微生物處理實驗方法全英文研究生課程建設的探索

宿程遠，林香鳳，莫雅圓，馬麗麗

(廣西師范大學環境與資源學院，廣西桂林，541004)

一、課程建設依據

新時代的研究生教育正在發生轉折性變化，特別是在當前“雙碳”目標背景下，環境科學與工程學科將迎來蓬勃發展時期。當前，全球化進程的加快及我國國際地位的不斷提升使社會對具有創新能力與國際視野的復合型人才的需求持續上升。這對環境科學與工程碩士生而言尤為重要：環境問題是一個全世界的問題，諸多環境問題的解決需要世界各國環境工作者共同努力，與國外的學術交流、項目合作越來越密切，這既是機遇又是挑戰，需要環境工程專業的學生既具有過硬的專業素質，又具有良好的國際視野。全英文課程的本質是以英語為授課語言向學生傳授專業知識，使學生掌握英文專業術語、讀懂專業英文資料，能夠用英文口頭、書面描述專業問題，擁有探索和追蹤國際前沿技術的專業水準。[1]

多年來，如何切實有效地提高環境科學與工程研究生專業英語能力，包括論文寫作、文獻閱讀、口語表達等能力，以實現國際化學術交流、提升國際化視野，一直是環境類研究生英語課程教學改革重點研究問題之一。張磊等人以碩士研究生專業課程“土壤與環境微生物學”教學為例，對該課的全英文授課模式進行了積極探討，即每次專業理論的授課內容結束后，便引出一個專業問題由淺入深地啟發學生用英語進行討論。[2]李新洋等人開設了“環境工程專業導論”的全英文課程，除了傳統的課堂講授，還通過專題匯報與小組討論兩個課堂活動提升學生的創新思維能力。[3]余冉等人在進行“環境微生物”授課時，采用全英文課件、全英文教材與全英文講授，同時為了鼓勵學生開口，采用英語設問的方式，以此調動學生英語學習的積極性，同時培養學生的英語表達能力。[4]全國范圍的全英文核心課程教學的開展與不斷完善，顯著提高了我國研究生的專業能力和英語應用水平。[5]

二、課程建設目標

培養具有創新精神與實踐能力的各類創新型、應用型、復合型優秀人才，全面提升學生的創造能力、國際視野、科學精神和綜合素質在當前“雙一流”的建設過程中具有舉足輕重的作用。而碩士研究生培養是創新型人才素質與綜合能力提高的關鍵階段，因此，培養具備良好的科學素質、扎實的工程素養、開闊的國際視野、優秀的創新能力的高級人才，成為各高校環境科學工程研究生教育的重要目標。[6]開發一批環境類研究生優質課程，“研”字當頭，匠心育才，發現教學中關于環境科學與工程領域的“真問題”與“好問題”，將綠色低碳理念納入教學體系，凸顯課程的前沿性、專業性、高深性，對環境科學與工程研究生的培養具有重要作用。[7]微生物處理實驗方法課程的獨特風格在于將反應器的觀點貫穿整個課程，對廢水微生物處理實驗過程進行詳細闡述。因此，對本課程進行全英文的建設，對培養與造就創新能力強、科研素質高，具有國際化視野、適應社會經濟發展需要的高質量環保人才發揮積極作用。

本課程以提高環境科學與工程學生專業知識水平與能力及專業英語的應用能力為目標，以英語教學和合作研討式教學為主要手段，融英語教學、學科知識教學和能力培養于一體。

第一，塑造學生的國際視野。“眼界決定高度，格局決定命運。”在全球化浪潮背景下，國際化視野已成為環境科學與工程研究生必備的素質之一。本課程不但向學生傳授國際一流的環境科學與工程專業知識，而且引導學生以國際視角分析環境問題，開拓學生廢水微生物處理領域的思維。

第二，培養學生的國際交流能力。國際交流能力不僅包括能夠熟練用英語表達自己的想法與觀點，還需具備扎實的專業基礎與一定的專業素養。當前一些重要的環境類、微生物類會議會對國際上的專業熱點作報告，而且均用英語講授，很多學生苦于專業術語的局限性難以理解具體內容。特別是部分后續讀博深造有機會進入國外課題組的學生，常受實驗英語能力不足的制約，影響研究的推進與成果的產出。

第三，提升學生的國際競爭能力。經濟全球化要求我國高等教育培養更多具有國際競爭能力的人才。本課程的建設服務于我校國際化人才培養，把教學內容放大到具有國際化背景的課程環境，讓學生體驗真實的實驗環境，提升國際競爭能力。

