環(huán)境微生物實驗教學體系改革和管理

余　陽, 吳小倩, 楊　靜, 朱艷彬, 謝學輝

(東華大學 環(huán)境科學與工程學院， 上海　201620)

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環(huán)境微生物實驗教學體系改革和管理

余陽, 吳小倩, 楊靜, 朱艷彬, 謝學輝

(東華大學 環(huán)境科學與工程學院， 上海201620)

通過介紹實驗體系改革、教學安排和管理及實驗考察方式,探討設立“設計型實驗”在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用,并對改革后實驗體系對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用進行分析。環(huán)境微生物實驗教學體系如果僅僅以驗證型實驗教學為主,會造成學生學習被動,缺乏學習興趣,而增加設計型實驗,可培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和學習主動性。理工科實驗教學應該設置設計型實驗,并多給予學生在實驗課中的自主權。

環(huán)境微生物； 設計型實驗； 創(chuàng)新能力培養(yǎng)

環(huán)境微生物學是環(huán)境工程專業(yè)、環(huán)境科學專業(yè)的必修課[1-2]。該課程主要講授環(huán)境中的微生物種類及生長特點,并以微生物學科的理論與技術為基礎,闡述微生物在物質(zhì)、能量循環(huán)中的作用[3]。學生通過環(huán)境微生物學的學習,可了解微生物與污染環(huán)境的相互關系,掌握解決環(huán)境污染問題的方法和技術以及理論基礎[4-5]。實驗教學作為環(huán)境微生物學的組成部分,是課程理論知識與實踐應用的紐帶,承擔了培養(yǎng)學生微生物實驗操作技能和環(huán)保應用方向創(chuàng)新能力的任務[6-7]。環(huán)境微生物實驗教學的重點是使學生掌握環(huán)境保護實踐中的微生物實驗技術,內(nèi)容上應調(diào)整好基本微生物基本實驗操作和環(huán)境學科應用方向之間的聯(lián)系,并對權重進行合理分配。前者是基礎,后者是應用拓展,只有這樣才能讓學生打好基礎在面對與微生物相關環(huán)境問題時,具備能創(chuàng)新地提出解決方案和實踐方法的能力[8-9]。

1　實驗體系改革和教學管理

1.1實驗體系改革

根據(jù)我校環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)計劃,所有專業(yè)實驗獨立設課,以提高學生對實驗教學的重視程度。“環(huán)境微生物”分為了理論教學(32學時)和實驗教學(16學時)兩部分,兩部分需要在同一學期內(nèi)完成教學任務。

環(huán)境工程專業(yè)以前的環(huán)境微生物學實驗教學中,教學內(nèi)容主要安排基礎實驗操作,內(nèi)容包括“光學顯微鏡的操作及微生物標本的形態(tài)觀察”、“活性污泥鏡檢”、“細菌革蘭氏染色”、“培養(yǎng)基配制及滅菌”、“細菌純種分離、培養(yǎng)和接種”、“微生物計數(shù)”等實驗項目。上述實驗雖然數(shù)量不少,但基本上是驗證型實驗,而且對環(huán)境學科應用領域涉及較少。為改變驗證型實驗帶來的問題,調(diào)動學生的創(chuàng)新思維、提高學習的主動性,相關任課教師對舊的實驗教學體系進行了改革。新的實驗體系中增加了設計型實驗。新制定的實驗體系的教學目標和內(nèi)容見表1。

新實施的實驗教學安排在理論教學中期展開,全部實驗要求在4周之內(nèi)完成。其中實驗一、二、三為驗證型實驗,以培養(yǎng)學生微生物基礎操作技能為目的,而實驗四為設計型實驗,以培養(yǎng)學生的探索創(chuàng)新能力為目的。

表1　環(huán)境微生物實驗教學體系項目一覽表

在微生物實驗課開始前,教師準備好實驗相關電子參考資料給學生預習,資料內(nèi)容包括實驗講義、微生物基本操作技術視頻、微生物圖庫、各類相關電子參考書籍等。另外,教師鼓勵學生自行收集實驗相關資料,并能夠事先預習,以做到對實驗內(nèi)容心中有數(shù)。其中,講義材料(設計型實驗講義如表2所示)說明清楚實驗的具體目標和要求,并給予學生必要的方向性指導,以免學生因為知識和經(jīng)驗不足而造成實驗方案設計不合理等問題。

表2　“苯酚降解好氧微生物分離純化設計型實驗”講義

表2(續(xù))

