環境微生物課程教學改革與思考

龔貝妮

（華南農業大學資源環境學院 廣東 廣州 510642）

環境微生物學是將微生物學的知識和原理應用于環境保護、治理、資源利用等方面的一門新興的交叉學科，通過這門課可以使學生比較系統地掌握微生物學的基礎理論知識，在此基礎上進一步掌握環境科學和環境工程中經常使用的微生物技術、方法及其原理。在環境微生物課程教學中，如何講授才能讓學生在掌握扎實的基礎知識的同時培養學生的學習能力和科學思維？文章對這個問題做出一些思考，提出以下有關課程教學的改革方法：

1 教學內容的改進

1.1 應根據不同專業的特點和培養目標，對教學內容進行選擇，把握不同內容授課的深度

環境微生物課程內容多，教學學時不足，授課時間緊，64個總學時，其中32個理論學時，32個實驗學時。華南農業大學資源環境學院選擇了韋革宏教授主編的《微生物學》作為課程授課的主要參考教材，共13章，包括緒論，原核微生物，真核微生物，病毒和亞病毒，微生物的營養，微生物的生長與環境條件，微生物的代謝，微生物的遺傳變異和育種，微生物的生態，微生物與物質循環，感染和免疫，微生物的進化、系統發育和分類鑒定，微生物與可持續發展等內容[1]。全書圍繞微生物的形態、生理、遺傳、生態、分類和應用等對微生物的基本知識進行了全面系統的闡述。對于環境、農學等理工專業，課程的主要任務是給學生打下堅實的微生物學理論知識基礎，為學生學好后續課程、為學生今后的科研工作做好理論準備。扎實和系統的微生物學基礎知識對于學生的科研創新活動至關重要，沒有好的基礎，就沒有創新的條件，學術和科研創新就只能是空談。

所以面向理科專業學生的環境微生物學課程需要重點講解微生物學基礎知識，同時將微生物在污染物的降解與轉化、水環境污染控制與治理方面的應用原理講解透徹。而對于環境方面的工科專業而言，要注重工程的實際應用，因此，除了教授微生物學基礎知識以外，還需要重點闡述微生物在環境污染、環境治理工程中的應用，并對其原理進行系統講解，因此，該專業的授課需要對理論知識進行選擇，突出重點，增加工程應用相關知識的比重。

1.2 授課內容要反映環境微生物學科的最新進展

近年來由于生命科學領域的迅速發展，一些新的研究分析手段和技術方法不斷出現并升級改進，這些新技術和手段在環境科學上的應用也使得環境微生物的研究獲得了新的發展。技術的輔助也使得人們對環境微生物的認知和了解不斷加深，基礎理論也在不斷地發展和完善。教師可以在課堂上向學生介紹這些技術和理論上的創新和發展，讓他們了解學科發展的前沿動態和方向，同時這些新的技術和理論發展與人們的現實生活密切相關，很容易提升學生的學習興趣。

現在新興的很多新技術、新方法，如實時熒光定量PCR、16sRNA序列高通量測序、組學技術（包括基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組等）、激光共聚焦顯微鏡（CLSM）等在環境科學包括環境微生物研究中被廣泛應用[2，3]。教師可以對這些技術的基本原理進行介紹，在此基礎上再通過環境監測或治理的實例來進一步闡明這些技術的實際應用場景。

在基礎理論方面，目前對環境微生物組的研究取得了較大的進展，發現環境微生物組對環境污染、農作物健康密切相關。環境微生物不僅是地球環境演化的關鍵參與者，也在生態環境治理和保護中發揮著重要作用。人們利用組學技術已從污染環境中鑒定和篩選出多種環境修復功能菌及其污染降解相關基因和蛋白，對于我們認識生物修復的機理具有重要作用[4]。對根際微生物的功能和作用機理的研究已成為生態健康和農業發展研究的熱點[5]，根際微生物與植物間具有復雜的互作關系，根系微生物具有調控作物生長發育和營養元素吸收轉化、增強作物抗逆性和抗病性的作用，而植物可以通過根系分泌物來選擇和構建根系微生物組。

教師在平時應密切關注環境微生物的最新發展動態，掌握專業相關的國際前沿研究和進展，充實自己的專業信息，把一些相關的網站和資料信息及時分享給學生，并指導學生自己上網查找相關資料獲得最新知識，對教師講授的內容進行補充，擴大其知識面，深化其對環境微生物學科的認識。

2 教學方法的改進

2.1 應采取滲透式、啟發式和討論式教學，加深學生對知識的理解，培養其科學思維和素養，激發學生學習的積極性

滲透式教學是指教師根據一定的教育目的，借助一定的載體，營造特定的氛圍來引導學生感受和體會，在耳濡目染和潛移默化中對知識進行掌握和內化。教師應對教材內容和知識體系進行整理和歸類，厘清知識的內在聯系，使各知識點互相滲透和融合。比如講授細菌芽孢的結構和功能時，引入高溫高壓滅菌的相關知識，以及芽孢桿菌在生物農藥和肥料上的應用。講述病毒時，將噬菌體對細菌的殺滅作用和噬菌體在抵抗感染、消除抗生素抗性菌特別是超級細菌上的應用，細菌溶原化和噬菌體對細菌的轉化作用聯系起來綜合講解。