因此，本課程的建設任務如下：第一，廢水微生物處理的新理論與新技術層出不窮，為解決這一問題，本課程將對教學內容進行組織與完善，突出教學內容的實用性與前瞻性；第二，在“雙一流”建設的背景下，為開闊學生的國際視野，在推動課程國際化建設的同時，努力做到“授人以魚，不如授人以漁”；第三，針對本課程實驗內容多、微生物類型多、生物反應知識點多的特點，采用多種教學手段應用于課程教學過程，同時充分利用學院已有的科研平臺，有效激發學生的求知欲望和學習熱情；第四，以課程建設為抓手，提升師資團隊綜合實力，建設一支有理想信念、道德情操、扎實學識、仁愛之心的高水平授課隊伍。

三、課程教學實施

(一)教學內容

本課程教學內容包括強化生物除磷、生物脫氮、好氧去除有機物、活性污泥呼吸計量與沉降特性、厭氧生物處理實驗及顆粒污泥特性分析、顯微鏡學、分子生物學等，涉及生物脫氮除磷、厭氧反應器啟動、顆粒污泥理化特性、污泥微生態學等污水生物處理技術的多個領域。

1.融入頂級期刊論文

課程教學內容充分體現前瞻性、國際化、高水平，打造“金課”“好課”，拓展課程的深度與廣度，更從“出口”的視角分析，真正做到切實滿足環境科學與工程研究生未來發展需求，在傳授理論知識的同時，真正讓學生學有所用。因此，本課程在授課過程中將WaterResearch、EnvironmentalScienceandTechnology等專業頂級期刊所發表的相關論文融入授課過程，在課堂上介紹國際最新的污水微生物處理技術，做到課程內容的與時俱進。同時，將最新研究成果融入課堂，如增加了甜菜堿投加對微生物燃料電池(MFC)——顆粒污泥耦合體系的反硝化厭氧甲烷氧化(DAMO)過程的影響：當甜菜堿濃度從0 g/L增加到1.0 g/L時，反應器中的優勢菌群發生變化，變形菌綱和甲烷菌綱顯著下降，DAMO微生物的豐度略有下降；增加的甲基供體限制了DAMO微生物的生長；脫氮代謝途徑模塊氮代謝、甲醛同化和絲氨酸途徑研究結果表明，隨著甜菜堿用量的增加，甲烷代謝呈現上升趨勢。

2.融合授課教師科研成果

新形勢要求環境科學與工程專業的碩士研究生必須具有一定的前瞻性和創造性，主動適應國家社會經濟發展需要，積極面向行業產業實際需求。[8]因此，本課程將授課教師所主持國家自然科學基金、廣西自然科學基金等項目的研究成果融入教材，如在講授含有毒物質難生物降解有機廢水處理時，將授課教師開發的新型ABR——生物電Fenton耦合反應器的成果進行講授。該反應器將厭氧處理與生物電Fenton技術進行了有機結合，在最佳運行條件下對氨氮的平均去除率顯著高于傳統厭氧反應器，實現了厭氧與生物電化學技術的良好組合，為含有毒難生物降解污染物廢水的處理提供了新思路與新途徑。同時，融入授課教師發表在JournalofHazardousMaterials、BioresourceTechnology、ScienceoftheTotalEnvironment等期刊上的論文，并介紹污水處理實驗方案設計、科技論文寫作規范、圖表制作規范等內容。

3.補充先進微生物實驗技術

現在的污水處理技術的研發取得了重大進步，污水處理從過去“知其然不知其所以然”的經驗主義時期發展到了如今多學科跨界技術，特別是隨著生物技術的發展，如高通量測序、宏基因組分析等技術在污水處理研究中的應用，為微生物技術污水處理提供了更強的支撐，并逐漸指導工程實踐。因此，本課程旨在建立從事實驗研究的人和從事處理工程的人之間的橋梁，做到學以致用。特別是2022年，教育部發布了《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》，明確指出要提高碳達峰碳中和相關專業人才培養質量，將綠色低碳理念納入教育教學體系。[9]因此，本課程增加了Decarbonization and carbon capture專題，向學生講授“概念污水處理廠”，強化污水碳中和運行潛能分析，介紹污水處理的綠色低碳之路。

