環(huán)境工程微生物實(shí)驗課程教學(xué)改革探討

摘要針對環(huán)境微生物學(xué)傳統實(shí)驗課程教學(xué)存在的問(wèn)題和社會(huì )需要，分析從構建環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗課體系、貼近現實(shí)生活、關(guān)注前沿、開(kāi)設綜合性實(shí)驗和靈活考核機制等方面進(jìn)行改革，以提高學(xué)生的興趣，培養學(xué)生的科研能力和創(chuàng )新能力。 關(guān)鍵詞環(huán)境工程微生物學(xué);實(shí)驗課程教學(xué);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 環(huán)境工程微生物學(xué)作為環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課程，是一門(mén)實(shí)驗性和應用性很強的學(xué)科，是多學(xué)科相互交叉滲透而高速發(fā)展的前沿研究領(lǐng)域。其基本原理、研究技術(shù)已滲透到所有分支學(xué)科，是推動(dòng)微生物技術(shù)發(fā)展和解決環(huán)境工程問(wèn)題不可或缺的力量。實(shí)驗課程是聯(lián)系理論和實(shí)踐的紐帶，有助于加深學(xué)生對理論知識的理解，培養學(xué)生動(dòng)手能力，開(kāi)拓學(xué)生視野，提高學(xué)生創(chuàng )新思維和科研能力。在以往的實(shí)驗課教學(xué)體系運行下，學(xué)生只能做一些類(lèi)似“標準答案”的驗證性實(shí)驗，興趣不高，缺乏思考。如何利用有限的的學(xué)時(shí)將環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗技術(shù)和前沿進(jìn)展傳授給學(xué)生，使學(xué)生系統地掌握環(huán)境微生物學(xué)的知識體系，并靈活地運用知識解決實(shí)際問(wèn)題，是21世紀綜合型人才培養的關(guān)鍵。近年來(lái)，在環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗課程教學(xué)過(guò)程中，本課題組以周群英、王士芬主編的《環(huán)境工程微生物學(xué)》(第3版)為主要教材(包含理論和實(shí)驗課)，并參考黃秀莉、辛明秀主編的《微生物學(xué)實(shí)驗》和王蘭主編的《環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗方法與技術(shù)》等多種實(shí)驗課教材，進(jìn)行了一系列改革和嘗試，力求構建環(huán)境工程微生物實(shí)驗課程新體系，以取得更好的教學(xué)效果[1-4]。 1環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗課程改革的必要性 環(huán)境工程微生物學(xué)是西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院開(kāi)設環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)以來(lái)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎課，實(shí)驗課教學(xué)體系參照生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)的微生物學(xué)實(shí)驗，增加了部分與環(huán)境工程相關(guān)的內容。首先，以驗證性實(shí)驗為主，不能充分鍛煉學(xué)生的思維能力和創(chuàng )新能力。如細菌芽孢染色實(shí)驗，利用細菌芽孢壁厚和細胞質(zhì)濃厚而不易著(zhù)色的特點(diǎn)，采用著(zhù)色力強的染色劑和用加熱等手段促使芽孢著(zhù)色，并利用復染的方法對比原細菌菌體和芽孢，這只是簡(jiǎn)單的驗證了理論知識，類(lèi)似的實(shí)驗還包括革蘭氏染色、莢膜染色等。