高水平創新型工科人才培養下的水處理微生物學實驗課程改革探索

摘要：在建設高水平工科專業的新形勢下，文章概述水處理微生物學實驗課程存在的問題，采取提高學生參與度、量化實驗操作步驟、優化教學過程方向等措施，在分內容準備、分模塊講解、分過程評價的策略輔助下，保證學生參與度、教學滿意度和實踐能力提升度的多贏，以期助力地方高校高水平創新型工科人才培養。

關鍵詞：創新型工科人才；水處理微生物學實驗；教學目標

水處理微生物學實驗是高等工科院校給水排水工程專業的必修課，該課程的教學目標有三個，即掌握水處理微生物學基礎知識；具備生物水處理工藝處理過程中的問題分析能力；掌握微生物學基本原理，具備設計、分析水處理微生物學相關實驗的能力。針對上述教學目標，水處理微生物學實驗主要設計了酵母菌分離純化與鑒定、校園河道水質檢測和生活飲用水中大腸桿菌發酵檢測實驗等課程內容。這些課程內容不僅具有較強的實際應用價值，還對培養學生的動手能力和科學思維具有很好的支撐作用。

筆者以蘇州科技大學環境科學與工程學院水處理微生物學實驗課程教學為例，針對當前實驗課程準備、教學過程、學生操作過程、實驗成績評價四個方面存在的問題，提出優化改革方案，旨在提高水處理微生物學實驗的教學效果。

一、實驗教學存在的問題

良好的實驗教學效果依賴于充足的實驗前準備、精彩的教學過程、規范的實驗操作步驟、合理的學生成績評價體系等。無論是哪一方面出現問題，對確保教學效果都是不利的。本文在仔細梳理、回顧課程教學全過程的基礎上，將具體教授過程中出現的問題主要歸為四個方面，并闡述其產生的原因與背景，旨在為增強課程教學效果提供合理可行的有效措施。如圖1所示。

（一）學生預習沒保障，參與度不高

良好實驗教學效果的達成，需要有學生的預習、實驗耗材試劑的準備、合理的實驗時間安排等。水處理微生物學實驗課程因涉及無菌操作和滅菌過程，實驗時間長，有些學生在滅菌等待時進行實驗的預習，沒有熟悉和消化實驗原理與操作步驟。同時，教師為了在有限的課時完成教學任務，提前配制部分實驗所用的培養基和試劑，學生參與度不高，教學效果不理想。另外，滅菌過程、培養基配制凝固過程等等待時間較多，學生無所事事，不利于課堂紀律的維持和學生積極性的調動。

（二）理論講解內容多，教學優化實效不佳

一般實驗課的教學過程是教師進行理論講解、操作演示、學生動手實驗、教師解答操作過程中的問題、學生分析實驗結果并完成實驗報告。一個完整的實驗，流程多、時間長、理論講解內容多，初次接觸實驗的學生獲取的信息往往是片面的、宏觀的，對細節和注意事項的理解不到位，容易出現一邊翻看實驗報告，一邊根據指示進行操作的現象，這樣會削弱實驗操作對學生動手能力和科學思維的訓練實效。此外，水處理微生物學實驗課在課程教學中的占比為25%，實驗課還沒有建立統一、規范的教學質量考核標準，影響了教學過程的優化。

（三）分工不明確，細節量化不到位

由于實驗人數多，空間和設備數量有限，水處理微生物學實驗課一般2～3人為一小組，小組內人員分工不明確，不能很好地保證學生的參與度。同時，因為分工不明確，學生團隊協作意識較差，耗材和試劑取用秩序雜亂無章，尤其是多組同時開展實驗時，課堂秩序不好維持，實驗進程慢。同時，實驗指導書中關于操作步驟的描述不夠精細，缺少對關鍵步驟的量化標準，學生對實驗操作的理解不統一，導致不同的學生操作同一實驗的成敗不可控，實驗培養目標難以達成。

（四）成績評價單一

實驗成績的評價是以百分制為單位對整體實驗課程評定出一個總成績。水處理微生物學實驗課包含4個實驗，總計12個學時，不同實驗的時間和操作難度不同，學生對實驗操作的接受能力和實驗表現是不同的。單一地用百分制評價學生的實驗成績，難以與學生的實驗過程相結合，缺乏評價的細節和支撐體系，所以教師需要建立與實驗過程相匹配的評價體系，全面反映學生的實驗課成績。

二、實驗改革措施

針對上述問題，教師鼓勵學生參與實驗開展的全過程，在調動學生積極性的同時，為學生動手能力的鍛煉和思維能力的養成提供依托。針對歷屆學生實驗過程中容易發生的失誤操作現象和思維理解誤區，教師分模塊講解，并對實驗操作的細節進行量化，有針對性地幫助學生規避誤區。教師根據實驗內容操作的復雜程度區分各實驗部分的難度系數，將實驗的難度系數作為實驗成績評價的重要組成部分，優化傳統的百分制實驗教學評價體系。基于上述的解決思路，筆者從四個方面詳細闡釋解決措施，如圖2所示。

（一）輪流準備，完善預習評價手段

針對學生參與度不高、實驗時間長、操作煩瑣等問題，教師可以建立學生預習評價制度，在實驗課程開始前設置預習報告的內容和預習環節中的重點、難點，根據實驗內容從實驗準備到實驗開展共設置1～3個問題，要求學生對實驗試劑耗材的準備有清楚的認識，能提綱挈領地概括實驗流程和原理，達到掌握水處理微生物學基礎知識和微生物學基本原理的目標。

