環(huán)境微生物課程教學(xué)改革與思考

龔貝妮

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 廣東 廣州 510642）

環(huán)境微生物學(xué)是將微生物學(xué)的知識和原理應(yīng)用于環(huán)境保護、治理、資源利用等方面的一門新興的交叉學(xué)科，通過這門課可以使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，在此基礎(chǔ)上進一步掌握環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程中經(jīng)常使用的微生物技術(shù)、方法及其原理。在環(huán)境微生物課程教學(xué)中，如何講授才能讓學(xué)生在掌握扎實的基礎(chǔ)知識的同時培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科學(xué)思維？文章對這個問題做出一些思考，提出以下有關(guān)課程教學(xué)的改革方法：

1 教學(xué)內(nèi)容的改進

1.1 應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)的特點和培養(yǎng)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進行選擇，把握不同內(nèi)容授課的深度

環(huán)境微生物課程內(nèi)容多，教學(xué)學(xué)時不足，授課時間緊，64個總學(xué)時，其中32個理論學(xué)時，32個實驗學(xué)時。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院選擇了韋革宏教授主編的《微生物學(xué)》作為課程授課的主要參考教材，共13章，包括緒論，原核微生物，真核微生物，病毒和亞病毒，微生物的營養(yǎng)，微生物的生長與環(huán)境條件，微生物的代謝，微生物的遺傳變異和育種，微生物的生態(tài)，微生物與物質(zhì)循環(huán)，感染和免疫，微生物的進化、系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定，微生物與可持續(xù)發(fā)展等內(nèi)容[1]。全書圍繞微生物的形態(tài)、生理、遺傳、生態(tài)、分類和應(yīng)用等對微生物的基本知識進行了全面系統(tǒng)的闡述。對于環(huán)境、農(nóng)學(xué)等理工專業(yè)，課程的主要任務(wù)是給學(xué)生打下堅實的微生物學(xué)理論知識基礎(chǔ)，為學(xué)生學(xué)好后續(xù)課程、為學(xué)生今后的科研工作做好理論準(zhǔn)備。扎實和系統(tǒng)的微生物學(xué)基礎(chǔ)知識對于學(xué)生的科研創(chuàng)新活動至關(guān)重要，沒有好的基礎(chǔ)，就沒有創(chuàng)新的條件，學(xué)術(shù)和科研創(chuàng)新就只能是空談。

所以面向理科專業(yè)學(xué)生的環(huán)境微生物學(xué)課程需要重點講解微生物學(xué)基礎(chǔ)知識，同時將微生物在污染物的降解與轉(zhuǎn)化、水環(huán)境污染控制與治理方面的應(yīng)用原理講解透徹。而對于環(huán)境方面的工科專業(yè)而言，要注重工程的實際應(yīng)用，因此，除了教授微生物學(xué)基礎(chǔ)知識以外，還需要重點闡述微生物在環(huán)境污染、環(huán)境治理工程中的應(yīng)用，并對其原理進行系統(tǒng)講解，因此，該專業(yè)的授課需要對理論知識進行選擇，突出重點，增加工程應(yīng)用相關(guān)知識的比重。

1.2 授課內(nèi)容要反映環(huán)境微生物學(xué)科的最新進展

近年來由于生命科學(xué)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，一些新的研究分析手段和技術(shù)方法不斷出現(xiàn)并升級改進，這些新技術(shù)和手段在環(huán)境科學(xué)上的應(yīng)用也使得環(huán)境微生物的研究獲得了新的發(fā)展。技術(shù)的輔助也使得人們對環(huán)境微生物的認(rèn)知和了解不斷加深，基礎(chǔ)理論也在不斷地發(fā)展和完善。教師可以在課堂上向?qū)W生介紹這些技術(shù)和理論上的創(chuàng)新和發(fā)展，讓他們了解學(xué)科發(fā)展的前沿動態(tài)和方向，同時這些新的技術(shù)和理論發(fā)展與人們的現(xiàn)實生活密切相關(guān)，很容易提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

現(xiàn)在新興的很多新技術(shù)、新方法，如實時熒光定量PCR、16sRNA序列高通量測序、組學(xué)技術(shù)（包括基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組等）、激光共聚焦顯微鏡（CLSM）等在環(huán)境科學(xué)包括環(huán)境微生物研究中被廣泛應(yīng)用[2，3]。教師可以對這些技術(shù)的基本原理進行介紹，在此基礎(chǔ)上再通過環(huán)境監(jiān)測或治理的實例來進一步闡明這些技術(shù)的實際應(yīng)用場景。