其次，各實(shí)驗之間沒(méi)有必然的聯(lián)系。整個(gè)學(xué)期實(shí)驗課結束以后，特別是畢業(yè)論文時(shí)，學(xué)生往往記不住以前做過(guò)的實(shí)驗名稱(chēng)、藥品和操作步驟，更不用說(shuō)應用整體思維去思考。 實(shí)驗課程的教學(xué)方法是按照設定的教學(xué)計劃，由實(shí)驗教師幫助學(xué)生完成很大一部分準備工作，學(xué)生在課堂上則只須花費很少的時(shí)間，按照教師講解以及實(shí)驗手冊上的步驟和注意事項進(jìn)行操作。學(xué)生一般是到了教室才關(guān)注實(shí)驗的內容，對實(shí)驗原理、研究背景和其他相關(guān)知識知之甚少。在整個(gè)實(shí)驗進(jìn)行過(guò)程中，學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)課和操作，幾乎沒(méi)有時(shí)間去思考該實(shí)驗過(guò)程的來(lái)龍去脈。因此，傳統的教學(xué)方法雖然在一定程度上能讓學(xué)生學(xué)到一定的實(shí)驗技能，鞏固部分理論知識，但容易造成學(xué)生對實(shí)驗原理理解不透徹，實(shí)驗操作按部就班，對實(shí)驗一知半解。 實(shí)驗結束后大多數學(xué)生往往書(shū)寫(xiě)幾近統一的實(shí)驗報告，有的學(xué)生不忠實(shí)于真實(shí)的實(shí)驗結果，無(wú)論實(shí)驗成功還是失敗都不太注重原因的分析。實(shí)驗的考核也僅憑一紙實(shí)驗報告。因此，容易忽略對學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗能力包括整體思維、實(shí)驗態(tài)度、實(shí)驗技能和創(chuàng )新能力的考核。 由此可見(jiàn)，這種教學(xué)方法難以培養學(xué)生對實(shí)驗的興趣，無(wú)法調動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，不能真正培養學(xué)生的創(chuàng )造精神和創(chuàng )造能力。在課時(shí)逐漸減少，知識不斷更新，環(huán)境問(wèn)題日益突出和生物技術(shù)不斷發(fā)展的今天，如何巧妙的安排實(shí)驗課程，以提高學(xué)生實(shí)驗的主動(dòng)性和積極性，激發(fā)學(xué)生開(kāi)放性思維，培養學(xué)生靈活運用知識分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，是非常值得思考的問(wèn)題。圍繞這個(gè)問(wèn)題，筆者基于環(huán)境工程微生物學(xué)理論課和實(shí)驗課教學(xué)，對當前環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗課改革進(jìn)行了一些探討，以期達到提高實(shí)驗課教學(xué)效果的目的。 2環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗課教學(xué)改革的新舉措 2.1優(yōu)化實(shí)驗內容，構建環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗課程知識體系 環(huán)境工程微生物學(xué)涵蓋的實(shí)驗內容豐富，大綱要求具有一定的深度和廣度，由于環(huán)境工程微生物學(xué)和其他的課程存在交叉重疊，有的內容和其他的課程有所重復，所以必須在內容的選擇上有所取舍[5]。微生物學(xué)的基礎操作，能驗證一些重要的理論知識，所以要讓學(xué)生牢固掌握這方面的技能，包括培養基的制備、微生物的接種、培養和保存、微生物的染色實(shí)驗和微生物的觀(guān)察實(shí)驗。還要讓學(xué)生明白，這些技能服務(wù)于所有實(shí)驗，貫穿于整個(gè)實(shí)驗體系。