基于應用型人才培養目標下環境工程微生物學課程多維度改革探索

＊呂小梅 張舒婷 李丹 張云飛 李衍亮 胡俊杰

（東莞理工學院生態環境與建筑工程學院 廣東 523808）

1.建設背景

《環境工程微生物學》是我校環境工程與環境科學專業重要的專業基礎課程之一，是一門兼具理論性、實踐性與應用性的課程，側重多學科相互交叉滲透，關注高速發展的前沿研究領域。其基本理論與相關研究技術對于解決實際環境問題具有十分重要的作用，尤其是對于環境污染物的生物處理方面，微生物學的研究手段日益突出其重要作用。《環境工程微生物學》涉及有機化學、生物化學、微生物學、遺傳學等學科的基本理論，是一系列環境專業后續課程（如：水污染控制工程、大氣污染控制、固體廢棄物處理、環境生物工程）學習和應用的基礎。

目前，我校環境工程微生物學課程教學主要沿用的是教師主講的模式，教學內容基于現用教材，教學效果不理想，存在一些不足，主要表現在：教學內容未能及時融入新知識和新應用，相對比較枯燥；教學形式不夠多元化，學生學習興趣不足；實驗內容以驗證性實驗為主，綜合性不夠，未能較好調動學生自主學習與主動探索的學習精神。隨著中國經濟社會的快速發展與環境問題的日益突出，社會迫切需要綜合素質高、應用能力強的技術人才。高素質應用型本科人才的培養，不僅要讓學生掌握基礎的理論知識，更要著力于提升學生的知識應用能力，實踐創新能力等。“授之以魚”的同時更要注重“授之以漁”。

因此，在環境工程微生物學教學過程中，為培養具有創新能力和解決實際問題能力的應用技術型人才，有必要對整個教學過程進行反思。尋找提高學生學習興趣的方法，并不斷從理論教學內容、實驗與實踐教學、教學模式等方面開展相應的探索與改革，提高學生學習本課程的興趣，強化應用型技術性人才的培養，實現該課程的教學質量與教學效果的提升，更為實現所培養人才素質的提升。

2.基于應用型人才培養的《環境工程微生物學》教學多維度改革舉措

本課程教學改革主要從三個維度開展，圖1所示，包括：理論教學改革，凸顯知識的邏輯性與系統性，強化重點與難點；實驗與實踐教學改革，實現理論與實踐教學的有機融合，實現理實一體化；教學方式與教學手段改革，引入多元化教學模式，提高學生興趣與參與度，并將教學方式改革應用于理論教學與實踐教學中，并通過教學實踐中的問題反饋完善教學方式與手段改革。改革實施具體如下：

圖1 環境工程微生物學教學改革維度與策略

(1)理論教學改革——突出知識的系統性與課程的應用性

①知識點的系統化與邏輯化，教學內容重點化。針對該課程教學內容廣、知識點多，而學時不足的問題，建立章節內容的關聯性與層次性，梳理知識點的系統性與邏輯性，建立課程內容的思維導圖，以便于學生對整體知識的理解[1]。授課過程中做到重點、難點突出，具體包括：詳細講解微生物學與環境工程微生物學發展歷程；扼要講解環境工程微生物的主要種類、生理代謝、生長繁殖及遺傳變異，尤其是不同種類微生物之間的相互關系，特別是在環境污染治理中的演替規律；精細講解微生物在治理各類環境污染物中的作用及其原理，增加應用案例分析，強化應用性。

②熱點話題引入課堂教學，凸顯課程內容的實用性。環境生物技術的發展日新月異，不斷涌出新菌種的發現與新技術的誕生。因此，在原教材知識的基礎上，不斷更新教學內容，做到與時俱進，把握住學科動向和前沿。擴充并引入與課程教學內容相關的熱點話題，反硝化同步脫氮除磷、異養硝化、好氧反硝化、厭氧氨氧化等，這些都能夠與解決實際環境問題相結合，以引起學生的興趣，增強教學的趣味性，通過身邊的科研實例激發學生的學習熱情，提高學習效果。另一方面，通過要求學生課后查閱文獻資料，了解當前環境污染治理領域的研究熱點和環境生物技術研究進展。通過這些新研究發現的微生物以及微生物新技術，并結合這些新技術的應用案例以及市場發展前景，促使學生追蹤學科的前沿發展與研究熱點，激發學生求知欲和主動學習的興趣，同時鍛煉學生自主學習的能力。