在基礎(chǔ)理論方面，目前對環(huán)境微生物組的研究取得了較大的進展，發(fā)現(xiàn)環(huán)境微生物組對環(huán)境污染、農(nóng)作物健康密切相關(guān)。環(huán)境微生物不僅是地球環(huán)境演化的關(guān)鍵參與者，也在生態(tài)環(huán)境治理和保護中發(fā)揮著重要作用。人們利用組學(xué)技術(shù)已從污染環(huán)境中鑒定和篩選出多種環(huán)境修復(fù)功能菌及其污染降解相關(guān)基因和蛋白，對于我們認(rèn)識生物修復(fù)的機理具有重要作用[4]。對根際微生物的功能和作用機理的研究已成為生態(tài)健康和農(nóng)業(yè)發(fā)展研究的熱點[5]，根際微生物與植物間具有復(fù)雜的互作關(guān)系，根系微生物具有調(diào)控作物生長發(fā)育和營養(yǎng)元素吸收轉(zhuǎn)化、增強作物抗逆性和抗病性的作用，而植物可以通過根系分泌物來選擇和構(gòu)建根系微生物組。

教師在平時應(yīng)密切關(guān)注環(huán)境微生物的最新發(fā)展動態(tài)，掌握專業(yè)相關(guān)的國際前沿研究和進展，充實自己的專業(yè)信息，把一些相關(guān)的網(wǎng)站和資料信息及時分享給學(xué)生，并指導(dǎo)學(xué)生自己上網(wǎng)查找相關(guān)資料獲得最新知識，對教師講授的內(nèi)容進行補充，擴大其知識面，深化其對環(huán)境微生物學(xué)科的認(rèn)識。

2 教學(xué)方法的改進

2.1 應(yīng)采取滲透式、啟發(fā)式和討論式教學(xué)，加深學(xué)生對知識的理解，培養(yǎng)其科學(xué)思維和素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

滲透式教學(xué)是指教師根據(jù)一定的教育目的，借助一定的載體，營造特定的氛圍來引導(dǎo)學(xué)生感受和體會，在耳濡目染和潛移默化中對知識進行掌握和內(nèi)化。教師應(yīng)對教材內(nèi)容和知識體系進行整理和歸類，厘清知識的內(nèi)在聯(lián)系，使各知識點互相滲透和融合。比如講授細(xì)菌芽孢的結(jié)構(gòu)和功能時，引入高溫高壓滅菌的相關(guān)知識，以及芽孢桿菌在生物農(nóng)藥和肥料上的應(yīng)用。講述病毒時，將噬菌體對細(xì)菌的殺滅作用和噬菌體在抵抗感染、消除抗生素抗性菌特別是超級細(xì)菌上的應(yīng)用，細(xì)菌溶原化和噬菌體對細(xì)菌的轉(zhuǎn)化作用聯(lián)系起來綜合講解。

啟發(fā)式教學(xué)指教師在教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律，在授課過程中以啟發(fā)學(xué)生的思維為核心，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。在這個過程中，激發(fā)學(xué)生自己主動思考是關(guān)鍵。比如講解微生物的營養(yǎng)類型和培養(yǎng)基時，在詳細(xì)講解了微生物的營養(yǎng)需求和不同營養(yǎng)類型，常見培養(yǎng)基的組分和配制后提出問題：不同營養(yǎng)類型的微生物需要在培養(yǎng)基中添加什么物質(zhì)才可以滿足其生長繁殖的需要？通過循循善誘對學(xué)生進行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和提示，讓學(xué)生在思考的過程中對已學(xué)的知識有更深的理解并建立起內(nèi)在的聯(lián)系，同時鍛煉其邏輯思維能力。

討論式教學(xué)則是在介紹完基本概念后，提出問題，讓學(xué)生分組進行討論，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和溝通合作的能力。比如講到病毒部分，提出問題：為什么2020年的新冠肺炎病毒具有極高的傳染性？這是由于病毒的什么特性造成的？讓學(xué)生分組討論，查閱資料，得出推論，并發(fā)表意見，這樣學(xué)生不僅獲得了知識，而且能將所學(xué)知識和實際聯(lián)系，提升了學(xué)生興趣與積極性，同時也加強了學(xué)生的團隊合作能力。

2.2 在教學(xué)中運用多媒體技術(shù)等現(xiàn)代教學(xué)手段來強化教學(xué)，提高教學(xué)效果

在環(huán)境生物學(xué)課程的教學(xué)中，單純講述理論知識通常會比較枯燥和抽象，給學(xué)生的理解造成一定困難，減弱學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。因此在教學(xué)中一定要借助圖片、音頻、視頻、動畫等多種元素多種手段來更加直觀生動地把微觀世界的面貌、動態(tài)和原理本質(zhì)更好地呈現(xiàn)給學(xué)生，以幫助他們對相關(guān)知識加以理解。如細(xì)菌的分裂過程、噬菌體的吸附和入侵、復(fù)制過程、氧化磷酸化電子傳遞和ATP合成過程的一些視頻和動畫等，不但可以增強學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也加深他們的理解和記憶。

