環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)改革的探索

羅穎 曹英楠 馬濤

摘 要：環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課程是一門應(yīng)用實踐性很強的實驗課程，為提高學(xué)生的實驗技能、培養(yǎng)創(chuàng)新意識，以《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》為指導(dǎo)，對微生物實驗教學(xué)進(jìn)行了改革探索和嘗試：明確本課程的培養(yǎng)目標(biāo)、進(jìn)行多元化教學(xué)摸式及教學(xué)方法改革、優(yōu)化實驗項目、建立多元化考核體系。通過教學(xué)過程評價和改革效果檢測，教學(xué)改革初見成效，達(dá)到了應(yīng)用型專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：微生物實驗工程教育認(rèn)證教學(xué)改革

環(huán)境工程微生物學(xué)是環(huán)境工程和環(huán)境科學(xué)專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，實驗教學(xué)是環(huán)境工程微生物學(xué)課程必不可少的重要組成部分，也是不斷提高學(xué)生動手能力及操作技能的主要教學(xué)形式。環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課程[1]涉及的實驗原理和實驗操作技術(shù)內(nèi)容多，信息量大，而目前學(xué)生只是按部就班地完成實驗，實驗教學(xué)效果不理想。為此，以我校工程教育認(rèn)證工作實施為背景，以《國標(biāo)》、《工程教育認(rèn)證辦法》、《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》為指南，借鑒兄弟院校優(yōu)秀的教改經(jīng)驗，嘗試對“環(huán)境工程微生物學(xué)實驗”課程的教學(xué)進(jìn)行了探索和改革，使之更好地順應(yīng)學(xué)科發(fā)展，應(yīng)用于污染物控制與治理。旨在為環(huán)境工程技術(shù)人才進(jìn)入從業(yè)領(lǐng)域提供預(yù)備教育質(zhì)量保證，所培養(yǎng)的專業(yè)人才適應(yīng)科技進(jìn)步和地區(qū)發(fā)展特色的需要。通過近兩年的教學(xué)實踐，取得了良好的效果。

一、結(jié)合《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》，明確本課程的培養(yǎng)目標(biāo)

結(jié)合《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》并綜合考慮我校的師資力量、實驗室硬件條件、學(xué)生素質(zhì)水平和學(xué)生就業(yè)方向等情況，明確了本課程的培養(yǎng)目標(biāo)，即 “依據(jù)社會專業(yè)人才需求，注重應(yīng)用能力培養(yǎng)”。加強對實驗課程的認(rèn)識，注重學(xué)生應(yīng)用微生物技術(shù)能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)“所學(xué)為所用”。近年來，我院一直將環(huán)境微生物學(xué)理論教學(xué)與實驗環(huán)節(jié)進(jìn)行有機結(jié)合，重視實驗技能的訓(xùn)練，認(rèn)識到以本科生教學(xué)為主的工科類院校實驗教學(xué)是提高專業(yè)學(xué)生綜合素質(zhì)、科研創(chuàng)新能力以及儲備專業(yè)技術(shù)后備力量的重要環(huán)節(jié)。同時，環(huán)境工程微生物實驗也是培養(yǎng)學(xué)生形成良好科學(xué)習(xí)慣的重要途徑[2-3]。培養(yǎng)出具備較強實踐應(yīng)用能力的學(xué)生，一方面可為后期教學(xué)、研究生教育等提供基本技能保障，另一方面可為學(xué)生畢業(yè)就業(yè)打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

二、多元化教學(xué)摸式及教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)微生物實驗教學(xué)，以注入式教學(xué)為主，雖然學(xué)生可以掌握操作技術(shù)，但在實驗過程中沒能進(jìn)行獨立思考，更不能充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，教學(xué)效果不夠深入。[4]目前的現(xiàn)狀是，社會對本科畢業(yè)生實驗設(shè)計和操作技能的要求越來越高，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)難以滿足社會發(fā)展的需要。因此，我們從社會專業(yè)人才需求出發(fā)，依據(jù)工程教育認(rèn)證的指導(dǎo)思想，進(jìn)行微生物實驗教學(xué)模式、教學(xué)方法改革的探索與實踐。

