


摘 要:基于新工科建設(shè)要求,課程以社會需求為導(dǎo)向,力求達(dá)到以創(chuàng)新型工程技術(shù)人才培養(yǎng)為核心的教學(xué)目標(biāo),進(jìn)行教學(xué)改革與創(chuàng)新。課程堅持“科教融合、校企融合、理政融合”三相融合促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成;重構(gòu)理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)知識與應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合;課程構(gòu)建德育和能力同步育人的教學(xué)體系,整個教學(xué)過程融德育、能力、知識于一體,全方位培養(yǎng)學(xué)生;通過學(xué)生特長融入課堂參與的方法,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,充分培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊協(xié)作意識。改革的實(shí)施,促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)的提升,為實(shí)現(xiàn)復(fù)合型工科人才培養(yǎng)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:新工科;環(huán)境微生物;環(huán)境工程專業(yè);實(shí)踐創(chuàng)新能力;教學(xué)體系構(gòu)建
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2096-000X(2024)23-0039-04
Abstract: Based on the requirements of new engineering construction, this course Environmental Microbiology is oriented to social needs, and strives to achieve the teaching goal of cultivating innovative engineering and technical talents, so as to carry out teaching reform and innovation. This research insists on the integration of "science and education integration, school-enterprise integration, management and administration integration" to promote the achievement of teaching objectives, reconstruct the theoretical and practical teaching content, and realize the organic combination of knowledge and application. We have built a teaching system of simultaneous education of moral education and ability, so that the whole teaching process integrates moral education, ability and knowledge, and trains students in an all-round way. Through the method of integrating students' strengths into class participation, we enhance students' interest in learning, and fully cultivate students' independent learning ability and teamwork consciousness. The implementation of this reform has promoted the improvement of students' practical innovation ability and scientific research accomplishment, and laid a foundation for the realization of the training goal of composite engineering talents.
Keywords: new engineering; Environmental Microbiology; environmental engineering; practice and innovation ability; construction of teaching system
2017年教育部高等教育司印發(fā)了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》,提出開展新工科研究與實(shí)踐的要求[1],自此推進(jìn)了新工科教育模式的發(fā)展。新工科是傳統(tǒng)工科專業(yè)的改革、改造與升級,開展新工科建設(shè)是高等工程教育內(nèi)涵發(fā)展的必然要求[2],要求教育理念和思路、人才培養(yǎng)模式、教學(xué)質(zhì)量評價等的改革與創(chuàng)新,為未來較長時期內(nèi)工程教育的改革與發(fā)展提供了思路與方向[3]。在新工科教育背景下,教學(xué)改革應(yīng)同時從專業(yè)建設(shè)和課程改革兩方面開展,課程改革是專業(yè)改革的核心內(nèi)容,課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量,課程應(yīng)積極面向新工科建設(shè)要求,進(jìn)行改革與創(chuàng)新,培養(yǎng)具有工程創(chuàng)新能力的工程科技人才[4-5]。