2.3 強化實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和解決實際問題的能力

環(huán)境微生物學(xué)是一門實踐性很強的學(xué)科。學(xué)生要通過環(huán)境微生物學(xué)實驗操作和觀察來深入理解環(huán)境微生物的理論知識并融會貫通。環(huán)境微生物實驗教學(xué)要達到較好的效果，首先一定要讓學(xué)生提前熟悉實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟和所需的試劑和用品。實驗課要讓學(xué)生掌握基本的微生物實驗操作技術(shù)，更要加強對學(xué)生實驗思路、實驗設(shè)計的引導(dǎo)和思考。開始動手操作前教師需要跟學(xué)生詳細(xì)講解實驗難點重點，根據(jù)各實驗的具體要求，認(rèn)真示范和指導(dǎo)，強調(diào)實驗規(guī)范操作，對學(xué)生的操作嚴(yán)格把關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣。同時為了調(diào)動學(xué)生的積極主動性，讓學(xué)生盡可能多地得到鍛煉，應(yīng)減少每個實驗小組的人數(shù)，讓每個學(xué)生都有親自操作的機會。實驗人數(shù)較多時，應(yīng)對實驗時間進行統(tǒng)籌管理，在較短的時間內(nèi)可完成不同的實驗操作步驟和實驗組別，建立較好的實驗秩序。環(huán)境微生物學(xué)實驗的準(zhǔn)備工作比較煩瑣，但實際上是微生物實驗過程非常重要的一環(huán)，讓學(xué)生自己準(zhǔn)備實驗材料，可以讓他們對實驗環(huán)節(jié)和實驗思路有更清晰的認(rèn)識和了解；實驗結(jié)束后，讓學(xué)生自己收拾桌面，將試劑和材料放回原來的位置，對使用過的儀器進行清潔并關(guān)機，有助于學(xué)生形成良好的實驗習(xí)慣。

在完成基本實驗操作技能訓(xùn)練后，可以在設(shè)置一些開放實驗，供有興趣的學(xué)生選擇性完成，并對其實驗課成績進行適當(dāng)加分。這樣可以更好地提高學(xué)生的興趣，培養(yǎng)和加強學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主性。教師結(jié)合前面所學(xué)的基本實驗操作技能和當(dāng)前環(huán)境熱點問題，設(shè)置可操作性較強的、難度適中的自主性實驗專題，如檢測幾種常見消毒劑的殺菌效果、研究牛乳在酸敗過程中細(xì)菌的生態(tài)學(xué)演變等開放性實驗，讓學(xué)生根據(jù)興趣自主選題，確定題目后自行查閱相關(guān)文獻資料來設(shè)計實驗，獨立開展實驗并完成研究性實驗報告。通過開放性實驗可培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識，促使他們學(xué)會合理安排實驗時間，學(xué)會獨立分析和思考，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，提高學(xué)生的主觀能動性。

3 建立多元化的考核體系

為促進學(xué)生的全面發(fā)展，真實反映學(xué)生對知識的掌握和理解，應(yīng)構(gòu)建多元化的考核評價體系，包括6個部分，分別為課堂表現(xiàn)考核25%（包括提問、考勤等）、課程小論文（25%）和期末理論考試（50%）。

課堂提問包括對已學(xué)知識的復(fù)習(xí)提問和學(xué)習(xí)新知識時對學(xué)生的引導(dǎo)提問，分別可以體現(xiàn)學(xué)生對已學(xué)知識的理解、掌握，以及上課的專注度、思維方式和舉一反三的能力。

課程小論文讓學(xué)生自行選題，對教材或授課內(nèi)容感興趣的某點內(nèi)容進行擴展，通過自行查找資料，寫成1000字以上的論文。這樣不僅可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，拓寬所學(xué)的知識范圍，加深學(xué)生對知識的記憶，發(fā)散學(xué)生的思維，還可以評價學(xué)生的信息搜索能力、邏輯思維與語言組織能力。理論考試可以系統(tǒng)考查學(xué)生對知識點的理解和掌握，是課程考核必不可少的一種方式。

4 結(jié)論

環(huán)境微生物將在環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，對于環(huán)境專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)起著十分重要的作用，教師要講好這門課程，需要讓學(xué)生掌握扎實的基礎(chǔ)知識并靈活運用，在這個過程中同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，需要我們不斷思考和探索、不斷改革和創(chuàng)新、不斷總結(jié)經(jīng)驗才能講好這門課程，為國家輸送綜合型、高素質(zhì)、適應(yīng)時代和發(fā)展需要的人才。