③拓展環境微生物應用，深化應用性教學[2-3]。環境工程微生物學教材的基礎篇內容主要為理論知識，內容比較枯燥乏味。因此，結合專業特點，將基礎篇的內容結合實際研究或應用案例來講授顯得尤為必要。如講述病毒一章時可結合歷史曾出現過，對人類健康以及生產生活產生重大影響的病毒來開展。講述酵母菌、霉菌內容時可以和饅頭、包子、釀酒、釀醋、釀醬油、豆豉及臭豆腐制作等進行結合。講授細菌大小時，將其與不同孔徑濾膜作用、過濾滅菌，以及不同類型顯微鏡識別范圍等常規知識相結合。講細菌世代時間這一知識點時，可將世代時間與污泥齡的相互關系結合起來，并舉例世代時間較長的硝化菌在污水處理過程中污泥齡宜長不宜短，進而保證硝化效果。世代時間較短的除磷菌在污水處理過程中污泥齡宜短不宜長，從而指導系統排泥與保證除磷效果。講電子傳遞鏈時可與污泥減量相結合，解偶聯劑能夠阻擋能量ATP的合成，削弱合成代謝強度，從而能夠一定程度上達到污泥減量的目的。

環境工程微生物學教材應用篇重點講述微生物在“三廢”治理及環境生物監測等方面的應用。對于這部分內容，對書本知識進行重組，以微生物在污染治理中的問題解決以及實際工程應用為主題展開講述與討論，如：微生物在“三廢”治理中的應用、污染物生物處理中的強化、生物絮凝劑、生物農藥、微生物菌劑等在水體與土壤修復中的應用、微生物對于污泥減量、菌種新資源開發及其在污染修復中的應用等，使學生認識到本課程知識對解決實際環境問題的重要價值與意義，同時可以啟發學生的獨立思考與交流討論，培養學生解決問題的科學思維方法，鍛煉學生的創新思維能力。

(2)實驗與實踐教學改革——強化動手能力，突出實踐技能培養

實驗課程是聯接理論與實踐的紐帶，有助于加深學生對理論知識的理解，培養學生的觀察和動手操作能力，實驗教學對于培養學生的創新能力和實踐能力具有及其重要的作用[4]。教學當中能否把實驗內容與理論知識緊密聯系，直接影響到課程的教學效果。因此，在試驗內容的選擇與設計應考慮其專業性和應用性。實驗與實踐教學改革體現在兩個方面：一是環境微生物學的課程實驗，二是大學生創新基地活動中有關環境微生物及環境污染治理方面的課題研究。

秋浦河：上游起于祁門縣，經石臺縣進入貴池區，至池口向北注入長江。流域面積2 235 km2，河道全長149 km，河面寬250 m，底寬100 m，洪水深度7.0 m，枯水深度0.7 m，泄洪能力1 000 m3/s，歷史最大流量為2 710 m3/s(1957年7月4日)，長年不斷流。下游段最高水位17.7 m，最低水位8.8 m。

①改革實驗類型，鼓勵學生探索。改變原有以驗證性實驗為主的內容設置，加強綜合性實驗的比重，保證學生掌握微生物學的基本操作，讓學生了解這些技能服務于整個環境學科的研究體系；探索以學生為主要參與者的實驗模式，例如環境微生物菌種篩選以及污染物降解實驗，可以將學生進行分組，每個組自行查閱文獻資料，確定微生物樣品采集方式、擬分離菌種與分離方法、革蘭氏染色與顯微鏡觀察、菌種擴培、降解實驗的目標污染物及其檢測方法。通過這種綜合性的實驗設計，讓學生分組探索對不同污染物的降解效果研究實驗，鍛煉學生的綜合實驗操作技能，初步培養分析與判斷能力。

②優化實驗內容，鍛煉科研素養。綜合性實驗與專業聯系程度大，因此，改革將從現代環境生物技術、分子生物學技術、環境生物監測與評價、污染物的微生物處理技術與修復技術等入手，并與其它專業課程的學習內容進行配合，構建內容更為廣泛的實驗課程體系，提高與環境類專業的銜接程度，如活性污泥生物相觀察，通過對菌膠團的形狀、結構和色澤等方面的觀察，可初步判斷活性污泥性能的好壞，通過對原生動物種類的識別判斷廢水處理和水體水質。有機固體廢物的發酵或堆肥等，加大這類試驗比重。

