环境工程微生物学教学改革探索实践

摘要：环境工程微生物学是环境工程专业重要的专业基础课程，内容抽象、工程实践性强，重视实践创新型人才的培养。如何激发学生学习热情，夯实教学效果，培育专业的环保人才，是环保教育工作者的责任和使命。本文结合湖南农业大学环境工程微生物学的教学实践，探索教学模式、教学内容和考核模式等对教学质量的影响，以期为环境工程微生物学课程的教学改革提供参考。

关键词：环境工程微生物学；教学改革；实践教学；考核方式

引言

微生物在环境污染治理和生态修复方面起着不可替代的作用，如何充分发挥微生物在生态环境保护中的效能是环境工程专业人才培养的重要内容。环境工程微生物学是在研究微生物的生长、代谢和繁殖基础之上，重点探讨微生物与环境的关系、微生物对污染物质的分解转化以及微生物在环境污染治理中的应用。环境工程微生物学为交叉学科，知识结构复杂、涉及面广、实践性强、应用创新要求高，授课难度大。[1-2]环境工程微生物学的教学一般以讲授为主，辅以少量实践课程。但是由于环境工程微生物学基础理论较深、内容抽象、实践课不足等问题，学生兴趣不高、学习意愿不强，整体教学效果欠佳。[3-5]同时，课程以期末闭卷考试方式考核，学生期末突击复习亦能达成考试目标，无法准确评估学生对专业知识的理解程度。此外，随着专业扩招，教师维护课堂秩序的时间和精力成本增加，课堂秩序和课堂质量相应降低；实践课程中生均可用资源减少，相互干扰的成分被放大，明显干扰教师实验示范。为解决上述问题，针对环境工程微生物学课程的教学改革势在必行。本文以湖南农业大学环境工程专业教学实践中面临的教学难点为着眼点，针对性提出改善教学效果、巩固教学成效的策略，以期为新形势下环境工程专业人才的培养提供参考。

1教学中存在的问题

（1）课程理论涉及多学科交叉，教学难度高，但学时分配不足、课程安排不合理。环境工程微生物学课程涉及多学科交叉，理论面广而深。环境工程微生物学的理论包括微生物学基础和微生物治理环境污染两部分，相关内容涉及有机化学、生物化学、流体力学、环境工程学、生态学和微生物学等学科的理论，同时还涵盖了微生物在土壤修复和“三废”处理处置等方面的应用及作用机理。[6]但是，环境工程微生物学一般先于或同步于上述基础课程授课，不同课程之间衔接不够紧密，导致该门课程授课时的延伸和拓展困难，学生对知识点的消化吸收难度较高。另外，环境工程微生物学的知识点多，内容迁移性强，但教学课时仅有32学时，略显不足，导致部分内容只能依靠学生自觉学习，教学质量无法保证。（2）学生基础知识薄弱，学习动机不强。环境工程微生物学是工程应用性学科，要求学生具备相应的专业基础。但环境工程微生物学的教学多与其他相关学科，如水污染控制、大气污染控制、土壤修复等课程的授课同步进行，学生消化吸收难度高。对于环境工程专业的学生而言，微生物学基础知识薄弱，相关知识架构尚处于高中水平，让其直接跨越至微生物在环境治理中的应用很困难。在实践教学上，微生物实验趣味性不足，学生参与热情有限，部分表现出抗拒性和拖延性。同时，许多同学对专业基础课程的价值认识不足，对此类课程在未来职业发展中的作用缺乏概念框架，学习欲望不足。另外，环境工程微生物学是不断发展的学科，尤其是近年来发展尤为迅猛，成熟教材与生产实际中的差距愈发明显，过时的技术和方法无法唤起学生的学习热情，同时也无法达成以社会需求为导向的专业人才培养目标。（3）内容抽象、难理解。由于微生物形态各异、种类繁多、肉眼不可见，相关内容抽象，授课中课堂直接演示不切实际，需借助显微镜、多媒体等方式辅助教学，学生缺乏直观感知经验，相关内容的记忆和理解效果较差。同时，不同形态大小的细菌观察需放大不同倍数，难以在同一放大视角下区分不同细菌的形态结构。另外，细菌的增殖、运动、代谢及其作用于环境污染治理和修复的过程均无法直接观察，学生抽象理解的难度较高。（4）实践内容缺乏系统性，考核方式欠全面。微生物实践教学一般为验证性实验，实验方案和器材均由老师提前准备，学生课上依据教师示范，机械的完成相关操作即完成课程学习。部分学生甚至直接套用他人的实验结果，无法真正达到实验课程的教学目的，不能培养学生的逻辑思维和科研动手能力。部分实验内容单调、简单（如细菌的革兰氏染色、培养基的配制和灭菌等），内容上与环境工程专业方向直接关联度较低，无法真正起到专业人才培养的目的。此外，实践课程的考核通常以实验报告的完成度作为评判标准，部分学生编造实验数据、篡改实验结论或是抄袭他人的实验报告，不利于培养学生自主、严谨、钻研的学习素养。（5）实验条件不足，学生安全意识不强。目前，湖南农业大学有一间环境工程教学实验室，需承担本部、东方学院和国际学院环境工程专业本科生的实验教学，教学空间有限，且不允许分班授课，人均教学资源紧张。与微生物相关的教学器材较少，灭菌锅和超净工作台仅有2套，学生需要以大团队的形式开展实验，无法满足正常的实验需求，部分学生无法亲自动手操作或是滥竽充数直接享受团队成果，实践效果得不到保障。另外，微生物实验涉及到高压灭菌锅和超净工作台的使用，部分学生违规操作，造成一定的安全隐患。

