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1.引言

《環境工程微生物學》是環境工程專業一門重要的專業基礎課，是一門專業必修課，同時又是一門應用性和實踐性很強的課程。該課程對學生的知識架構以及應用技能的培養起到了重要的支撐作用。通過對本課程的學習，學生不僅要掌握微生物學的基本理論、基本知識和基本技能，更要具備一定的實踐能力。在認識觀察一般微生物種類的基礎上，掌握常見微生物的生長代謝規律和一般檢測方法，注重培養學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力，令學生養成理論聯系實際的學風和腳踏實地的思想作風。所以學好環境工程微生物學，會為以后學習其它專業課和專業基礎課打下良好的基礎，并能夠在其它課程的學習過程中靈活運用微生物學，這正是地方工科院校環境工程微生物學課程教學與育人所面臨的共同任務。但是，目前地方工科院校環境工程微生物學教學過程中存在諸多弊端，具體表現如下：

1.1課程基礎知識內容繁多，知識點碎雜分散

環境工程微生物學理論課中要給學生們講大量的有關微生物的基本概念、基礎知識和基本理論，課程講授基本按教材的格局展開，所涉及的微生物種類眾多齊全。課堂教學中，教師往往像播音員一樣一味地講，學生枯燥地聽，教師圍著電腦轉，學生只是盯著黑板看，有時還走神，師生之間缺乏情感交流。學習一段時間后，學生感覺，課程知識點分散，重點多，繁瑣重復，而且課程內容似曾相識，易混淆，難記憶。這樣的教學內容和方式容易讓學生在乏味中不堪忍受，許多同學因此而失去學習興趣和動力，放棄課堂上的主動認知，錯過的教育時機。主要表現在：不能按時上下課，會有遲到早退的現象；課前不認真預習，上課時跟不上教師的節奏。往往這門課程才上不到一半，很多學生就對這門課程喪失了信心，失去對環境工程微生物的學習興趣。

1.2課程有些基礎知識和專業關聯度不大，缺乏近期相關專業前沿動態

環境工程微生物學理論課中有些內容和環境工程專業的關聯度不是很大，在環境工程領域的應用有限，許多學生對這些內容的學習缺乏主動性和積極性，課堂上自然就缺少和老師的互動和反饋，導致老師也容易出現講課精力不集中的狀況，影響表達的流暢性和趣味性，不僅降低授課效果，還可能進一步導致教不好與學不專的惡性循環。

1.3課程內實驗教學時數少，缺乏設計性和綜合性實驗

由于時間和條件的限制，目前課程內實驗教學仍然采用傳統的“遵循式”教學方法，以驗證性實驗和演示性的實驗為主，教師按照編制好的實驗指導書，每次上課對實驗目的、原理、方法、步驟作詳細介紹，然后學生按指導書要求進行實驗操作。這種教學方法既不能迅速調動學生對此課程的濃厚興趣和挖掘學生的求知欲，也不能充分訓練學生的分析問題和解決問題的能力，導致學生的參與性不高，往往做實驗的態度不積極，出現個別學生不按要求課前預習，對要驗證的內容或涉及的知識點不熟悉，操作時又機械地重復實驗步驟，草草了事，對實驗結果不分析、不討論和不總結，因此很難達到理想的教學效果。介于此，為了改善教學現狀，激發學生學習興趣，提高教學質量，我們就環境工程微生物學這門課分基礎理論教學和實驗教學兩個方面進行教學改進。本項目通過刪舍一些和環境工程專業相關度較低的基礎知識和添加環境領域一些涉及微生物技術的前沿研究成果和一些熱點應用案例，優化教學內容，使教學內容更具新穎性，能緊緊抓住學生的注意力，能在較少的課時下提高教學效果；同時，針對不同的教學內容采取不同的教學方法，且讓學生充分參與課堂教學，通過思考、討論從方法上引導學生，吸引學生；增設綜合性實驗、設計性實驗，使學生喜歡上微生物學。從而，開啟學生進入專業領域的大門，激發學生學習興趣，使同學們興致勃勃地汲取知識，從陌生好奇到疑問思考，再到理解探索。使學生由早期自控、被動的學習逐漸變為后續的自主學習，堅定了學好本專業的信心。