教師批改預習報告時，遇到不符合要求的或者相互抄襲的報告，應要求學生返工重做，如果屢次不改正的，教師應扣除學生預習報告所占比例的實驗成績。在實驗開展前，教師可將4個實驗分為4批，每個班30余人，根據實驗難度和準備量，每次安排5～10人做好實驗準備工作，每個人都要參與該門實驗課的準備過程。據此，在滅菌實驗、無菌操作準備、發放耗材和試劑等實驗開展環節，由參與準備實驗的學生進行分配，協助各小組完成實驗耗材的領取，提高實驗效率和學生參與度。

（二）分模塊講解，建立教學質量評價制度

考慮到實驗環節多、知識內容易混淆、教學效果不佳、教學優化方向不明確等問題，教師應將實驗課進行內容整合，按照學生對知識的理解進程和實驗操作難度的分布關系，進行分模塊講解；制訂原理理論和操作過程的知識結構導圖，依據知識結構導圖分段進行“講解—操作—再講解—再操作”，給學生留下消化知識和記憶操作步驟的反應時間，以解決實驗環節多、學生學習的知識內容易混淆等難題。教學質量評價制度具體包括教學規范評分（40%）、教學效果評分（40%）、教學成果評分（20%）三個方面。其中，教學規范評分是指實驗教學涉及的全過程材料是否按照相關要求進行整理；教學效果評分是由學生網上評教、學院領導進行的同行評分、學校督導聽課評分三個部分組成；教師根據各方面涵蓋的內容在教學質量評價中的比重訂定評分細則，對教學質量評價考核分數不低于85分的認定為優秀，不低于75分的認定為良好，并給予不同額度的獎勵，鼓勵教師按照實驗教學質量評價標準優化實驗教學，優化教學過程方向。

（三）明確分工，量化實驗操作步驟

高校對教師年度內發表的教改論文、教學比賽獲獎、指導學生競賽獲獎、教研項目立項等與教學相關的成果按照成果等級進行評分。教師明確每個學生在實驗過程中的分工情況，每個學生按照分工輪流進行實驗耗材取用、實驗器皿清洗處理、加樣操作、實驗結果觀察和記錄等工作。這樣一方面，可以確保學生實驗的參與度，增強團隊意識；另一方面，可以鍛煉學生的動手能力和邏輯思維能力。教師可以要求學生仔細閱讀操作流程，細化操作過程，量化操作步驟。如革蘭氏染色沖洗至褪色，大概要用多少毫升的水沖洗幾次顏色褪到什么程度，需要加以經驗性的說明，以提高學生實驗操作的規范性。

（四）區分難度，優化成績評價體系

水處理微生物學課程學時由原先的12學時增加至24學時，用于增設酵母菌培養觀察與計數和活性污泥中的細菌分離與計數實驗，學時增加后總計6個實驗，以達成教學目標。教師應根據實驗難度和實驗時長合理安排實驗學時及該實驗在學生總成績中的占比，從預習（20%）、操作（40%）和報告（40%）三個方面來評價學生該實驗模塊的成績，然后將6個實驗根據實驗難度分別乘以不同的占比，計算出學生的最終成績，進而從過程角度全面、系統地評價學生的實驗操作能力。

三、實驗改革教學成效

良好的教學質量是培養優秀學生的前提，在教學質量評價機制的規范下，經給水排水科學與工程學生與教師的共同努力，近3年水處理微生物學實驗課程在教學質量督導聽課和評教環節得到了一致好評；水處理微生物學實驗教師的年度教學質量評價結果由2022年的良好等級提升至2023年的優秀等級；學生匿名網上評教平均分保持在94分以上；學生參加各級各類創新大賽和申請創新項目也取得顯著進步。

四、結語

在理論和實驗協同培育高水平創新型工科人才思想的指導下，按照水處理微生物學實驗課內容的特點，教師圍繞實驗前準備、教師講解、學生操作和成績考核等方面采取一系列的改革措施，旨在為社會培養高水平、創新型工科人才。

參考文獻：

[1]魏桃員，郭紹東，謝世偉，等.新工科背景下的水處理微生物學課程教學改革研究[J].實驗科學與技術，2022（2）.

[2]王國華，曾濤濤，袁華山，等.信息化教學在《水處理微生物學》實驗教學中的應用[J].教育現代化，2019（70）.

[3]曾濤濤，張曉玲，胡青，等.給排水科學與工程專業“水處理微生物學”教學改革與探索[J].科技創新導報，2020（19）.

[4]劉聰.“模塊化”教學在水處理微生物學課程中的改革探討[J].經貿實踐，2018（21）.

[5]李永軍，程衛東，王麗紅，等.高校實驗教學及效果評價方法改革探討[J].實驗室科學，2023（1）.

[6]李瓊，陳雅妮，蔣澤元，等.微生物學實驗教學效果分析及教學改革措施的思考[J].新教育時代電子雜志，2022（31）.

基金項目：江蘇省教育廳教研教改項目“基于產教融合的工科專業實踐數字化教學改革與實踐——以蘇州科技大學環境工程為例”，項目編號：2020JDKT122；中國學位與研究生教育學會/學位與研究生教育研究課題“地方高校環境類專業碩士研究生‘產教科創拓’五位一體培養模式的創新研究”，項目編號：2020MSA258。

（作者單位：蘇州科技大學環境科學與工程學院）