2教学方法的改革与探索

2.1改变理论授课模式，增强学生学习兴趣

（1）引入研究型教学模式。环境工程微生物学课程以应用为导向，课程的内在特征与研究型教学的特点契合。研究型教学以培养学生的实践创新能力为导向，[7]以教师的科研项目为基础，将教师的科研工作与教学相结合，用科研反哺教学，充分利用教师的科研平台，让学生在项目中学习，启发学生思维，拓展学生视界。此外，鼓励学生积极参与大学生创新实验项目，培养学生主动思考、勇于探索的思维习惯，将严谨求实的科研理念引入到教学中，夯实学生对专业理论知识的理解。近三年湖南农业大学环境工程专业大学生创新项目申报立项20余项。通过大学创新型实验项目的培养，学生可以通过自主学习获取一些学科前沿知识，不仅有助于教学质量的提升，也极大增强了学生对新知识的欲望，有利于实践创新人才的培养。将研究型教学模式用于环境工程微生物学的教学，契合以成果为导向的人才培养目标。（2）激发学生学习动机及兴趣。学习动机是学习的内驱力，兴趣是学习最好的导师和最佳动机。由于环境工程微生物学内容的抽象性和学生的认知局限性，学生学习热情有限。充分激发学习兴趣，调动学生积极性和想象力，对于保障教学效果尤为重要。绪论是一门课程的高度浓缩和整合，具体阐述了课程的目的、研究内容和学科在专业培养中的地位。[4]环境工程微生物学绪论系统阐述了微生物学的发展历程，人类、环境与微生物之间的联系。我们在针对绪论授课时，为了让学生充分认识到微生物在环境污染治理中的作用、微生物治污领域的热点和发展趋势，充分采用贴近生活案例的描述，让学生充分理解环境微生物学在实际生活中的应用，经典的案例如酸奶的制作和青霉素的发现、生活污水的处理、农业禽畜粪便的堆肥等，激发学生的学习兴趣，开启学生的求知欲。同时，通过在绪论中设置相关问题，让学生在未来的学习中带着问题和思考学习。如微生物是怎样实现六价铬的还原？怎么驯化铬还原菌？怎么提高铬还原菌的效率？（3）丰富教学内容，调整授课方式。教师的教学态度、业务水平、敬业精神、教学方法和手段是影响教学效果的关键。[5]微生物学是不断发展的学科，其应用随着科学技术的发展亦是不断的拓展和延伸。因而，我们在针对环境工程微生物学进行教学时，及时更新授课内容，适时根据国际社会关注的热点问题补充一些前沿的新技术，将科技创新的最新成果和人民群众热切关注的问题带入课堂，培养学生的学习兴趣，激发学生的社会责任感和使命感。我们在教学中经常跟学生分享一些科研工作中的心得体会，用切身经历培育学生学习的信心和探索精神。为了充分发挥学生的主观能动性，我们在教学中更加注重学生的反馈，通过增强与学生的互动，活跃课堂气氛，引导学生自主学习。鼓励学生课下搜集课程的相关资料，包括视频、微课和文献等，课上各抒己见充分参与讨论，在讨论中加深对知识点的理解，同时亦可培养学生的胆量和自主学习的自信。同时，通过学生的反馈，及时掌握学生对相关知识点的掌握程度，适时调整课堂节奏，确保每一个学生都能跟上教学节奏。（4）建立完备的知识框架，难点突破。环境工程微生物学课程知识点多、概念多、易混淆、理解难度高，[6]教学中以培养目标为主线，层次分明，夯实基础，突破难点。教学设计应讲究层次，先讲什么是微生物，微生物的生长和代谢，再结合污染物的性质，讲解微生物在污染治理和环境修复中的效能。另外，环境工程微生物的许多基础理论与其他课程密切相关，在讲解过程中要抓住其内在的联系，突出重点。比如，讲授微生物在“三废”处理处置中的应用时，我们以实际应用为着眼点，重点论述微生物治污的机理，避免与其他课程内容重复。