2.基礎理論教學改進

2.1教學內容優化

2.1.1保留和主講特色微生物學基礎知識

環境工程微生物學在整個環境工程專業培養方案中的定位是一門專業基礎課，是為后續課程學習提供基礎。在有限的教學時數下，要保留和講授的內容包括微生物學最經典的、具特色的、其他課程不可能講或沒有能力講授的內容，如病毒、細菌、古菌、真菌等微生物的形態結構、生理特性等這些基礎知識。

2.1.2外延知識點，擴大其應用范圍

本課程除了讓學生了解、掌握微生物的基礎知識和基本原理外，還應針對不同的知識點進一步擴大它在其他課程中的外延。如在講授原核生物有關章節時，增加大腸桿菌、產甲烷菌、硝化細菌與反硝化細菌等常見微生物在環境監測、環境污染治理與資源化過程中的作用及原理。再比如，在講解原生動物章節時，增加污水生物處理過程中以及環境監測中原生動物所起的重要指示作用和凈化作用原理。2.1.3刪舍和自學相關度較低的基礎知識第六章是微生物的遺傳和變異，而第八章是物質循環，這兩部分內容對環境工程專業的學生的重要性有限，和專業關聯度相對來講不是很大，因而，這兩部分內容刪舍，課堂不進行講授，要求學生自學。

2.1.4增添環境工程微生物學學科領域前沿新的發現和進展

本課程除了讓學生了解、掌握微生物的基礎知識、基本原理外，應有針對地聚焦環境工程微生物學科領域前沿發展動態。環境工程微生物學學科領域近幾年知識的更新速度不斷加快，可以說是日新月異。對新的發現和進展要區別對待，有些是環境工程微生物學必須要講授的，如古菌，并且要從問題的發現到古菌的細胞結構詳細講解；還有一些基于新發現開發的新技術要重點講授，如短程硝化工藝等。通過這些新內容激發學生對環境工程微生物的學習興趣，為其將來在專業領域深入開展研究創造良好的學術氛圍。

2.2教學方法的改進

教學方法和手段的改革是最受關注的教改內容，各種各樣的改進方法已被提出了，例如提問啟發式、漸進研究式、情景模仿式、互動討論式、案例分析式、歸納對比式、課堂辯論、學術報告競賽、五步教學法、翻轉課堂、PBL(Problem-basedlearning)[5-6]及現代教學手段(多媒體技術、慕課、微課、SPOC課程)的應用等[7-8]。這些方法和手段對提高教學效果或多或少均起到了一定作用。但對于環境工程微生物學而言，應該在最基本、最有效和最實用的傳統的教學方法基礎上，根據不同的教學內容，再采取靈活多樣的教學方法和手段進行多種方式相結合的綜合教學。“環境工程微生物學”課程內前五章涉及到微生物學的基礎知識，包括微生物大家族成員的組成，每位成員的形態、結構、特性及應用等，對于學生構建其微生物學知識體系非常重要，這部分教學內容教師一定要作詳細的講解。第六章是微生物的遺傳和變異，第八章是物質循環，這兩部分內容對環境工程專業的學生的重要性有限，和專業關聯度不大，因而，這兩部分內容要求學生自學。第七章、第九章及之后的章節的內容主要是微生物基礎知識在環境工程領域的應用，這些內容的教學穿插在討論課程和專業實習環節來實施。

2.2.1教師主講和學生自學相結合，扎實基礎知識

搞好課堂教學，是實現“教書育人”宗旨的重要途徑，課堂教學是實現教學目的、完成教學任務的基本形式，是教師與學生“雙邊活動”和“雙向交流”的主要場所。教師課堂主講“環境工程微生物學”課程內前五章的內容，采用多媒體結合板書的教學手段，向學生展示各種菌體圖片，輔以微生物知識小視頻演示播放。課前，教師用3到5min的時間將上節課的重點和難點進行回顧復習，以加深學生對這些知識的理解和記憶；課中教師要多與學生互動，常提問，讓學生緊跟教師講課步伐，及時溝通交流，提高教學效率。第六章和第八章和專業關聯度不大，要求學生自學，并寫出讀書筆記。

2.2.2增設討論課堂，促進主動學習

討論課堂一共設置4個學時，分組進行，每組6人左右，老師指定組長，由組長負責組里每名學生的分工(包括查詢資料、課件制作、講解)，督促每位組員按自行預定的時間完成題目確定、資料查找、組內討論和PPT制作等任務，保障每個步驟的具體實施。討論內容一般由教師給定，有涉及微生物學在環境工程中應用的課本內容，有涉及環境工程微生物學相關問題；或由學生自行選題。學生制作課件，課堂交流成效，依據每組內容組織、內容重點、PPT質量和演講質量綜合評定小組總評成績。