4.進行模塊化專題講授

本課程重點闡釋微生物學在環境科學與工程領域的應用，并分為六個專題進行講授。將理論與實際緊密結合，合理安排每個專題的學時，同時盡量用淺顯易懂的英語表達方式進行講述，以此在提高學生全英文課程學習的積極性和主動性的同時，培養學生利用微生物學理論知識解決廢水處理問題的能力。例如，2022年5月，國務院辦公廳印發的《新污染物治理行動方案》指出，要形成一批有毒有害化學物質綠色替代、新污染物減排以及污水污泥、廢液廢渣中新污染物治理示范技術。[10]因此，結合熱點話題，本課程在授課過程中增加了Emerging contaminant單元，并結合授課教師開展的科研項目，向學生講授了Cr(VI)與聚醚砜微塑料復合污染對厭氧顆粒污泥(AnGS)去除有機物與Cr(VI)效能及污泥胞外聚合物(EPS)組分的影響，同時通過宏基因測序分析了復合污染影響下AnGS中微生物群落及碳水化合物代謝的變化情況，即PES-MPs的添加使得己糖激酶、ATP依賴型6-磷酸果糖激酶(EC：2.7.1.11)、ADP依賴型6-磷酸果糖激酶(EC：2.7.1.146)分別增加0.072%、0.008%、0.161%，PES-MPs的添加主要提高糖酵解耗能階段的反應速率，而降低產能階段的反應速率。

(二)教學方法

1.凸顯教學的學術性與科研的教育性

本課程的授課教師目前從事的科研需要長期使用多套污水處理反應器，如吸附—生物耦合反應器、雙循環高效厭氧反應器等，因此，授課時就帶領學生參觀這些反應器，使教學走出課堂，通過直觀認識加深學生對知識的印象，調動學生的積極性，讓學生知道微生物實驗技術的作用，為后續的實驗研究指明方向，使學習更具針對性與目的性。

2.突出授課內容的實用性

從實驗方案設計到反應器的搭建，再到取樣與分析，以及實驗數據的處理，教師全過程“手把手”地教學生做污水處理微生物實驗，不僅包括實驗室小試反應器的介紹，還包括中試反應器、實際污水處理工程的展示。這種“以學習效果為中心，以解決復雜環境問題為導向”的教學模式，能夠充分激發學生求知欲望與學習熱情。具體來說，應以學生學習成效為出發點，遵循因材施教、因課施教的理念進行教學設計和教與學活動：對活性污泥呼吸計量、污泥微生態學等基本理論與方法的學習采用掌握學習模式；對生物除磷、生物脫氮、好氧去除有機物等則采用研究探索模式，并向學生展示典型廢水的英文綜述論文，進行拓展學習；強化典型工業廢水處理實際案例，“以案例為橋梁，理論聯系實際”“以互動為手段，促進共同學習”，如介紹“吸附—生物耦合生態處理”技術具有投資與運行費用低、出水水質好、剩余污泥產量少、易維護等優點的同時，讓學生樹立服務地方的意識。

3.體現授課過程的參與性

采用小組研討式教學方法，培養學生探究能力，鼓勵分享，可以實現師生、生生的有效互動。[11]因此，本課程在選用外文原版教材，強化英語教學的同時采用研討式教學方法，使學生在掌握微生物處理污水專業知識的同時，提高閱讀環境科學與工程專業英語文獻的能力，培養學生自主學習的能力與團隊合作精神，為學生樹立學好英文的自信心。

4.體現授課過程的參與性

英文教學與多媒體教學有機結合，可以加強學生的互動。本課程采用多媒體輔助教學，采用Powerpoint軟件制作的英文幻燈片和微生物反應器的英語錄像片作為教學的輔助手段，將污水微生物處理過程制作成錄像，激發學生的興趣，幫助學生對知識進行理解與掌握。在教學過程中，教師堅持采用英文課件、英文授課，并鼓勵學生盡量用英文交流。為降低學生在英語理解上的難度，教師會利用非語言行為幫助學生理解。

(三)考核方式

本課程采用多角度、多途徑對教學目標、教學內容等開展課程評價，提高平時成績的比例。為讓學生自主、積極地提出問題與回答問題，平時成績重點考查學生回答次數、提問次數等；在期末考試時，側重考查學生的綜合素養。[12]

針對本課程的特點，期末考試要求學生結合自己的研究方向制作全英文PPT，以模擬參加學術會議的形式，向全班同學進行匯報，并由同學進行提問，教師通過學生的展示、回答問題對學生進行考核。

在平時的過程性評價中，通過針對當下污水生物處理技術的熱點問題布置小組作業，考查學生自主學習、資料整理、團隊合作及分析問題、解決問題等方面的能力。

在“雙一流”建設的背景下，為擴展學生的國際視野，本次微生物處理實驗方法課程國際化建設，整合教學與項目資源，旨在體現科學研究的最新成果和教科融合趨勢，拓展課程的深度與廣度，實現學生的興趣驅動學習、研究導向學習，同時充分利用科研平臺，完成“理論到實踐”再到“理論升華”的過程，以此培養有家國溫度、研究深度、學術長度的研究型人才。