2.2强调实践教学，丰富实验课类型

环境工程微生物学以往开设的多为基础性实验，如显微镜的使用、菌体菌丝的观察、平板计数、平板划线等，未能体现微生物在环境工程中的应用。我们在教学中以自身的科研经历为基础，增设微生物治污的综合性实验。如我们根据实际的实验条件，增设铁锰氧化菌的筛选、驯化和扩培实验。此外，我们一改以往的包办式实验模式，强调学生在实验中的主体地位，让学生以小组的形式完成全套的实验过程，包括资料查阅、方案制定、实验操作、数据处理和报告分析等。通过综合性实验课程的开设，学生更加深刻的理解到微生物在污染治理中的应用，充分熟悉了实验的操作和相关环节，培养了学生的团队意识、责任感、分析问题和解决问题的能力。

2.3丰富考核方式，提高学生专业素养

课程成绩以往多以期末考试成绩、出勤考核及实验报告三部分组成。但这种成绩评定方式会使部分学生钻空子，如期末突击记忆相关知识点、借阅和抄袭他人的实验报告等，无法真正了解学生的掌握情况，因而需对考核方式进行调整。实践中，我们将基础理论和实验课程设置为同等比重，各占50%。基础理论考核成绩由试卷成绩（70%）和课程综合汇报组成（30%）。课程综合汇报在期中进行，提前布置选题，充分发挥学生主动学习的能力，查阅资料形成报告，并进行PPT展示和答辩，综合报告和答辩情况打分。实践课程成绩由实验设计（70%）和实验报告（30%）组成。实验设计部分依据学生的选题、方案和操作规范等环节综合打分；实验报告根据实验设计报告、实验结果、报告规范性和数据分析深度进行整体把握和评估。相关考核可避免学生考前突击死记硬背，夯实学生对知识点的掌握和理解，着力学生实践能力和创新能力的培养。

2.4合理配置资源，充分利用教师科研平台

为缓解教学资源不足的问题，在实践中我们鼓励学生以大学生创新实验的形式参与到教师的科研工作当中。采用此种方式，锻炼了学生的专业素养，培育了学生的科研热情，近三年环境专业学生第一作者发表SCI论文30余篇。另外，在实际授课中，通过与其他课程老师的沟通，合理安排授课进度，避免类似知识点的重复教学，同时亦可在其他课程的基础之上针对重要的知识点做更加深刻的阐述和延伸，保障教学效果。

3结语

环境工程微生物学课程与其他众多课程交叉，知识面广、知识结构体系复杂、强调实践性，在教学中存在诸多难点。同时，随着专业扩招，人均教学资源相对匮乏，亦成为环境工程微生物课程教学的重大挑战。在此背景之下，针对环境工程微生物学课程的教学改革势在必行。在教学中以学生为本，充分调动学生学习的积极性，发挥学生的主观能动性，以教师自身的科研经验和教训培育学生学好专业知识的信心，训练学生严谨求实的学习态度。教师实时更新专业领域的最新进展，融入到日常的教学中，培养学生的专业认同感和学习兴趣。通过增强实践教学环节的投入和充分利用教师的科研平台，培养学生分析问题、解决问题的能力，重视学生团队意识和专业能力的培养。最后，完善考核方式，重视过程训练，着力实践创新型人才的培养。

参考文献

[1]翟硕莉.“互联网+”背景下《环境微生物学》课程教学改革探究.现代园艺,2018.35(2):231-232.

[2]王虹,谢占玲,李德英.环境微生物学实践教学模式改革的探讨.价值工程,2013(19):255-256.

[3]王洋洋.环境微生物学教学改革与探索.高师理科学刊,2019.39(6):95-97.

[4]刘玉香.环境微生物学教学改革的探索与实践.太原理工大学学报(社会科学版),2006.24:107-109.

[5]曹宾霞,郭平,张晓星,等.环境微生物学实验课程实践教学改革.广东化工,2019.46(9):232,257.

[6]梁国斌,蒋莉,刘维平.《环境微生物学》课程教学方法改革初探.江苏技术师范学院学报(自然科学版),2009.15(3):72-75.

[7]何兴兵,林永慧.环境科学专业《环境微生物学》课程研究型教学模式探索.教育教学论坛,2012(37B):239-241.

作者：谢先德 张嘉超 单位：湖南农业大学资源环境学院