基于項(xiàng)目制的環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系探索

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.11.002

Exploration of a Project-based Teaching System for Environmental Engineering Microbiology Experiments

QIN Yongli， JIANG Yongrong， YAN Jiaqi

（School ofLifeandEnvironmental Sciences， Guilin Universityof Electronic Technology，Guilin， Guangxi541004

AbstractInnovation ability is anindispensablecondition for the sustainable development ofcollege students.Based on the problems existing in the teaching process of traditional environmental engineering microbiology experiments， thisarticle aims tocultivate high-quality applied talents with innovativeconsciousnes，with student development as the center and project-based teaching as the breakthrough point.It explores the curriculum system and teaching mode of project-based teaching for environmental engineering microbiology experiments，and conducts step-by-step projectbased teaching practice and teaching reflection， providing reference for the cultivation of innovative ability of environmental engineering students.

Keywordsinnovation capability; project-based learning; environmental engineering microbial experiment

我國高等教育的核心使命是培養(yǎng)具備卓越創(chuàng)新意識、嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維、綜合實(shí)踐能力及優(yōu)良人格的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，其中創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)對于高等教育至關(guān)重要。研究表明，構(gòu)建以主動(dòng)學(xué)習(xí)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式、強(qiáng)化動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng)，以及深化科研訓(xùn)練路徑，是提升大學(xué)生創(chuàng)新能力的有效策略。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為大學(xué)教學(xué)的重要組成部分，其以實(shí)驗(yàn)活動(dòng)為核心載體，能夠使學(xué)生在知識建構(gòu)過程中發(fā)揮主體作用，通過強(qiáng)化學(xué)生的手腦協(xié)同并用，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的高度融合，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探索過程中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力的內(nèi)化與應(yīng)用及綜合素質(zhì)的全面發(fā)展[3]。

環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)是環(huán)境工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，旨在幫助學(xué)生通過應(yīng)用所學(xué)的環(huán)境科學(xué)和微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論，逐步構(gòu)建解決環(huán)境工程領(lǐng)域“三廢\"治理等關(guān)鍵問題的綜合能力，是培養(yǎng)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力長效發(fā)展的重要平臺(tái)[。然而，目前高校開設(shè)的環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)依然沿襲著應(yīng)試教育和知識灌輸為導(dǎo)向的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，難以全面適應(yīng)新時(shí)代環(huán)境工程專業(yè)對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)際需求[。因此，著眼于新時(shí)代環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需求，重構(gòu)環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，對于培養(yǎng)高素質(zhì)的環(huán)境應(yīng)用型人才具有重要意義。

項(xiàng)目制學(xué)習(xí)被認(rèn)為是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑，旨在以學(xué)生為主體，通過發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，研究和解決問題，提升學(xué)生的創(chuàng)造力、團(tuán)隊(duì)合作、動(dòng)手實(shí)踐能力等，這恰好是傳統(tǒng)環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所缺失的。基于此，本文對標(biāo)“金課\"的“兩性一度\"標(biāo)準(zhǔn)，以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，對項(xiàng)目制環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)探索和實(shí)踐，以期為課程教學(xué)改革提供參考，為環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供依據(jù)。

1基于項(xiàng)目制的環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

以環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)過程中存在的實(shí)際問題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)導(dǎo)向，對標(biāo)\"兩性一度”，課程組進(jìn)行項(xiàng)目制教學(xué)體系設(shè)計(jì)： ① 按照環(huán)境微生物科學(xué)研究問題的思路，緊跟生物學(xué)科和環(huán)境學(xué)科發(fā)展前沿，著眼于“微生物技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域中的應(yīng)用”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)； ② 通過項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將原實(shí)驗(yàn)體系中獨(dú)立存在的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行串并聯(lián)，層次化設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，圖1為課程組構(gòu)建的由“某環(huán)境介質(zhì)或污染場地中功能菌的分離培養(yǎng)、功能菌的特性檢測、功能菌的生物學(xué)鑒定、功能菌的應(yīng)用開發(fā)”四個(gè)模塊構(gòu)成的全鏈條課程體系； ③ 以網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化資源為支撐（如慕課、虛擬實(shí)驗(yàn)），依托行業(yè)前沿技術(shù)、思政案例等構(gòu)建項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教材資源庫，為項(xiàng)目制教學(xué)的開展提供資源； ④ 基于項(xiàng)目制課程體系，構(gòu)建預(yù)研先導(dǎo)一問題思辨一實(shí)操探究一結(jié)果展示一賽教融合的階梯式教學(xué)模式，形成“以學(xué)生發(fā)展為中心，以項(xiàng)目制模式為手段，以數(shù)字化資源為支撐，打造實(shí)驗(yàn)教學(xué)新形態(tài)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才\"的新教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力、基本實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)素質(zhì)的顯著提高。

