环境工程微生物实验课程教学改革探讨

摘要针对环境微生物学传统实验课程教学存在的问题和社会需要，分析从构建环境微生物学实验课体系、贴近现实生活、关注前沿、开设综合性实验和灵活考核机制等方面进行改革，以提高学生的兴趣，培养学生的科研能力和创新能力。 关键词环境工程微生物学;实验课程教学;改革 AbstractAccording to the problems of environmental microbiology in traditional experiment teaching and social needs，a set of reforms had been explored and practiced，which included construction environmental microbiology knowledge system，concerning reality，using advanced technology，comprehensive experiments and flexible forms of examination，in order to improve students’ interest，research capacity and innovative ability. Key wordsenvironmental microbiology;experimental teaching;reform 环境工程微生物学作为环境科学和环境工程专业重要的专业基础课程，是一门实验性和应用性很强的学科，是多学科相互交叉渗透而高速发展的前沿研究领域。其基本原理、研究技术已渗透到所有分支学科，是推动微生物技术发展和解决环境工程问题不可或缺的力量。实验课程是联系理论和实践的纽带，有助于加深学生对理论知识的理解，培养学生动手能力，开拓学生视野，提高学生创新思维和科研能力。在以往的实验课教学体系运行下，学生只能做一些类似“标准答案”的验证性实验，兴趣不高，缺乏思考。如何利用有限的的学时将环境工程微生物学实验技术和前沿进展传授给学生，使学生系统地掌握环境微生物学的知识体系，并灵活地运用知识解决实际问题，是21世纪综合型人才培养的关键。近年来，在环境工程微生物学实验课程教学过程中，本课题组以周群英、王士芬主编的《环境工程微生物学》(第3版)为主要教材(包含理论和实验课)，并参考黄秀莉、辛明秀主编的《微生物学实验》和王兰主编的《环境微生物学实验方法与技术》等多种实验课教材，进行了一系列改革和尝试，力求构建环境工程微生物实验课程新体系，以取得更好的教学效果[1-4]。 1环境微生物学实验课程改革的必要性 环境工程微生物学是西华师范大学生命科学学院开设环境工程专业以来的一门重要专业基础课，实验课教学体系参照生物科学专业的微生物学实验，增加了部分与环境工程相关的内容。首先，以验证性实验为主，不能充分锻炼学生的思维能力和创新能力。如细菌芽孢染色实验，利用细菌芽孢壁厚和细胞质浓厚而不易着色的特点，采用着色力强的染色剂和用加热等手段促使芽孢着色，并利用复染的方法对比原细菌菌体和芽孢，这只是简单的验证了理论知识，类似的实验还包括革兰氏染色、荚膜染色等。其次，各实验之间没有必然的联系。整个学期实验课结束以后，特别是毕业论文时，学生往往记不住以前做过的实验名称、药品和操作步骤，更不用说应用整体思维去思考。 实验课程的教学方法是按照设定的教学计划，由实验教师帮助学生完成很大一部分准备工作，学生在课堂上则只须花费很少的时间，按照教师讲解以及实验手册上的步骤和注意事项进行操作。学生一般是到了教室才关注实验的内容，对实验原理、研究背景和其他相关知识知之甚少。在整个实验进行过程中，学生被动听课和操作，几乎没有时间去思考该实验过程的来龙去脉。因此，传统的教学方法虽然在一定程度上能让学生学到一定的实验技能，巩固部分理论知识，但容易造成学生对实验原理理解不透彻，实验操作按部就班，对实验一知半解。 实验结束后大多数学生往往书写几近统一的实验报告，有的学生不忠实于真实的实验结果，无论实验成功还是失败都不太注重原因的分析。实验的考核也仅凭一纸实验报告。因此，容易忽略对学生真实的实验能力包括整体思维、实验态度、实验技能和创新能力的考核。 由此可见，这种教学方法难以培养学生对实验的兴趣，无法调动学生的主动性和积极性，不能真正培养学生的创造精神和创造能力。在课时逐渐减少，知识不断更新，环境问题日益突出和生物技术不断发展的今天，如何巧妙的安排实验课程，以提高学生实验的主动性和积极性，激发学生开放性思维，培养学生灵活运用知识分析问题和解决问题的能力，是非常值得思考的问题。围绕这个问题，笔者基于环境工程微生物学理论课和实验课教学，对当前环境工程微生物学实验课改革进行了一些探讨，以期达到提高实验课教学效果的目的。 2环境微生物学实验课教学改革的新举措 2.1优化实验内容，构建环境微生物学实验课程知识体系 环境工程微生物学涵盖的实验内容丰富，大纲要求具有一定的深度和广度，由于环境工程微生物学和其他的课程存在交叉重叠，有的内容和其他的课程有所重复，所以必须在内容的选择上有所取舍[5]。微生物学的基础操作，能验证一些重要的理论知识，所以要让学生牢固掌握这方面的技能，包括培养基的制备、微生物的接种、培养和保存、微生物的染色实验和微生物的观察实验。