③強化實驗目標，突出結果導向。從過去的教師向學生闡述實驗目標和原理，給學生做示范，學生們模仿老師的舊方法著手進行改革，進一步突出目標導向和結果導向。先給學生確定好實驗目標，之后由學生根據上課所講授的知識內容，結合自行查找文獻和方法，按小組團結協作的方式獨立制定方案并逐項執行，最后根據每個小組是否使用合適的實驗方案成功并達到實驗目標的考評依據，同時由小組成員對每個學生的貢獻進行打分。不同的小組可能給出的實驗方案和方法均不同，但基本都能達到教師所布置的實驗目標。這樣的實驗課改革激發了學生的興趣和獨立思考、實踐能力，也鍛煉了學生的團結協作能力，受到一致好評。

(3)教學形式改革——激發學生興趣，提升教學效果

①強化互動式課堂教學模式，增強課堂活躍度。環境微生物課程的特殊點在于集圖像性、實操性和案例性于一身，單純板書或PPT展示并不能使知識得到充分傳達一言堂教學模式也無法激發學生的學習興趣基于以上問題，改革舊的教師灌輸式講授方法，引入了話題研討、現場辯論、案例分析、學生匯報等多種形式的教學活動。如結合所講授章節內容設計一定的問題，通過提問、討論、啟發學生獨立思考或分組討論[5-6]，提高學生對教學的參與度。基于一定的理論和實驗專題內容，分組查閱資料、制作PPT與匯報，并與教師以及其他同學開展交流探討，提升全員參與度。

②引入翻轉課堂教學模式，激發學生積極性。翻轉課堂可彌補傳統教學方法的不足。例如，環境微生物個體小、結構簡單、傳統教學手段較難表達和呈現微生物的真實結構，學生難以想象和理解，而引入多媒體課件，尤其是優質的教學錄像或視頻資料等，能夠直觀、形象地演示教學內容，加深學生的感官認識。如，對于革蘭氏染色原理、病毒繁殖方式、營養物質進入細胞的方式、微生物的代謝類型、活性污泥中微生物的作用等難點，鼓勵學生充分利用課下時間觀看網上優質課程資源，培養學生自主學習能力。課堂上，教師根據知識點，給出逐漸深入的問題，把對知識點的討論和分析留給學生，再由教師查缺補漏并做出評判。這種翻轉模式給了學生較大權限。

③探索智慧課堂授課模式，多維度掌握學生學習過程。授課過程中，探索基于現有的新型智慧教室[7]等學習平臺與終端，利用大數據和云計算等新技術，同步監測、獲取、分析學生上課獲取知識過程中的多方面數據，如：課堂表現、習題表現、資料搜集與總結、實操訓練、團隊參與積極度等，給出學生和教師建設性的學習和授課建議。同時，也可以進一步以學生為主，促使學習方式個性化，在環境工程微生物學課程中引入BYOD、碎片化學習、自主探究式學習[7]等,促進學生自主學習、創新能力的提升。

3.改革成效

針對當前社會對應用型人才培養的需要，環境工程微生物學課程開展了多維度的教學改革與探索，初步成效如下：

（1）改革后的教學模式下，學生對該課程滿意度有較大提升，普遍反映課程改革有利于學生對知識的理解和運用。（2）任課老師積極籌建網絡資源，參與實際工程項目，將工程案例引入課堂教學，同時，學生對課程及老師評教成績也有一定提升。（3）學生科研與創新能力得到提升，獲得了較多的大學生創新創業項目資助，達標論文與申請專利數量也有一定程度的提升。考研院校對我校學生的學習和科研能力有較高評價。此外，用人單位對畢業生一直保持較高的滿意度和評價。

4.總結

隨著環境污染問題的日益突出，社會對環保人才的工程應用能力的要求也隨之增加。筆者圍繞環境工程專業人才培養目標要求，以應用技術型人才培養目標為抓手，對環境工程微生物學理論教學、實驗與實踐教學以及教學方式進行了多維度的改革與探索。理論教學改革重點突出知識的系統性與課程的應用性，實驗與實踐教更加強調動手能力與實踐技能培養，教學形式改革旨在激發學生興趣，提升教學效果。通過對該課程改革，學生對課程及專業認同度得到提升，考研深造學校以及用人單位評價良好。