2基于項(xiàng)目制的環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施

2.1預(yù)研先導(dǎo)

基于項(xiàng)目制學(xué)習(xí)的環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)必須從學(xué)生感興趣的，且具備科研價(jià)值和應(yīng)用潛力的問題出發(fā)，教師在課程教學(xué)初期提出一個(gè)范圍較廣且富有挑戰(zhàn)性的問題（如環(huán)境或污染場地中功能微生物的篩選與鑒定），啟發(fā)學(xué)生思考，結(jié)合學(xué)生興趣明確項(xiàng)目選題（如篩選某重金屬污染土壤中鈍化重金屬的功能菌）。為確保項(xiàng)目覆蓋微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及其在環(huán)境技術(shù)中的應(yīng)用，教師需對提出的問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，指導(dǎo)學(xué)生圍繞內(nèi)容展開學(xué)習(xí)。

2.2問題思辨

教師將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目系統(tǒng)化分解為若干階段性任務(wù)，如某Cd污染土壤中耐Cd的硫酸鹽還原菌的篩選→耐Cd硫酸鹽還原菌功效的初步檢測 耐Cd硫酸鹽還原菌的生物學(xué)鑒定→鈍化Cd的功能菌劑的開發(fā)應(yīng)用。針對每一階段，教師需明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與內(nèi)容，并介紹實(shí)驗(yàn)室可用的儀器設(shè)備、試劑耗材，幫助學(xué)生充分了解資源配置。學(xué)生以小組形式，在理論與實(shí)驗(yàn)技能學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。其間，指導(dǎo)教師輔助學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并不斷對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修正。在整體設(shè)計(jì)完成后，組織討論課，各小組通過答辯闡述方案，包括設(shè)計(jì)方案的研究背景、研究目的、實(shí)驗(yàn)原理、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)試劑耗材、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等，在師生及小組間的深入討論交流中，針對方案的可行性和安全性提出優(yōu)化意見，并進(jìn)行最終的修改完善。通過師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。

2.3實(shí)驗(yàn)探究

在實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，教師需定期對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行追蹤和管理，把控實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，強(qiáng)化其安全操作意識，并借助數(shù)字化資源（如慕課、虛擬實(shí)驗(yàn)等）幫助學(xué)生深度理解與挖掘項(xiàng)目所涉及的概念與技術(shù)。同時(shí)教師在項(xiàng)目實(shí)施階段始終踐行輔助者的角色，為學(xué)生提供支持的同時(shí)又向其提出任務(wù)挑戰(zhàn)。