1.應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)+多元化教學(xué)手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和興趣，豐富環(huán)境工程微生物學(xué)知識

在課前，我們借助互聯(lián)網(wǎng)在線教學(xué)工具軟件-雨課堂，推送預(yù)習(xí)材料和預(yù)習(xí)

要求到學(xué)生微信（可附帶語音講解），并實時查看每個學(xué)生預(yù)習(xí)進(jìn)展統(tǒng)計。在課上，增加多媒體教學(xué)工具的運用，采用豐富多樣的教學(xué)手段，提高課堂教學(xué)的生動性。例如，生動形象的動畫、顯微照片、圖片展板拓寬學(xué)生的認(rèn)知視野。教師演示實驗、實驗操作視頻幫助學(xué)生掌握正確的實驗操作和理解相應(yīng)的實驗理論基礎(chǔ)。借助微生物學(xué)的重大實驗發(fā)現(xiàn)和重大實驗成果的歷史小故事，如巴斯德和柯赫的重大貢獻(xiàn)、弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素等，圖文并茂地激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，培育同學(xué)創(chuàng)新思維的萌芽。[5]通過“雨課堂”將課上教學(xué)課件推送到學(xué)生手機，便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)。我們還使用課堂互動輕應(yīng)用教學(xué)小程序-微助教，進(jìn)行有趣味性的課堂互動，以游戲化思維鼓勵學(xué)生對實驗結(jié)果、樣本和實驗設(shè)計方案進(jìn)行展示，積極參與課堂互動，對實驗過程中出現(xiàn)的問題以彈幕投稿形式在虛擬論壇發(fā)言及時討論，以此來吸引學(xué)生的專注力并調(diào)動學(xué)習(xí)興趣。在課后，我們借助“雨課堂”中的Padlet分享墻進(jìn)行師生交流、在線答疑、實驗設(shè)計方案討論等。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)+多元化教學(xué)手段科學(xué)地覆蓋了課前-課上-課后的每一個教學(xué)環(huán)節(jié)，為師生提供完整立體的數(shù)據(jù)支持，豐富環(huán)境工程微生物學(xué)知識。

2.要求學(xué)生認(rèn)真做好實驗課前預(yù)習(xí)和實驗準(zhǔn)備，結(jié)合研究模式完成實驗教學(xué)內(nèi)容

實驗預(yù)習(xí)內(nèi)容和實驗準(zhǔn)備工作要在課前及時發(fā)送給學(xué)生，實驗預(yù)習(xí)內(nèi)容包括本次實驗?zāi)康摹⒃怼嶒灧椒ā嶒灉?zhǔn)備工作包括列出本次實驗所需物品的詳單、查閱文獻(xiàn)列出詳細(xì)的實驗操作流程及實驗要求（最好用圖示法表示實驗操作流程）。例如水中細(xì)菌菌落總數(shù)的測定實驗，需要學(xué)生實驗前確定并采集好實驗水樣，依據(jù)所采集的實驗水樣的水質(zhì)情況，認(rèn)真查閱文獻(xiàn)選擇實驗方案，設(shè)計本次實驗的詳細(xì)操作流程。實驗過程中嚴(yán)格按照所選實驗方案流程操作，并如實記錄結(jié)果，分析整理實驗數(shù)據(jù)，實驗結(jié)束后當(dāng)場上交實驗報告。課后學(xué)生針對本次實驗過程中出現(xiàn)的問題及疑惑進(jìn)行匯總，老師給予指導(dǎo)解答。通過這種預(yù)習(xí)-研究模式完成實驗教學(xué)內(nèi)容，[6]不但能使學(xué)生充分了解實驗內(nèi)容和操作流程，節(jié)省教師課堂講解時間，增加指導(dǎo)時間，提高實驗教學(xué)總效率。而且還有助于調(diào)動起學(xué)生參與熱情和主動性思維。