上述實驗講義里提示了能夠?qū)崿F(xiàn)實驗目標的一般方法和手段。學生在講義的啟發(fā)下通過閱讀課內(nèi)外專業(yè)文獻,可進一步加深對微生物實驗技術基本原理的理解,熟悉微生物實驗技術的基本操作技能,使學生在有限的學習時間內(nèi), 能主動了解環(huán)境微生物學實驗主流技術和發(fā)展趨勢。

1.2教學管理與考察

1.2.1教學管理

驗證型實驗兩人一組,強化實驗動手能力培養(yǎng)。為減輕設計型實驗的工作強度,一個教學班(30人)分為4個小組,每組7～8人,組內(nèi)學生通過預習和討論共同制定出本組的設計型實驗計劃,并確定各自的工作任務。

教學計劃中,環(huán)境微生物實驗安排在環(huán)境微生物課程理論教學中期啟動,并在4周內(nèi)完成教學任務。在微生物實驗教學中,教師對于實驗的講解應該重在引導而不必面面俱到,比如實驗前將實驗目的、原理、一般操作步驟、注意事項等進行講解,但對于每個實驗中具體的實驗操作細節(jié)、數(shù)據(jù)測定、結(jié)果分析與討論等環(huán)節(jié)不作具體安排。

對于驗證型實驗,實驗過程相對簡單,可在實驗課教學計劃的課堂時間內(nèi)分別完成，比如前3周分別完成實驗一、二、三的教學。實驗四為設計型實驗,所需要的時間長,過程步驟多,而且由于微生物篩選和培養(yǎng)的特殊要求,該實驗無法在短時間內(nèi)完成,必須采用間歇操作的形式進行實驗。因此,實驗四在實驗課開始前就布置好教學任務,并要求學生提前就做好實驗計劃。整個設計型實驗，時間上與實驗一、二、三同步,并在進行實驗一、二、三教學過程中,可以同步進行設計型實驗的操作。如果由于微生物培養(yǎng)時間限制而必須在非課堂時間進行實驗,學生可與教師商量確定非課堂時間進入實驗室,教師進行相關實驗室開放安排。上述安排的好處在于,由于學生必須事先制定出詳細的實驗四的實驗計劃,因此實驗計劃的制定過程就起到了對微生物實驗進行預習的目的,而且驗證型實驗與設計型實驗同步,可以優(yōu)化實驗時間安排。

另外,教學安排上,實驗開始后的第4周前半段課堂時間,教師首先組織學生進行設計型實驗的總結(jié)和交流,后半段時間學生自主安排實驗任務。設計型實驗未完成的學生繼續(xù)實驗,已經(jīng)完成實驗的學生進行實驗的討論和分析,教師負責監(jiān)督和回答學生實驗過程中的問題和困惑。

1.2.2教學考查

實驗獨立設課并有單獨學分，可提高學生對實驗課的重視程度。實驗效果評價工作對學生的學習有導向作用,因此,實驗教學考查方式非常重要[10]。學生的成績由平時成績、實驗報告成績(50%)和期末考試成績(50%)3部分組成。

平時成績可為負分,對在實驗室內(nèi)的工作態(tài)度不認真、實驗課出勤情況不佳的學生進行扣分。實驗報告成績(占總成績的50%)主要考查實驗報告的撰寫水平。其中,設計型實驗與驗證型實驗不同,實驗報告要求學生以科研論文格式撰寫,以鍛煉學生科研論文表達和寫作能力。期末考試(占總成績的50%)試卷主要以問答題為主,考查學生對環(huán)境微生物實驗原理、過程的理解和微生物實驗設計水平等。

2　分析和討論

2.1驗證型實驗

對于驗證型實驗,教師一般依據(jù)教學計劃準備好實驗藥品和設備,設計好實驗步驟,然后指導學生按部就班地完成實驗內(nèi)容,最后寫出實驗報告[11]。驗證型實驗缺點在于學生無需思考,只機械按照教師給定步驟動手操作,各實驗小組觀察的實驗現(xiàn)象類似,實驗結(jié)果也在預料范圍內(nèi)。驗證型實驗教學雖然可以使學生知曉和掌握基本微生物學實驗原理和操作技能,但由于實驗主要環(huán)節(jié)是教師準備,學生沒有主動思考的過程,缺乏對整個實驗過程的全面了解,主動性得不到調(diào)動,創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)[12]。