環(huán)境微生物課程是微生物在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用型學(xué)科,學(xué)生實(shí)踐能力要求高,是多數(shù)高校環(huán)境類專業(yè)的必修課程[6],課程主要讓學(xué)生掌握微生物在環(huán)境保護(hù)、治理和監(jiān)測中的作用。我們教學(xué)團(tuán)隊根據(jù)新工科建設(shè)要求,對標(biāo)社會和企業(yè)對環(huán)境工程專業(yè)人才的需求,對臨沂大學(xué)(以下簡稱“我校”)環(huán)境微生物省一流課程[7]進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐,本文重點(diǎn)分析我校環(huán)境微生物課程教學(xué)改革措施與成效,為相關(guān)專業(yè)的相關(guān)課程提供借鑒與指導(dǎo)。
一 環(huán)境微生物課程基本情況
環(huán)境微生物是我校環(huán)境工程專業(yè)的核心課程,該課程在大二第一學(xué)期開設(shè),是學(xué)生接觸的第一門專業(yè)課,課程包括理論課48學(xué)時和實(shí)驗課16學(xué)時。通過課程的學(xué)習(xí),學(xué)生掌握微生物與環(huán)境的相互作用關(guān)系,深刻理解傳統(tǒng)及新興污染控制與治理技術(shù)中所涉及的微生物學(xué)原理,逐步掌握環(huán)境微生物學(xué)研究的基本方法,掌握微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用及相關(guān)的實(shí)驗技術(shù),為從事相關(guān)領(lǐng)域的科研和實(shí)踐打下必要的基礎(chǔ)。課程教學(xué)過程主要存在學(xué)生主體地位發(fā)揮不充分和實(shí)踐技能培訓(xùn)有待提升的問題。針對這些問題,我們開展了環(huán)境微生物課程的改革,并取得一定的成效。
二 環(huán)境微生物教學(xué)改革措施
(一) 組織三融合教學(xué)實(shí)施,促進(jìn)課程目標(biāo)有效達(dá)成
基于社會對專業(yè)人才的要求,以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才培養(yǎng)為目標(biāo),課程堅持科教融合、校企融合、理政融合,組織教學(xué)實(shí)施,重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力、工程應(yīng)用能力、擔(dān)當(dāng)責(zé)任意識。
1 堅持科教融合,提升學(xué)生科研創(chuàng)新能力
對本科生科研素養(yǎng)的培養(yǎng),在社會發(fā)展中起著重要的作用[8],環(huán)境微生物教學(xué)過程中積極將科研成果轉(zhuǎn)化成理論教學(xué)。例如在教學(xué)過程中,將教師科研中應(yīng)用較多的產(chǎn)鐵載體細(xì)菌篩選培養(yǎng)基制備、耐鎘細(xì)菌篩選培養(yǎng)基制備、微生物菌肥的應(yīng)用和功能微生物分離純化等相關(guān)科研工作引入理論和實(shí)踐教學(xué)過程,加大探究性、創(chuàng)新型課堂教學(xué)設(shè)計,增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)科前沿的了解,培養(yǎng)學(xué)生大膽質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神與能力,有效達(dá)成理論創(chuàng)新的育人目標(biāo)。
2 促進(jìn)校企融合,強(qiáng)化學(xué)生工程應(yīng)用能力
實(shí)踐教學(xué)過程中針對微生物對污染物的降解與轉(zhuǎn)化、污水的生物處理、廢渣廢氣的生物處理及污染環(huán)境的微生物修復(fù)等教學(xué)環(huán)節(jié),積極開展企業(yè)現(xiàn)場教學(xué),通過企業(yè)兼職教師及專業(yè)技術(shù)人員對相關(guān)工藝的現(xiàn)場講解,讓學(xué)生挖掘?qū)嶋H工藝過程中的瓶頸問題,例如在污水處理廠中,讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際工藝,挖掘氮磷處理過程的矛盾,并提出解決辦法,設(shè)計開展相關(guān)研究與實(shí)踐,提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng),強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新思維和工程應(yīng)用能力,有效達(dá)成能力提升的育人目標(biāo)。
3 秉承理政融合,塑造高端創(chuàng)新人才