3.優(yōu)化、創(chuàng)新組合實驗內(nèi)容，精心設(shè)計實驗項目

我院開設(shè)的環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課程共16學(xué)時，學(xué)時數(shù)有限，精選實驗內(nèi)容格外重要。密切結(jié)合專業(yè)發(fā)展的最新動態(tài)和專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)方向，參考其他高校的做法，我們對實驗內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化、創(chuàng)新，減少驗證性實驗，開設(shè)了綜合設(shè)計性實驗和創(chuàng)新研究性實驗[7-8]。在有限的實驗學(xué)時內(nèi)，我們將環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)課程分為三大部分：基礎(chǔ)技能驗證型實驗教學(xué)、綜合設(shè)計性應(yīng)用型實驗教學(xué)和開放性創(chuàng)新研究型實驗教學(xué)，見表1。

⑴ 基礎(chǔ)技能驗證型實驗教學(xué)部分，是將相關(guān)的理論課教學(xué)內(nèi)容融合到實驗的操作技術(shù)中，注重培養(yǎng)學(xué)生對基本知識、基本技能的掌握。

⑵ 綜合設(shè)計性應(yīng)用型實驗教學(xué)部分。先以講座的視頻形式通過“雨課堂”推送給學(xué)生實驗要求，后分組完成，學(xué)生可依據(jù)自己的興趣愛好采集待檢測的水樣，例如：某個小區(qū)、單位、宿舍樓，直飲機的飲用水，某品牌的桶裝水，某處理廠的處理出水，江河湖泊的水源水等，也可將檢測樣品延伸至土壤樣品或廢液樣品。要求每組學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，參考實驗教材，確定實驗方法，自主設(shè)計實驗方案和操作流程，并借助“雨課堂”中的Padlet分享墻在線與實驗指導(dǎo)教師討論并審定。在實驗指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行實驗并完成實驗報告。在實驗設(shè)計過程中，學(xué)生也可以大膽創(chuàng)新，增加一些創(chuàng)新項目，例如，學(xué)生關(guān)心食堂衛(wèi)生問題，學(xué)生飲用水達(dá)標(biāo)狀況等等。突出專業(yè)特色，拓展環(huán)境工程微生物實驗技術(shù)的實際綜合應(yīng)用的范圍，這樣在有限時間內(nèi)使學(xué)生獲得的信息更多更廣。

⑶ 開放性創(chuàng)新研究型實驗教學(xué)部分，由于環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課時有限，這部分實驗不占用實驗課時數(shù)，以開放性實驗形式或?qū)嶒炦x修課形式開課。主要鼓勵學(xué)生申報院級、校級或自治區(qū)級大學(xué)生課外科技創(chuàng)新項目，或直接參與教師科研項目。同時，為攻讀研究生學(xué)位的同學(xué)打下了良好基礎(chǔ)，也為本院研究生的生源做了儲備。這部分實驗教學(xué)根據(jù)指導(dǎo)教師的研究方向和學(xué)生的興趣自立課題，也可以選擇現(xiàn)有課題，例如，土壤/活性污泥中微生物的篩選、分離與鑒定，某種功能菌的純化和菌種保藏等。要求學(xué)生自行組建課題小組，根據(jù)立題內(nèi)容，查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料，自主設(shè)計實驗方案，指導(dǎo)教師參與討論方案的可行性。學(xué)生自主完成試劑、藥品的配置、相關(guān)儀器設(shè)備的使用；學(xué)生獨立完成實驗、整理并分析實驗數(shù)據(jù)、撰寫論文或報告研究結(jié)果；對實驗過程中出現(xiàn)的一些問題做出正確分析和判斷；經(jīng)過這樣的獨立實驗技術(shù)的操作和科學(xué)研究思想的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作精神，實驗基本操作技能得到加強、科研能力、綜合素質(zhì)和專業(yè)素養(yǎng)均得到提高，突出了個性能力發(fā)揮。