在驗證型實驗教學中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)許多學生只是把實驗當成了一個任務,實驗前不預習,實驗課過程中看一眼實驗步驟做一下實驗,非常機械,而且實驗報告內(nèi)容簡單,甚至有時候成了實驗講義的復制品。造成上述現(xiàn)象的原因只有一個,那就是學生對實驗缺乏興趣,因此,如何讓學生“主動學習”應該成為實驗教學改革的重要方向。

2.2設計型實驗

設計型實驗特點是在教師的引導下,由學生自己查閱文獻資料、設計實驗方案并實施,包括問題分析、查閱理論知識、實驗方案設計、實驗方案實施、實驗現(xiàn)象數(shù)據(jù)分析、實驗結(jié)果總結(jié)等步驟。對于設計型實驗,如果學生不主動預習、不自主查閱文獻資料,就無法設計出實驗方案,也就無法進行實驗操作。這就使得學生不得不主動學習,從而達到了讓學生對實驗原理和方法進行預習的目的。由于設計型實驗的實驗現(xiàn)象無法預知,實驗結(jié)果的好壞取決于學生自己的設計水平,這會激發(fā)起學生的求知欲。

以實驗小組形式共同完成實驗,可以發(fā)揮團隊優(yōu)勢,以討論互動的方式來提高學習效果,并加深對環(huán)境微生物學專業(yè)理論的系統(tǒng)掌握[13]。實驗小組成員相互討論式學習,可啟發(fā)思維,相互監(jiān)督,共同進步,學習效果比單獨實驗更好[14]。

2.3分析與討論

在我校環(huán)境微生物實驗教學體系里,培養(yǎng)基本操作技能的驗證型實驗和培養(yǎng)學生探索創(chuàng)新能力的設計型實驗都進行了設置,其中,驗證型實驗教學可使學生掌握玻璃器皿洗刷和包扎、高壓蒸汽滅菌、無菌氛圍的形成和操作、微生物培養(yǎng)基制作、斜面制作、微生物分離純化、接種、微生物染色、細菌計數(shù)和大小的測定等基本微生物實驗操作技能,而通過“耐酚細菌篩選設計型實驗”的設置,將一般科研過程和實驗過程融為一體,使得實驗框架結(jié)構更加合理、更加優(yōu)化,更加有利于探索和創(chuàng)新。并且教學過程逐步由“教師為主”轉(zhuǎn)變成以“學生為主”,力求充分調(diào)動學生的積極性和熱情,進而營造探索、創(chuàng)新的實驗教學氛圍。

3　結(jié)語

學生創(chuàng)新能力不足的原因是缺乏主動求知的興趣,滿堂灌的理論教學和機械模仿的實驗教學無法塑造出創(chuàng)新型人才。在信息爆炸的當代,僅僅有知識已經(jīng)無法滿足社會的要求,畢竟百度搜索已經(jīng)基本上可以找到人們所需的各類知識,社會需要的是能解決問題的人才。設計型實驗可激發(fā)學生主動求知,提高學生分析問題、解決問題能力。在一個成功的教學環(huán)境中,教師與學生有互動和共鳴,并且教師能給予學生更多的選擇權,就能煥發(fā)出學生的主動精神,并激發(fā)創(chuàng)新熱情[15]。

References)

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Reform and management of environmental micro-organism experiment teaching system

Yu Yang, Wu Xiaoqian, Yang Jing, Zhu Yanbing, Xie Xuehui

(School of Environmental Science &Engineering , Donghua University , Shanghai 201620, China)

The experimental system reform, teaching schedule, and management and experimental score mode are described in detail, and the role of the designing experiments for students’ innovative ability establishment is explored; how the reformed experimental system benefits the students’ innovative ability is analyzed and discussed. In Environmental Microbiology experimental teaching system, if only the validating experiments were existed, the students would learn passively and lose interest in learning,“ designing experiment ”can improve students’ motivation to learn and cultivate students’ innovative thinking, in order to give students more autonomy in the experimental class, more designing experiments should be set up in science and engineering experimental teaching.

environmental micro-organism; designing experiment; cultivation of innovative ability

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.04.053

2015- 09- 20

上海高校實驗技術隊伍建設計劃(2013)

余陽(1977—),男,江西永修,工學博士,高級實驗師,主要研究方向為實驗室管理、實驗教學改革等.

E-mail：yuyang@dhu.edu.cn

G642.423

A

1002-4956(2016)4- 0194- 04

實驗課程改革