環(huán)境微生物課程體系,秉承理論知識與思政教育相結(jié)合的理政融合理念,針對每個教學(xué)章節(jié)深入挖掘思政元素,在課程內(nèi)容中通過案例分析、人物引領(lǐng)、專題研討和實(shí)踐創(chuàng)新等方式進(jìn)行思政的融入,積極弘揚(yáng)紅色文化,把社會主義核心價值觀融入課程建設(shè)全過程,培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、工匠精神、辯證思維和擔(dān)當(dāng)意識,幫助學(xué)生樹立科學(xué)發(fā)展觀和保護(hù)環(huán)境的責(zé)任心和使命感,有效達(dá)成課程價值塑造的育人目標(biāo)。
(二) 構(gòu)建模塊化理論教學(xué)體系,強(qiáng)化應(yīng)用型理論講授
課程理論教學(xué)過程中,課程內(nèi)容多,教學(xué)學(xué)時少,為實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果,采用模塊化教學(xué)方式,將教學(xué)內(nèi)容劃分為六個模塊(圖1),具體內(nèi)容涵蓋環(huán)境微生物學(xué)基礎(chǔ)、環(huán)境微生物生態(tài)、微生物資源化利用、微生物對環(huán)境的治理、微生物對環(huán)境的污染和微生物對環(huán)境的監(jiān)測六大模塊。六個模塊環(huán)環(huán)相扣,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論到應(yīng)用理論的逐漸轉(zhuǎn)變,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有效地將前后知識串聯(lián),有助于邏輯思維的形成。在相關(guān)模塊,重點(diǎn)介紹可降解或轉(zhuǎn)化環(huán)境中有機(jī)污染物、氮磷、重金屬等相關(guān)的細(xì)菌、真菌,以及相關(guān)微生物的應(yīng)用原理、研究進(jìn)展及生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)例等,增強(qiáng)學(xué)生在環(huán)境污染生物修復(fù)方面的知識儲備,為學(xué)生的科研創(chuàng)新和工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
(三) 構(gòu)建層次化實(shí)踐教學(xué)體系,達(dá)成實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)
環(huán)境微生物是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,但16學(xué)時的實(shí)驗教學(xué)安排,難以高質(zhì)量地完成教學(xué)內(nèi)容,因此課程充分利用第二課堂,設(shè)計開放性實(shí)驗研究,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,提高學(xué)生的主觀能動性[9]。新工科背景下,結(jié)合行業(yè)對環(huán)境工程應(yīng)用型人才的需求,課程將實(shí)驗劃分為“基礎(chǔ)性實(shí)驗、創(chuàng)新型實(shí)驗、應(yīng)用型實(shí)驗”三個層次,三個層次實(shí)驗側(cè)重點(diǎn)各不相同,又相互銜接。
基礎(chǔ)性實(shí)驗,安排4個實(shí)驗,占據(jù)10學(xué)時,分別為微生物染色技術(shù)2學(xué)時、培養(yǎng)基制備與滅菌2學(xué)時、微生物分離與純化2學(xué)時、污染土壤和水體中微生物測定4學(xué)時,主要在基礎(chǔ)實(shí)驗室完成,要求學(xué)生掌握基本理論,規(guī)范操作技術(shù)。
在本科教學(xué)過程中,將教師的科研項目和科研平臺有效應(yīng)用到本科教學(xué),是教師的重要任務(wù)之一[10]。基于此,該課程依托教師科研項目,安排1個創(chuàng)新型實(shí)驗,為CAS檢測培養(yǎng)基的制備及產(chǎn)鐵載體細(xì)菌的篩選6學(xué)時,該實(shí)驗要求學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)閱讀,完成實(shí)驗設(shè)計及結(jié)果分析。除上述必做實(shí)驗之外,根據(jù)教學(xué)團(tuán)隊研究方向,引導(dǎo)學(xué)生查閱解磷菌的篩選、耐鎘細(xì)菌在土壤鎘污染修復(fù)中的應(yīng)用、根際促生菌的篩選及應(yīng)用相關(guān)資料,充分發(fā)揮第二課堂的作用,培養(yǎng)一部分學(xué)生到科研實(shí)驗室進(jìn)行科研訓(xùn)練項目,激發(fā)學(xué)生對專業(yè)知識的興趣,系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)造性和科研能力。
根據(jù)新工科建設(shè)的要求,環(huán)境工程學(xué)生應(yīng)具備解決工程應(yīng)用問題的創(chuàng)新能力。為達(dá)到該教學(xué)目的,課程設(shè)計應(yīng)用型實(shí)驗培養(yǎng),該部分不占實(shí)驗教學(xué)學(xué)時,主要為第二課堂能力拓展訓(xùn)練。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)科研項目,帶領(lǐng)學(xué)生參加工程實(shí)踐,從企業(yè)聘請專職工程師講解生產(chǎn)工藝流程及存在的瓶頸問題,學(xué)生根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中的認(rèn)識,回到理論課堂進(jìn)行討論交流,同時引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計開放性實(shí)驗研究,如針對化工廢水、養(yǎng)殖廢水等污水處理廠進(jìn)行工藝評價與優(yōu)化,針對氮磷污水進(jìn)行基因工程菌的開發(fā)設(shè)計等。并鼓勵學(xué)生基于此申請大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃等開放型實(shí)驗項目,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)。