2.2.3利用網絡資源，豐富課外閱讀

教學中積極應用網絡技術和多媒體技術，教師備課、課堂教學及學生課后學習等環節中都能充分利用視頻技術、計算機和網絡等手段。師生共建微信群，隨時提問和討論環境工程微生物學相關問題，也會分享一些微生物學近期研究動態。同時還為學生介紹了國內外一些知名的有關微生物學相關的網站，通過瀏覽這些網站，學生們既可以補充完善微生物學方面的知識，還可以了解本學科近期發展動態。2.2.4結合專業實習，強化實踐教學考慮到本課程應用性非常強的特點，尤其是在水污染控制中應用相當廣泛，所以我們在教學中適當的重視理論教學的同時，更加強調實踐教學。我們積極與楊家堡污水處理廠、北郊污水處理廠以及呼延水廠合作，創建了科研與教學緊密結合的創新型科技人才培養基地，可以更充分發揮實踐教學環節在培養大學生創新精神和開拓能力中的作用。通過組織學生參觀認識實習，使學生了解不同的廢水處理工藝(A2O和奧貝爾氧化溝)中微生物的種群組成、分布及不同工況各構筑物中微生物的組成結構、分布狀況。同時，結合工藝，現場講解脫氮除磷微生物學原理和污泥絲狀膨脹的原因以及防治措施等。使學生們利用所學的微生物學知識和實際工程應用相結合，深刻了解不同的污水處理工藝及不同工況中各種微生物強大的去污作用，既加深了學生對工程實踐中的實際問題和工作原理的了解，又強化了對基礎理論知識的理解記憶。

2.2.5加寫課程論文，提高綜合素質

教學中要求學生撰寫一篇課程論文。論文主要論述環境工程微生物學相關的某一熱點問題。論文題目由學生自己擬定，論文格式按照一般學術論文的格式要求，需要手寫，2000字左右。論文需要附上與撰寫內容相關的6篇參考文獻首頁，其中必須有一篇英文參考文獻。期末依據論文選題、內容組織、文獻相關性、前沿性及論文總體質量評定成績。

3.實驗教學改進

實驗教學是環境工程微生物整個教學過程中的重要教學環節；同時，實驗教學也是培養學生實踐技能和創新能力的重要手段。減少驗證性實驗，增加設計性和綜合性的專業實驗是實驗教學改革的重要內容，也是鞏固學生專業知識、提高學生實驗技能、培養學生創新能力的重要舉措。

3.1實驗內容優化

為了讓學生們能在有限的課時內提高理論知識的學習效率，并能緊跟科技發展前沿，具備扎實的動手能力及理論聯系實際的能力，我們要經常對實驗內容進行優化調整。首先開設一些驗證性的基礎實驗，如培養基配制和滅菌、微生物接種技術、微生物培養、顯微鏡操作、微生物染色和微生物形態觀察等，讓學生通過基礎實驗課程掌握基本的實驗操作技能和知識理論，然后增設一些設計性實驗，如環境中微生物多樣性檢測實驗和水質微生物學檢驗等，通過接觸一些現代微生物技術和微生物檢測與處理技術了解環境工程微生物學學科領域發展過程中的近期科研成果，設置綜合性實驗，如淀粉廢水制備單細胞蛋白、活性污泥中分離高效脫氮菌株等廢棄物資源化培養微生物實驗等，通過環境中污染物微生物處理與資源化專題應用，讓學生深刻理解在環境監測與環境污染治理中微生物區別于動植物的獨特作用和重要地位。這些實驗內容環環緊扣、循序漸進，將分散的知識點有機地結合，組織成連續的、系統的、針對性的綜合性實驗。在完成大綱要求基礎教學的前提下，既挖掘了環境工程微生物學實驗的深度，豐富了教學內容，又拓展了學生的知識體系，增強了科學研究意識。為培養具有探索意識、創新精神、實踐能力、充分掌握所學知識并融會貫通的環境工程類復合型人才奠定堅實的基礎。

