环境工程微生物学实验开放式教学模式

摘要：环境工程微生物学是一门实践性和应用性均较强的学科，实验过程中涉及的实验前准备、实验中操作及实验后分析均由学生自主完成。开放式实验项目的实施，不仅使学生掌握了基本的实验技能，更重要的是激发和调动了学生的实验兴趣和科研热情，既提高了学生的科研素质与能力，又增强了师生的沟通和理解。同时开阔了学生视野，提高了创新意识，强化了分析问题、解决问题的能力。

关键词：环境工程；微生物学实验；开放式教学模式

1开放式实验教学特征与优势

开放式实验教学与传统的实验教学相比，其最突出的特点就是自由、灵活、主动［10－11］。开放式实验教学的宗旨是以学生为主体，要求培养人才应尊重学生个性化发展，使学生由被动转变为主动，由封闭转变为开放，承认差异、因材施教，体现了一种个性化、现代化、先进的实验教学模式。开放式实验教学的开放性主要体现在学生的思维开放和实验室的全面开放2个方面［12］。学生根据自己的兴趣自主选题，查阅资料、设计和制订实验方案、验证实验的可行性、完成实验并给出结论。实验过程中涉及的实验前准备、实验中操作及实验后分析均由学生自主完成。实验室对学生实行全天开放，学生根据实验内容合理可以利用课余时间开展实验工作，学生实验所用仪器、药品及耗材由实验室提供，实验负责教师和助教须事先对学生进行药品使用安全培训，教会学生使用和维护仪器。开放式实验教学克服了传统实验教学的注入式、单一化、模式化等缺点，改进了实验教学方式方法，在学生的创新意识、创新思维、实践能力的培养和创新能力的形成等方面起到了促进和提高的作用，使每个学生的潜能得以发挥和施展［13－14］。开放式教学模式有利于学生自主学习、主动参与、独立工作，有利于培养学生实验研究、解决问题、团结协作能力，有利于提高学生专业技能和综合素质。同时，开放式实验教学模式对师资建设和实验队伍素质提高也起到了积极的促进作用。

2开放式实验项目设计与实施

2．1实验方案的设计

开放式实验项目具有综合性、研究性、探索性、实践性、开放性和多样性等特点，实验内容安排需要丰富新颖，能够激发学生对实验的兴趣，提高学生对实验的积极性［15］。实验方案设计是进行科学实验的核心环节，要求学生根据教师提供的实验内容范围、方案要求以及实验材料种类，自行设计实验方案、制定实验方法和操作步骤。实验方案设计按照以下几步完成：（1）实验方案的初步设计。学生根据实验内容及设计要求，充分发挥主动权，在所学的理论知识与实验技术的基础上，结合查阅和收集相关资料，选择适用的仪器设备和试剂耗材；设计合理的实验方案、操作步骤和记录表格等，完成实验方案初步设计。该过程完全由学生自主独立完成，充分体现了学生的主体作用。（2）实验方案的审阅。学生初步设计的实验方案，经教师审阅后，指出方案中存在的问题和修改意见，由学生修改、完善后再经教师进行审阅，此过程反复多次进行，直到学生设计的实验方案满足实验要求。该过程教师不宜对学生设计的实验方案过多干涉，以鼓励和调动学生的实验热情和积极性。（3）实验方案的讨论和确定。根据学生设计的实验方案中存在的共性和个性问题，有针对性地集中进行讨论和解答，要求学生发挥集体智慧，对实验方案进行最终完善和确定。该过程培养了学生的独立思考和创造思维，也保证了学生自主完成实验方案的客观性.

2．2实验项目的实施

在开放式实验项目实施过程中，实验室面向学生全天开放，但为了避免实验室容量不足和仪器使用周转不开等问题，要求学生结合自己的学习计划和实验内容安排预约，确定具体实验操作时间和仪器使用时间。在正式实验项目开始之前，学生需要根据确定的实验方案进行实验准备工作。在教师及助教的指导下，学生对其使用的仪器、设备进行操作学习并熟练使用。实验使用的材料、工具和试剂需要按照实验方案的要求提前准备充分。在实验准备工作中，要求学生学会合理选用实验材料、工具，科学计算实验试剂用量，避免低效和浪费现象。实验准备工作完成后，正式进入实验项目实施阶段。实验实施过程要求学生以实验小组（通常每小组成员为3～5人）为单位独立协作完成实验操作、现象记录、数据分析及结果讨论等实验内容。在实验过程中，同一内容允许反复多次实验，直至获得满意结果为止。实验结束后，要求学生撰写实验总结报告，并以小组为单位进行总结交流与报告展示。实验评定以评分形式进行，由教师、助教和各小组组长从实验方案的设计、可行性、实验执行情况，以及实验数据和结论分析等多方面进行打分评价。

2．3实验项目的效果

通过开放式实验项目的实践，学生能够有系统、有深度、有规划地完成实验内容，在实验设计、方案实施、结果分析等方面得到了全方位的培养和训练。具体实效主要体现在以下几个方面：（1）学生通过文献调研和现场调查国内外相关技术及学科前沿动态，掌握了关于微生物学、分子生物学及环境工程微生物学等相关的基础理论知识和现代生物技术，培养了学生独立创新的科学研究能力。（2）在实验方案设计和实验实施过程中突出了学生的主体地位，激发了学生的求知欲望和科研热情，增强了学生独立思考和分析解决问题的能力，提高了学生的工程意识和科学素养。（3）通过开放式实验项目的开展，调节了学生学习时空，为学生提供了更自由宽广的空间，有利于学生安排自己的业余时间。（4）采用分组形式自主设计实验方案，有助于学生明确职责、分工协作，形成凝聚力较强的团队，也有助于保证实验实施过程中的组织性和纪律性，培养了学生独立实践能力和综合素质。开放式实验教学模式和实验项目的开展，不仅使学生掌握了基本的实验技能，更重要的是激发和调动了学生的实验兴趣和科研热情，既提高了学生的科研素质与能力，又增强了师生的沟通和理解。同时学生对环境工程微生物学应用也有了更深入的认识，将所学的知识融会贯通到环境科学与工程学科领域，进而研究解决工程实际问题，取得了良好的教学效果。

3结语

开放式实验教学模式是实验教学改革的必然要求和发展方向，坚持“以人为本”的教育理念，开展“以学生为主体”的教学模式，在实验时间、实验内容、实验人员和实验资源利用等方面高度体现了教学的实践性、应用性和综合性。开放式实验教学模式以学生为中心，突出学生的主体地位［16］，学生根据自己的兴趣自主选题、查阅资料、设计和制订实验方案、验证实验的可行性、完成实验并给出结论。实验过程中涉及的实验前准备、实验中操作及实验后分析均由学生自主完成。同时，实验室对学生实行全天开放，学生根据实验内容可以合理利用课余时间开展实验工作。开放式实验项目的实施更加注重实验实践环节，学生在背景调研、方案设计、数据处理结果表达和报告展示等多个环节都得到了训练和提高，同时学生开阔了视野，提高了创新意识，强化了分析问题、解决问题的能力。

作者：孙艳 胡洪营 陆韻 杨宏伟 徐必 任韵如 单位：清华大学环境学院