綜合性實(shí)驗包括環(huán)境微生物生態(tài)學(xué)的實(shí)驗方法和技術(shù)、環(huán)境微生物的監測與評價(jià)、污染物的微生物處理技術(shù)和方法，比如環(huán)境因素對環(huán)境微生物生長(cháng)和死亡的影響、富營(yíng)養化湖泊中微生物的多樣性的監測、污染物的微生物降解等。在這些綜合性試驗中，學(xué)生能夠不斷強化微生物的基礎知識，融會(huì )貫通，加深對學(xué)科前沿發(fā)展狀況的了解，培養科研意識，并開(kāi)拓視野。 2.2貼近生活，激發(fā)學(xué)生的興趣 環(huán)境工程微生物學(xué)和實(shí)際生活聯(lián)系非常緊密，在教學(xué)過(guò)程中注意縮小理論和實(shí)際的差距，培養學(xué)生應用知識關(guān)注現實(shí)和改善環(huán)境問(wèn)題的能力，做到學(xué)以致用。在課程中通過(guò)白色污染、水體污染、大氣污染、重金屬污染、固體廢棄物污染、甲型H1N1流感病毒和能源危機等現實(shí)社會(huì )環(huán)境問(wèn)題的講解，讓學(xué)生意識到專(zhuān)業(yè)的重要性和肩負的責任;讓學(xué)生了解生活中污染環(huán)境的微生物，比如學(xué)校食堂廚余中的微生物類(lèi)群，酸奶里的微生物種類(lèi)，發(fā)生霉變的食物中主要的微生物種類(lèi)，腐敗水果蔬菜中微生物種類(lèi)，校園人工湖的微生態(tài)系統，教室和醫院微生物菌群等，使知識融入到生活中，讓生活中的現象點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習和探索知識的激情。

2.3關(guān)注前沿科技，培養學(xué)生對尖端技術(shù)的操作能力 隨著(zhù)物理、化學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展，大大推動(dòng)了生物科技的發(fā)展，新成就如雨后春筍，層出不窮。在微觀(guān)方面，生物學(xué)已經(jīng)從細胞水平進(jìn)入到分子水平去探索生命的本質(zhì)。以分子生物學(xué)為基礎的生物技術(shù)促進(jìn)了環(huán)境保護、農業(yè)、生態(tài)學(xué)和醫學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展。在當代環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，DGGE和RFLP等技術(shù)已經(jīng)成為研究環(huán)境中不可培養微生物有力的手段?？蓪⒁粋€(gè)班的同學(xué)分成4～6個(gè)小組，在老師的指導下，讓各組同學(xué)獨立設計，應用PCR-DGGE的方法研究污染河流不同河段的微生物區系，使學(xué)生接觸前沿科學(xué)技術(shù)，并應用到解決環(huán)境問(wèn)題中，能進(jìn)一步把握微生物技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域發(fā)展的方向。這樣的安排不僅使學(xué)生能掌握一些尖端技術(shù)的操作方法，也能增加學(xué)生的信息量，開(kāi)拓學(xué)生的眼界，增加學(xué)習的興趣。 2.4開(kāi)設綜合性實(shí)驗，提高學(xué)生創(chuàng )新能力 環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗課程的目的還在于學(xué)生能夠利用自己掌握的基本實(shí)驗技術(shù)，對于自己感興趣的領(lǐng)域和課題獨立自主地進(jìn)行分析和研究，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習能力和科研能力。比如在綜合實(shí)驗階段，本課題組開(kāi)設極具環(huán)保和經(jīng)濟價(jià)值的“蟋蟀蟲(chóng)生真菌的分離鑒定和生長(cháng)特性研究”綜合性實(shí)驗，學(xué)生試圖通過(guò)學(xué)習的微生物分離鑒定技術(shù)去認識和研究這種真菌，從而為生物農藥的開(kāi)發(fā)奠定基礎。這就使得學(xué)生在課后多做功課，查閱文獻，展開(kāi)調查研究，制定并提交實(shí)驗方案。