以實(shí)驗(yàn)過程中開展的“某Cd污染土壤硫酸鹽還原菌的篩選及對Cd的鈍化性能\"這一實(shí)驗(yàn)為例，在確定的4個(gè)階段性任務(wù)的基礎(chǔ)上，對各模塊進(jìn)行逐一分解（見表1，p7），結(jié)合硫酸鹽還原菌鈍化重金屬的機(jī)理及環(huán)境工程微生物學(xué)關(guān)鍵理論的深入解析，將理論教學(xué)與實(shí)踐訓(xùn)練深度融合，構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的理論框架并清晰實(shí)驗(yàn)邏輯主線；在具體實(shí)操部分，通過線上（慕課、虛擬實(shí)驗(yàn)）學(xué)習(xí)及線下實(shí)操指導(dǎo)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握顯微鏡應(yīng)用、無菌操作、微生物分離純化與培養(yǎng)、制片與染色等核心實(shí)驗(yàn)技術(shù)，為其后續(xù)科研創(chuàng)新能力的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；在拓展實(shí)驗(yàn)部分，如功能性檢測、生物學(xué)鑒定及菌劑的應(yīng)用開發(fā)，通過引入本項(xiàng)目組的科研成果、建立的新測試方法和新技術(shù)等，完成硫酸鹽還原菌的代謝活性檢測、高通量測序、復(fù)合菌劑的開發(fā)應(yīng)用等實(shí)驗(yàn)。通過全鏈條的項(xiàng)目制實(shí)操實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不再是被動(dòng)接受，而是通過質(zhì)詢、探索，不斷提出問題、不斷構(gòu)建新知識解決問題，這種教學(xué)模式不僅深化了學(xué)生對環(huán)境工程微生物原理的系統(tǒng)認(rèn)知，提升了其對基本實(shí)驗(yàn)技能的運(yùn)用能力，還拓寬了學(xué)生對前沿技術(shù)與創(chuàng)新方法的認(rèn)知視野，使學(xué)生的創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力、解決復(fù)雜問題的能力、科學(xué)素養(yǎng)均得到了有效提升。

2.4結(jié)果展示及賽教融合

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生將相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及應(yīng)用效果以科研論文和項(xiàng)目PPT匯報(bào)的形式展示出來，參考科研論文的要求，報(bào)告需包含引言（立項(xiàng)背景）材料與方法、結(jié)果和討論、結(jié)論和展望等內(nèi)容。同時(shí)，以實(shí)驗(yàn)小組為單位，采用PPT的形式進(jìn)行交流展示，提升小組的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、科研寫作能力、語言表達(dá)能力等。并引導(dǎo)學(xué)生依托實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行拓展性實(shí)踐，倡導(dǎo)學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，深度融入互聯(lián)網(wǎng) + ， 挑戰(zhàn)杯、節(jié)能減排等高層次學(xué)科競賽，并注重成果的知識轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，從而全面提升學(xué)生的創(chuàng)新能力與綜合素養(yǎng)。

3基于項(xiàng)目制的環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果及反思

基于項(xiàng)目制的環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施，學(xué)生的學(xué)習(xí)模式從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)換為主動(dòng)探索，通過發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，研究和解決問題，學(xué)生的創(chuàng)造力、團(tuán)隊(duì)合作、動(dòng)手實(shí)踐的能力得到有效提高。在課程目標(biāo)達(dá)成度調(diào)查中，100 % 的學(xué)生認(rèn)為其實(shí)驗(yàn)實(shí)踐技能得到有效提升， 90 % 的學(xué)生認(rèn)為其科學(xué)素養(yǎng)得到有效提升， 73 % 的學(xué)生認(rèn)為其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力得到鍛煉， 6 3 % 的學(xué)生認(rèn)為其逐步具備了自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的能力。同時(shí)近幾年學(xué)生參加的以環(huán)境微生物學(xué)知識為主要內(nèi)容的代表性競賽獲獎(jiǎng)、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目資助、中文核心以上期刊論文錄用、專利申請等均創(chuàng)歷史新高，學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐熱度高漲。

但項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中，還存在一些問題： ① 對學(xué)生的素質(zhì)要求較高，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生會(huì)存在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程吃力的情況； ② 項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)復(fù)雜，學(xué)生需要投入較多時(shí)間，時(shí)間管理難度大； ③ 項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要較多的資源支持，除了線上資源，隨著研究對象的調(diào)整，試劑及設(shè)備的需求也是成倍增加，限制了項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教學(xué)的推進(jìn)。因此，在項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，如何兼顧基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生、如何有效協(xié)助學(xué)生進(jìn)行時(shí)間管理以及提高教學(xué)資源的利用率是需要重點(diǎn)考慮的。

★基金項(xiàng)目：2024年校級教育教學(xué)改革項(xiàng)目探微啟智\"‘人工智能+’助力環(huán)境工程微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)革新”（JGB202429）；2022年院級課程改革立項(xiàng)項(xiàng)目（環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)）（C23SMM00SM03）；國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（202310595047，202410595057）。

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