(四) 優(yōu)化教學(xué)設(shè)計,實(shí)現(xiàn)德育和能力同步育人
立足教學(xué)目標(biāo)達(dá)成,課程秉承以學(xué)生為中心,堅持成果導(dǎo)向,系統(tǒng)設(shè)計了“德能共生”的教學(xué)體系(圖2),整個教學(xué)過程包括“課前學(xué)生領(lǐng)悟,課中教師引導(dǎo)和講授、學(xué)生學(xué)習(xí)、師生討論和教學(xué)評價,課后學(xué)生融會貫通、教師教學(xué)總結(jié)與反思”八個環(huán)節(jié)緊密相連的教學(xué)過程,充分體現(xiàn)了課程的創(chuàng)新性、高階性、挑戰(zhàn)度。教學(xué)任務(wù)的設(shè)計在知識傳授的同時,多維度全方位深入挖掘課程思政教學(xué),德育教育覆蓋課前、課中、課后三個環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)全過程思政育人。教學(xué)過程中多環(huán)節(jié)、長時間學(xué)生參與,學(xué)生的自學(xué)、創(chuàng)新、探究及協(xié)作等各方面的能力得到全面培養(yǎng),充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念,整個教學(xué)過程融德育、能力與知識于一體,學(xué)生得到全面發(fā)展。
如微生物在環(huán)境中的分布及相互關(guān)系教學(xué)章節(jié)。課前,教師在雨課堂及微信群發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù),要求學(xué)生預(yù)習(xí)微生物間相互關(guān)系的教學(xué)內(nèi)容,并自主選擇擅長的方式,以小組為單位準(zhǔn)備課堂展示分享,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。課中,教師首先通過紅石灘、移動的石頭等經(jīng)典案例引入微生物在環(huán)境中的分布,對課前學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行考察分析,完成舊知識回顧;借助簡圖板書、茅臺酒的秘密典型案例,分析微生物在土壤、水體及空氣中的分布;然后學(xué)生通過課前準(zhǔn)備的思維導(dǎo)圖、小組表演、繪畫等形式展示學(xué)習(xí)的知識,隨后教師組織討論,讓學(xué)生糾正學(xué)習(xí)中的偏差,并對學(xué)生的任務(wù)完成情況進(jìn)行評價,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思辨能力和團(tuán)隊協(xié)作精神。課后,教師布置教學(xué)任務(wù),讓學(xué)生查閱微生物間相互關(guān)系的典型案例,并講述案例與實(shí)際應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神和工程應(yīng)用能力,有效促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。
(五) 改進(jìn)教學(xué)方法,突出自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)
環(huán)境微生物課程遵循發(fā)揮學(xué)生個人特長和興趣,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的原則,綜合運(yùn)用案例分析、翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論和任務(wù)驅(qū)動等方式,靈活開展教學(xué)。課程緒論部分通過調(diào)查問卷的方式,充分了解學(xué)生的興趣,并基于此讓學(xué)生完成分組,為后續(xù)課堂參與做準(zhǔn)備。學(xué)生任務(wù)的參與,不再局限于傳統(tǒng)的多媒體講授,而是發(fā)揮學(xué)生個人特長,借助思維導(dǎo)圖、團(tuán)隊表演、演講、相聲及繪畫等形式進(jìn)行創(chuàng)作,將枯燥的理論知識靈活地展示出來,創(chuàng)作和展示的過程重點(diǎn)突出小組合作,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性,個人自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊協(xié)作效果尤其明顯,掌握知識的同時,團(tuán)隊協(xié)作能力大大提升。
三 教學(xué)改革成效