还要让学生明白，这些技能服务于所有实验，贯穿于整个实验体系。综合性实验包括环境微生物生态学的实验方法和技术、环境微生物的监测与评价、污染物的微生物处理技术和方法，比如环境因素对环境微生物生长和死亡的影响、富营养化湖泊中微生物的多样性的监测、污染物的微生物降解等。在这些综合性试验中，学生能够不断强化微生物的基础知识，融会贯通，加深对学科前沿发展状况的了解，培养科研意识，并开拓视野。 2.2贴近生活，激发学生的兴趣 环境工程微生物学和实际生活联系非常紧密，在教学过程中注意缩小理论和实际的差距，培养学生应用知识关注现实和改善环境问题的能力，做到学以致用。在课程中通过白色污染、水体污染、大气污染、重金属污染、固体废弃物污染、甲型H1N1流感病毒和能源危机等现实社会环境问题的讲解，让学生意识到专业的重要性和肩负的责任;让学生了解生活中污染环境的微生物，比如学校食堂厨余中的微生物类群，酸奶里的微生物种类，发生霉变的食物中主要的微生物种类，腐败水果蔬菜中微生物种类，校园人工湖的微生态系统，教室和医院微生物菌群等，使知识融入到生活中，让生活中的现象点燃学生学习和探索知识的激情。

2.3关注前沿科技，培养学生对尖端技术的操作能力 随着物理、化学和工程技术的发展，大大推动了生物科技的发展，新成就如雨后春笋，层出不穷。在微观方面，生物学已经从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质。以分子生物学为基础的生物技术促进了环境保护、农业、生态学和医学等各个领域的迅猛发展。在当代环境科学领域，DGGE和RFLP等技术已经成为研究环境中不可培养微生物有力的手段。可将一个班的同学分成4～6个小组，在老师的指导下，让各组同学独立设计，应用PCR-DGGE的方法研究污染河流不同河段的微生物区系，使学生接触前沿科学技术，并应用到解决环境问题中，能进一步把握微生物技术在环境工程领域发展的方向。这样的安排不仅使学生能掌握一些尖端技术的操作方法，也能增加学生的信息量，开拓学生的眼界，增加学习的兴趣。 2.4开设综合性实验，提高学生创新能力 环境工程微生物学实验课程的目的还在于学生能够利用自己掌握的基本实验技术，对于自己感兴趣的领域和课题独立自主地进行分析和研究，进一步提高学生的学习能力和科研能力。比如在综合实验阶段，本课题组开设极具环保和经济价值的“蟋蟀虫生真菌的分离鉴定和生长特性研究”综合性实验，学生试图通过学习的微生物分离鉴定技术去认识和研究这种真菌，从而为生物农药的开发奠定基础。这就使得学生在课后多做功课，查阅文献，展开调查研究，制定并提交实验方案。上课时学生分小组讨论，然后提出小组实验方案。教师可以使用提问的方法检查学生的方案，纠正错误。这种方法不仅能够大大提高学生做实验的积极性，而且能够让学生变成自主的研究型学习。通过学生查阅文献，在相互讨论和交流的过程中，学生除了提高文化知识，还能促进团队合作，促进沟通能力和创新能力的形成。另外，这种互动也能促进教师更加积极的备课。因而形成一种师生共同进步的良性循环。 2.5灵活制定考核机制，做好实验现场指导 实验课程的分数比重应该增大到30%，这样可以避免学生只会死记硬背，而不注重动手能力的培养。在实验过程中，进行现场指导，当场考核，不仅要看实验报告，更要依据出勤、现场实验操作和实验结果综合考核。比如除指导教师外，应有专门实验人员发放实验器材，进行出勤登记并纳入考核，占实验课成绩的10%。从制度上引起学生对实验课的重视。实验过程中，规范的操作和可靠的结果是考核的重点，各占实验课成绩的30%。对于实验报告，占实验课成绩的30%。应要求学生对实验过程和结果进行详细记录和分析，比如哪些操作步骤没有做好，或者在实验过程中容易出现什么问题，如何避免等，从而让学生养成一个善于分析问题和总结问题的好习惯。对于实验报告中的结果，要实事求是，严格杜绝相互抄袭现象。 在实验指导现场，对态度认真、操作规范的学生及时表扬，并号召其他学生观摩或欣赏，起到模范带头作用。有些操作较为繁琐的实验，个别学生总是失误，会产生厌烦心理，比如芽孢染色，要加以启发性的引导，帮助其顺利完成实验。由于学生经验不足，实验过程难免会有失误，实验结果有时不尽相同甚至会大相径庭。在这种情况下，不要急于批评学生，而要分析问题，找到原因。比如做细菌接种练习，一个班上总有1～2个学生平板上什么都没有长出来，这时候要鼓励学生勇于承认实验失误，还要让其回忆，实验失败是由于没有划线还是接了菌种以后再在火焰上灼烧而将微生物烧死。这样学生有深刻的印象，以后的操作也就不容易出现类似错误。有时候学生的失误，可能会出现一些意想不到的结果，这时候更要进行分析，帮助学生拓展思维。 3实施改革后取得的效果与思考 这些改革措施的实施，使学生做实验更加主动和用心，大大减少了盲目操作的现象，提高了综合运用知识、分析和解决问题的能力，培养了严谨、钻研、科学的学风。在新的课程改革实施后，95%以上的学生认为微生物学和生活联系非常紧密。部分本科生已经参与到一些教师的科学研究中去，有的学生还能够设计完整的实验进程，或通过合作完成一些小型课题。同时，实验课程改革也对实验课教师提出了新的要求，使教师不断学习新的实验课程管理理念，不断开发新的研究课题，同环境工程微生物学的发展同步。在以后的教学过程中，还要不断探索，以取得更好的成效。 4