啟發式教學指教師在教學過程中根據教學任務和學習的客觀規律，在授課過程中以啟發學生的思維為核心，調動學生的學習主動性和積極性。在這個過程中，激發學生自己主動思考是關鍵。比如講解微生物的營養類型和培養基時，在詳細講解了微生物的營養需求和不同營養類型，常見培養基的組分和配制后提出問題：不同營養類型的微生物需要在培養基中添加什么物質才可以滿足其生長繁殖的需要？通過循循善誘對學生進行適當的引導和提示，讓學生在思考的過程中對已學的知識有更深的理解并建立起內在的聯系，同時鍛煉其邏輯思維能力。

討論式教學則是在介紹完基本概念后，提出問題，讓學生分組進行討論，以培養學生自主學習和溝通合作的能力。比如講到病毒部分，提出問題：為什么2020年的新冠肺炎病毒具有極高的傳染性？這是由于病毒的什么特性造成的？讓學生分組討論，查閱資料，得出推論，并發表意見，這樣學生不僅獲得了知識，而且能將所學知識和實際聯系，提升了學生興趣與積極性，同時也加強了學生的團隊合作能力。

2.2 在教學中運用多媒體技術等現代教學手段來強化教學，提高教學效果

在環境生物學課程的教學中，單純講述理論知識通常會比較枯燥和抽象，給學生的理解造成一定困難，減弱學生學習的興趣。因此在教學中一定要借助圖片、音頻、視頻、動畫等多種元素多種手段來更加直觀生動地把微觀世界的面貌、動態和原理本質更好地呈現給學生，以幫助他們對相關知識加以理解。如細菌的分裂過程、噬菌體的吸附和入侵、復制過程、氧化磷酸化電子傳遞和ATP合成過程的一些視頻和動畫等，不但可以增強學生學習的興趣，也加深他們的理解和記憶。

2.3 強化實驗教學，培養學生的動手操作能力和解決實際問題的能力

環境微生物學是一門實踐性很強的學科。學生要通過環境微生物學實驗操作和觀察來深入理解環境微生物的理論知識并融會貫通。環境微生物實驗教學要達到較好的效果，首先一定要讓學生提前熟悉實驗目的、實驗原理、實驗步驟和所需的試劑和用品。實驗課要讓學生掌握基本的微生物實驗操作技術，更要加強對學生實驗思路、實驗設計的引導和思考。開始動手操作前教師需要跟學生詳細講解實驗難點重點，根據各實驗的具體要求，認真示范和指導，強調實驗規范操作，對學生的操作嚴格把關，培養學生良好的操作習慣。同時為了調動學生的積極主動性，讓學生盡可能多地得到鍛煉，應減少每個實驗小組的人數，讓每個學生都有親自操作的機會。實驗人數較多時，應對實驗時間進行統籌管理，在較短的時間內可完成不同的實驗操作步驟和實驗組別，建立較好的實驗秩序。環境微生物學實驗的準備工作比較煩瑣，但實際上是微生物實驗過程非常重要的一環，讓學生自己準備實驗材料，可以讓他們對實驗環節和實驗思路有更清晰的認識和了解；實驗結束后，讓學生自己收拾桌面，將試劑和材料放回原來的位置，對使用過的儀器進行清潔并關機，有助于學生形成良好的實驗習慣。

在完成基本實驗操作技能訓練后，可以在設置一些開放實驗，供有興趣的學生選擇性完成，并對其實驗課成績進行適當加分。這樣可以更好地提高學生的興趣，培養和加強學生的創新能力和自主性。教師結合前面所學的基本實驗操作技能和當前環境熱點問題，設置可操作性較強的、難度適中的自主性實驗專題，如檢測幾種常見消毒劑的殺菌效果、研究牛乳在酸敗過程中細菌的生態學演變等開放性實驗，讓學生根據興趣自主選題，確定題目后自行查閱相關文獻資料來設計實驗，獨立開展實驗并完成研究性實驗報告。通過開放性實驗可培養學生的團隊合作意識，促使他們學會合理安排實驗時間，學會獨立分析和思考，培養他們發現問題、解決問題的能力，提高學生的主觀能動性。

3 建立多元化的考核體系

為促進學生的全面發展，真實反映學生對知識的掌握和理解，應構建多元化的考核評價體系，包括6個部分，分別為課堂表現考核25%（包括提問、考勤等）、課程小論文（25%）和期末理論考試（50%）。

課堂提問包括對已學知識的復習提問和學習新知識時對學生的引導提問，分別可以體現學生對已學知識的理解、掌握，以及上課的專注度、思維方式和舉一反三的能力。

課程小論文讓學生自行選題，對教材或授課內容感興趣的某點內容進行擴展，通過自行查找資料，寫成1000字以上的論文。這樣不僅可以激發學生的好奇心，拓寬所學的知識范圍，加深學生對知識的記憶，發散學生的思維，還可以評價學生的信息搜索能力、邏輯思維與語言組織能力。理論考試可以系統考查學生對知識點的理解和掌握，是課程考核必不可少的一種方式。

4 結論

環境微生物將在環境、農業等領域發揮越來越重要的作用，對于環境專業學生的培養起著十分重要的作用，教師要講好這門課程，需要讓學生掌握扎實的基礎知識并靈活運用，在這個過程中同時培養學生的科學思維和創新意識，需要我們不斷思考和探索、不斷改革和創新、不斷總結經驗才能講好這門課程，為國家輸送綜合型、高素質、適應時代和發展需要的人才。