環(huán)境微生物創(chuàng)新教學(xué)模式,以我校環(huán)境工程系學(xué)生為實(shí)施對象,在教學(xué)過程中起到良好的教學(xué)效果與影響,課程自改革以來,形成一系列優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源,課堂教學(xué)過程中85%以上的同學(xué)表示通過課程的學(xué)習(xí),創(chuàng)新思維意識和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力得到很大的提升,深受學(xué)生的好評,課程在教學(xué)過程中起到良好的教學(xué)效果與影響。
(一) 學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)有效達(dá)成
整個教學(xué)過程取得良好的教學(xué)效果,學(xué)生成績較理想,根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)要求和課程目標(biāo)達(dá)成評價實(shí)施辦法對2018級、2019級、2020級學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成情況進(jìn)行評價(圖3),可以看出連續(xù)三屆學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成度均較高,課程目標(biāo)達(dá)成平均值分別為0.855、0.825、0.863,課程平均達(dá)成度均達(dá)到優(yōu)秀水平,學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識對問題的綜合分析能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力得到有效培養(yǎng),有效達(dá)到課程目標(biāo)的要求。
(二) 學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力顯著提高
環(huán)境微生物實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)模式的有效開展,激發(fā)了學(xué)生的科研興趣,學(xué)生參加教師科研活動積極性大幅度提高,部分科研能力較強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)入拔尖學(xué)生培養(yǎng)計劃,開展創(chuàng)新實(shí)驗研究。環(huán)境微生物團(tuán)隊教師指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目7項、指導(dǎo)學(xué)生發(fā)表科研論文12篇、指導(dǎo)學(xué)生競賽獲獎6項,學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到顯著提升,在就業(yè)和升學(xué)過程中的競爭力明顯增強(qiáng),基于環(huán)境微生物課程學(xué)習(xí)和參與課程團(tuán)隊相關(guān)研究,學(xué)生主持的大創(chuàng)項目和發(fā)表的科研論文,在山東大學(xué)、南京林業(yè)大學(xué)、青島理工大學(xué)和天津工業(yè)大學(xué)等學(xué)校考研復(fù)試和研究生學(xué)習(xí)中,獲得充分的肯定,畢業(yè)生的創(chuàng)新能力得到就業(yè)和升學(xué)單位的高度評價。
四 結(jié)束語
在新工科建設(shè)背景下,環(huán)境微生物課程將工科建設(shè)要求融合到課程教學(xué)改革中,教學(xué)改革主要針對環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生開展,優(yōu)化教學(xué)理念,創(chuàng)新教學(xué)方法,構(gòu)建教學(xué)體系,近年來教學(xué)改革有效支撐了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),學(xué)生學(xué)習(xí)達(dá)成度較高,知識水平和能力素質(zhì)均得到有效提升。今后課程建設(shè)過程中要重點(diǎn)整合線上教學(xué)資源,進(jìn)一步深入開展線上線下教學(xué)工作,對標(biāo)新工科建設(shè)要求及專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),全面考察社會對工科人才的要求,培養(yǎng)與社會接軌的實(shí)踐創(chuàng)新型工程技術(shù)人才,堅持“以學(xué)生為中心,產(chǎn)出導(dǎo)向,并持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念,為培養(yǎng)一流本科人才提供經(jīng)驗與參考。
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基金項目:山東省一流課程“環(huán)境微生物”(魯教高函〔2021〕24號);臨沂大學(xué)教學(xué)改革與研究項目“校企合作背景下《環(huán)境微生物》課程思政系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)施”(G2021SZ31)、“以‘學(xué)習(xí)環(huán)境論’為指導(dǎo)的高校環(huán)境類專業(yè)課堂有效教學(xué)模式的設(shè)計與實(shí)踐”(JG2023M43)
第一作者簡介:任麗英(1981-),女,漢族,山東聊城人,博士,教授,碩士研究生導(dǎo)師。研究方向為土壤微生物資源開發(fā)與應(yīng)用。
*通信作者:衛(wèi)靜(1982-),女,漢族,山東濟(jì)南人,博士,講師,系主任。研究方向為環(huán)境納米材料功能。