3.2教學方法改進

根據不同的實驗類型采用不同的教學方法。對于驗證性實驗，教師給定實驗指導，集中講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟及注意事項，每位同學獨立完成實驗內容，并進行中期考核，考察學生的基本實驗操作技能。對于設計性實驗，由老師指定實驗范圍，學生分組，查閱資料、選定題目、自主設計實驗方案、準備材料和配制試劑、自己動手完成實驗、自己觀察分析實驗結果，并解決實驗中出現的問題、撰寫出規范的實驗報告。教師充當引導者和服務者的角色，引導學生合理選題、制定切實可行的方案，為學生提供儀器和藥品，指導學生使用和維護儀器，聽取學生匯報實驗進程，啟發學生解決實驗問題，批改實驗報告。對于綜合性實驗，結合大學生創新項目和教師科研項目進行，學生根據自己的興趣，自行選題或者參與教師的項目研究，整個實驗過程在教師指導下獨立完成。

3.3網絡資源的應用

環境工程微生物學不僅包擴環境中的細菌、真菌、原生動物后生動物等常見微生物的基本特性以及其在環境污染物處理中的作用，還包括分子工程、基因工程等的基本理論與原理。最重要的是，本課程還涉及生態學、微生物在各種污染物處理中的作用及各種三廢處理的工藝及發展。所以本課程是應用性很強的課程，這就要求在本課程的學習中不僅需要掌握現代生物學近期的發展狀況和動態，還需要時時把握各種新生物學技術發展在三廢處理工藝中的應用。但是由于教學時數和經費的限制，一些基礎實驗和關于現代生物學新技術應用的實驗課無法開設，針對此，我們在實驗教學中，加強網絡資源和視頻教學的應用，有目的的引入了視頻實驗等多媒體教學的方法，將一些基礎的分解實驗操作放給同學觀看，這樣不僅規范了學生的操作還可以增加實驗教學的直觀性和趣味性；同時將PCR擴增技術等一些現代新生物技術及應用的視頻引入實驗課堂，這樣同學們不僅了解了學科前沿新技術及應用還增加了學習這門課程的主動性和積極性。

3.4實驗室開放

為滿足部分學生的好奇心和求知欲，結合大學生創新性項目，在無時間沖突的前提下適當對學生開放實驗室，讓學生根據自己的興趣進行多種實驗內容的實踐學習，并鼓勵大家積極參與到此類自主性學習的實踐過程中來。這樣安排實驗課程內容，不僅克服了傳統授課的單調性、擺脫了學校課時的局限性，也較大程度上實現了實驗室的利用率，更能夠充分調動學生積極性和主動性，讓其更多地接觸、了解環境工程微生物學實驗的目的和意義，在基礎知識和專業知識的學習過程中增長見識、提高動手能力、培養創造性。

3.5教師科研項目的參與

鼓勵學生根據自己的興趣，在課余時間有選擇地參與教師的科研項目。學生自己組織3到5人組成的科研團隊，然后在教師的指導下接受教師科研項目的部分研究任務，學生綜合運用所學的基礎理論知識，查閱大量的專業資料，自行討論設計研究方案與技術路線，自主動手做實驗，分析失敗的原因，總結成功的經驗，獨立完成研究任務。教師在指導學生實驗的教學過程中，同時也完成了科研項目的部分研究任務，實現了師生互惠雙贏。通過這一系列切切實實的科研訓練，充分發揮學生的創新潛能，增強學生的動手能力，不斷提高學生的創新能力。

3.6考核評價體系調整

實驗教學應注重學生的操作技能、綜合運用知識和自主創新的能力，以培養學生分析問題、解決問題的思路為目標。為此，我們調整并建立了新的考核方式與評價方法，將實驗成績與實驗操作過程管理緊密結合起來。實驗成績由平時成績和實驗報告成績兩部分組成，其中平時成績占40%，包括撰寫實驗預習報告和規范的實驗操作。新的考核方式加大了對學生綜合能力和實踐操作動手能力的考核，更加科學合理，對學生提出了更高的要求，有利于扭轉學生長期以來重理論輕實驗的現象，提高學生對實驗課重要性的認識。

4.結語

環境工程微生物學是一門交叉性的學科，同時又是一門應用性較強的學科，只有著眼于理論教學和實踐教學中的全過程中每個環節和細節，才能發掘大學生的創新能力，真正培養具有創新性能力的適應現代化建設需要的綜合性人才。在教學活動中充分利用多媒體、網絡教學資源，多方式綜合運用教學手段，緊緊把握現代生物技術的發展，加強實踐教學，突出特色環境工程實踐觀念培養，增強學生分析和解決問題能力的提升。通過以上各方面的不懈努力才能構建一個完整的環境工程微生物學教學體系，以期達到較好的教學效果。