三、建立多元化考核體系

考核是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，同時也是實驗教學(xué)內(nèi)容的延續(xù)。環(huán)境工程學(xué)微生物實驗是一門獨立開設(shè)的課程，有必要采用一個科學(xué)合理、切實可行的多元化綜合評分的考核體系。依據(jù)《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》，我們將環(huán)境工程微生物實驗考核內(nèi)容分為4個部分，各部分的考核權(quán)重及標(biāo)準(zhǔn)在實驗課程開始前予以公布，具體考核標(biāo)準(zhǔn)由教師認(rèn)定。其中，平時成績由實驗教師根據(jù)學(xué)生課前、課上、課后的綜合表現(xiàn)，實驗操作動手能力和實驗報告情況，可借助 “微助教”小程序當(dāng)場打分并進(jìn)行記錄，便于老師對學(xué)習(xí)全過程進(jìn)行持續(xù)觀察，作出最后的評價。平時成績考核、實驗室考核和綜合設(shè)計性實驗的評價給予A、B、C、D、E五等級評價，再分別以占綜合成績的權(quán)重給予實驗總成績的優(yōu)、良、中、及格和不及格五等級評分。開放性創(chuàng)新實驗的評價，經(jīng)指導(dǎo)教師核定的實驗成績?yōu)楹细窦耙陨系耐瑢W(xué)，獲得相應(yīng)選修課學(xué)分。

這種考核方式與評價方法將實驗基本理論知識與實驗操作過程管理緊密結(jié)合起來，促使學(xué)生對基本技能的規(guī)范操作足夠的重視，對提高微生物實驗教學(xué)質(zhì)量起了重要的作用，同時也改變了學(xué)生對實驗教學(xué)蒙混過關(guān)的錯誤思想。

四、改革效果

在近兩年的教學(xué)改革實踐中，我們結(jié)合學(xué)校網(wǎng)上評教系統(tǒng)、“問卷星”互聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行問卷調(diào)查，“雨課堂”中的Padlet分享墻匿名評教，在學(xué)生中進(jìn)行了微生物學(xué)實驗教學(xué)過程評價和改革效果檢測。調(diào)查結(jié)果顯示，通過現(xiàn)行的實驗課程學(xué)習(xí)，學(xué)生的實驗設(shè)計能力和動手能力得到了很好的提高，學(xué)到了課本上學(xué)不到的東西。上述實驗教學(xué)體系改革獲得了學(xué)生和專業(yè)課程教師的一致好評，取得了良好的教學(xué)效果。在近兩年培養(yǎng)的本科生來看，綜合素質(zhì)得到明顯提高，參與并發(fā)表了多篇高水平的科研論文，獲得多項省部級、校級科技創(chuàng)新項目資助，參加全國、省部級、校級“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽并獲獎。同時培養(yǎng)了學(xué)生濃厚的研究興趣，更為積極報考研究生培養(yǎng)目標(biāo)。但由于時間關(guān)系，還未達(dá)到《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中3屆畢業(yè)生的調(diào)查評價指標(biāo)。

結(jié)語

以《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》為指導(dǎo)，進(jìn)行的環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)改革還處于嘗試探索階段，但已初見成效，在環(huán)境工程專業(yè)的實驗教學(xué)中具有很強的應(yīng)用實踐性，望能在今后的教學(xué)實踐中不斷得到改進(jìn)。以此提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新意識和能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、獨立解決問題能力和協(xié)作精神。達(dá)到了本課程 “依據(jù)社會專業(yè)人才需求，注重應(yīng)用能力培養(yǎng)”的培養(yǎng)目標(biāo)，符合《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》的指導(dǎo)思想。

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作者簡介

羅穎（1982），內(nèi)蒙古人，在讀博士，講師，研究方向：環(huán)境工程微生物學(xué)。