù)案例進(jìn)行提問(wèn)、啟發(fā)、引導(dǎo)和訓(xùn)練學(xué)生的科研思維，為將來(lái)開(kāi)展工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

（2）堅(jiān)守學(xué)術(shù)初心.劉建康院士在東湖邊生活了50 多年，為了找出東湖水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的真正原因，已經(jīng)年過(guò)七旬的劉建康院士親自實(shí)地觀測(cè)水樣，歷時(shí)5 年的時(shí)間，終于掌握了東湖水質(zhì)問(wèn)題的第一手詳實(shí)資料，提出了飼養(yǎng)鰱、鳙魚(yú)治理東湖的“生物操縱”方法.正是由于抱著這種執(zhí)著的求是態(tài)度，潛心鉆研，堅(jiān)守自己的學(xué)術(shù)初心，才有了今天行之有效的“生物操縱”法.所以，在授課過(guò)程中根據(jù)案例倡導(dǎo)學(xué)生要想把一件事情做好，一定勿忘初心，致廣大而盡精微.

在講授過(guò)程中主要借助圖片、視頻影像等多媒體手段展示科學(xué)家們的言行，凸顯其追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的求實(shí)精神，淡泊名利、潛心研究的奉獻(xiàn)精神，勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神；通過(guò)圖表數(shù)據(jù)和水體治理前后的對(duì)比圖片，展示科學(xué)家們的科研成果，由此激勵(lì)學(xué)生：作為新時(shí)代的大學(xué)生，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮科學(xué)家精神的榜樣作用，從優(yōu)秀科學(xué)家身上汲取精神營(yíng)養(yǎng)，磨煉本領(lǐng)、砥礪品行.

3 結(jié)束語(yǔ)

充分挖掘“環(huán)境工程微生物學(xué)-藍(lán)細(xì)菌”一節(jié)的思政元素，有效利用課堂育人載體，不僅讓環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生掌握藍(lán)細(xì)菌的系統(tǒng)知識(shí)，還可以激發(fā)學(xué)生將來(lái)作為環(huán)保工作者的責(zé)任感、使命感和緊迫感，擔(dān)負(fù)起利用專業(yè)知識(shí)解決環(huán)境污染問(wèn)題的歷史使命；培養(yǎng)學(xué)生客觀、辯證、全面地認(rèn)識(shí)問(wèn)題的能力，進(jìn)而迸發(fā)出追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的求實(shí)精神和勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神.并將藍(lán)細(xì)菌課程思政的方法推廣到整個(gè)課程中，實(shí)現(xiàn)“春風(fēng)化雨，潤(rùn)物無(wú)聲”的過(guò)程.高校教師應(yīng)該善于發(fā)現(xiàn)、挖掘課程中的思政元素，以此實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人的育人目標(biāo).