上課時(shí)學(xué)生分小組討論，然后提出小組實(shí)驗方案。教師可以使用提問(wèn)的方法檢查學(xué)生的方案，糾正錯誤。這種方法不僅能夠大大提高學(xué)生做實(shí)驗的積極性，而且能夠讓學(xué)生變成自主的研究型學(xué)習。通過(guò)學(xué)生查閱文獻，在相互討論和交流的過(guò)程中，學(xué)生除了提高文化知識，還能促進(jìn)團隊合作，促進(jìn)溝通能力和創(chuàng )新能力的形成。另外，這種互動(dòng)也能促進(jìn)教師更加積極的備課。因而形成一種師生共同進(jìn)步的良性循環(huán)。 2.5靈活制定考核機制，做好實(shí)驗現場(chǎng)指導 實(shí)驗課程的分數比重應該增大到30%，這樣可以避免學(xué)生只會(huì )死記硬背，而不注重動(dòng)手能力的培養。在實(shí)驗過(guò)程中，進(jìn)行現場(chǎng)指導，當場(chǎng)考核，不僅要看實(shí)驗報告，更要依據出勤、現場(chǎng)實(shí)驗操作和實(shí)驗結果綜合考核。比如除指導教師外，應有專(zhuān)門(mén)實(shí)驗人員發(fā)放實(shí)驗器材，進(jìn)行出勤登記并納入考核，占實(shí)驗課成績(jì)的10%。從制度上引起學(xué)生對實(shí)驗課的重視。實(shí)驗過(guò)程中，規范的操作和可靠的結果是考核的重點(diǎn)，各占實(shí)驗課成績(jì)的30%。對于實(shí)驗報告，占實(shí)驗課成績(jì)的30%。應要求學(xué)生對實(shí)驗過(guò)程和結果進(jìn)行詳細記錄和分析，比如哪些操作步驟沒(méi)有做好，或者在實(shí)驗過(guò)程中容易出現什么問(wèn)題，如何避免等，從而讓學(xué)生養成一個(gè)善于分析問(wèn)題和總結問(wèn)題的好習慣。對于實(shí)驗報告中的結果，要實(shí)事求是，嚴格杜絕相互抄襲現象。 在實(shí)驗指導現場(chǎng)，對態(tài)度認真、操作規范的學(xué)生及時(shí)表?yè)P，并號召其他學(xué)生觀(guān)摩或欣賞，起到模范帶頭作用。有些操作較為繁瑣的實(shí)驗，個(gè)別學(xué)生總是失誤，會(huì )產(chǎn)生厭煩心理，比如芽孢染色，要加以啟發(fā)性的引導，幫助其順利完成實(shí)驗。由于學(xué)生經(jīng)驗不足，實(shí)驗過(guò)程難免會(huì )有失誤，實(shí)驗結果有時(shí)不盡相同甚至會(huì )大相徑庭。在這種情況下，不要急于批評學(xué)生，而要分析問(wèn)題，找到原因。比如做細菌接種練習，一個(gè)班上總有1～2個(gè)學(xué)生平板上什么都沒(méi)有長(cháng)出來(lái)，這時(shí)候要鼓勵學(xué)生勇于承認實(shí)驗失誤，還要讓其回憶，實(shí)驗失敗是由于沒(méi)有劃線(xiàn)還是接了菌種以后再在火焰上灼燒而將微生物燒死。這樣學(xué)生有深刻的印象，以后的操作也就不容易出現類(lèi)似錯誤。有時(shí)候學(xué)生的失誤，可能會(huì )出現一些意想不到的結果，這時(shí)候更要進(jìn)行分析，幫助學(xué)生拓展思維。 3實(shí)施改革后取得的效果與思考 這些改革措施的實(shí)施，使學(xué)生做實(shí)驗更加主動(dòng)和用心，大大減少了盲目操作的現象，提高了綜合運用知識、分析和解決問(wèn)題的能力，培養了嚴謹、鉆研、科學(xué)的學(xué)風(fēng)。在新的課程改革實(shí)施后，95%以上的學(xué)生認為微生物學(xué)和生活聯(lián)系非常緊密。部分本科生已經(jīng)參與到一些教師的科學(xué)研究中去，有的學(xué)生還能夠設計完整的實(shí)驗進(jìn)程，或通過(guò)合作完成一些小型課題。同時(shí)，實(shí)驗課程改革也對實(shí)驗課教師提出了新的要求，使教師不斷學(xué)習新的實(shí)驗課程管理理念，不斷開(kāi)發(fā)新的研究課題，同環(huán)境工程微生物學(xué)的發(fā)展同步。在以后的教學(xué)過(guò)程中，還要不斷探索，以取得更好的成效。 4