《环境工程微生物学》设计性实验的开设

阮 琴，金 杨，张萍华

(浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004)

环境工程微生物学是环境科学专业的专业基础必修课［1-4］，它以微生物学为基础，是生命科学和环境科学与工程学的交叉学科，具有极强的实践性和应用性。《环境工程微生物学实验》作为实现专业培养目标的实践性教学环节，对于巩固微生物学基本理论知识、培养学生运用微生物技术分析、解决环境问题的能力及开发学生的创造力至关重要。如何培养学生拥有适应社会发展要求的能力，是当前高等教育关注的热点之一［5-6］。在诸多能力培养的教育实践中，以“使学生成为自己知识结构的设计者”为教育目的的教育理念受到普遍的关注［7］。2007年教育部印发了关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程(质量工程)的通知［8］，对高等学校的人才培养提出了新的要求，提出实践教学与人才培养模式改革创新是质量工程的一个重要建设内容。2012年1月10日教育部等部门又联合发布关于进一步加强新形势下高校实践育人工作的若干意见，要求各高校要把实践教学方法改革作为专业建设的重要内容，重点推行基于问题、基于项目、基于案例的教学方法和学习方法，加强综合性实践科目设计和应用。为提高实验课教学质量，培养学生的创新能力，在《环境工程微生物学实验》教学中增加设计性实验项目，由学生自主设计方案并完成实验。

1 设计性实验开设的必要性

《环境工程微生物学实验》涉及的范围较广，包括基础微生物学技术、现代微生物学技术、环境微生物监测与评价技术、污染物微生物处理与资源化技术等诸多领域。《环境工程微生物学实验》是2010级环境科学专业的新开课程，是为适应能力培养要求由《环境微生物学实验》发展而来。在之前开设的环境微生物学实验主要侧重于基础微生物学实验技术，内容稍显简单，缺乏专业特点，无法满足环境工程微生物教学要求，学生体会不到微生物在污染控制中的作用［9］。新开设的环境工程微生物学实验课时有了较大的增加，从原来环境微生物实验的36课时增加到新课程的48课时，为设计性实验的开设提供了部分实验时间的保证。

基于以上原因，对原有的实验项目进行了重新编排与设计，把原先的基础微生物实验技能贯穿到“从环境中分离四大类微生物”这条主线中，包括培养基的配制、环境微生物检测分离与培养、细菌的染色技术、丝状微生物的观察、酵母菌观察与大小测定、微生物对有机物的降解与转化、环境因素对微生物生长的影响，让学生在这条主线中学习与锻炼微生物学的基本实验技能，通过这条主线的实验，学生基本能掌握微生物实验技能，并对环境微生物的概念有比较深入的了解。然而这条主线的实验都是在老师的指导下完成，且由于微生物有培养的过程，部分内容需要由老师完成，学生对整个实验过程了解得不够透彻，很难发挥学生的主动性和创造性。在此基础上，引入设计性实验项目，要求学生自己查找资料，确定实验项目，运用已学的相关知识和技能，对实验材料、仪器设备、实验方法、实验步骤等进行设计并实施，最后对结果进行分析和评价。设计性实验是学生根据某一专题的目的要求，是一个发现问题、解决问题的探究式学习的过程。在这一过程中，学生成为学习的主体，而老师是指导者［10］。

2 设计性实验过程

2.1 设计性实验的布置及设计报告的撰写

微生物基础部分实验结束前，即设计性实验实施前一月给学生布置设计性实验任务。设计性实验讲究灵活性和个性化原则，以学生为主体，自主设计、完成实验，并对实验结果作出评价，教师从实验教学管理的各个环节为学生服务。方案设计为2人一组，自行组合，学生根据个人兴趣自主选题，内容要求贴近生产、生活实际和研究热点，学生利用课余时间查阅资料，并完成实验设计报告。

2.2 设计方案的可行性论证及竞标

实验设计报告完成后进行设计性实验的可行性论证(开题报告答辩)。为保障设计性实验的顺利进行，特邀请学科组老师一起参与学生设计性实验方案的可行性论证。要求每组同学以ppt形式介绍小组的选题思路、设计方案、所采用的实验材料与实验方法等，介绍完毕由整个实验班级同学和老师们对其实验方案的各方面进行提问、分析与讨论，为提高学生设计实验方案的质量，引进竞争机制，在可行性论证同时进行方案的竞标。从设计方案的科学性、可操作性等方面选择50%～60%的选题中标，中标的设计方案在设计性实验项目成绩中有适当加分。没有中标的小组只能加入到中标小组组成新的团队进入实验实施阶段，每个团队人数为3～4人。通过设计方案的答辩，让全班同学有个相互学习与提高的过程，而引入竞标机制，有利于学生充分发挥主动性与积极性。

2.3 中标设计方案的实施

中标的实验项目首先要求各小组根据论证答辩中提出的问题进行修改与完善后，才能进入实验室开展实验，为配合学生顺利完成设计性实验项目，实验室实行全天性开放，学生自己准备实验材料，自行开展实验的全过程。由于前期经过设计方案的准备、答辩过程，学生对自己设计的项目有深入的思考，对实验目的、方法、步骤有清晰的了解，在整个实验过程中，基本能做到安排合理，能主动根据实验中出现的情况进行修正、补充及完善自身的设计方案，教师在其中只起到引导的作用。

2.4 设计性实验的答辩与考核

设计性实验完成后，要求每位学生以论文格式完成实验报告，撰写的重点放在对实验结果的整理、归纳、统计和分析上。每个小组要对项目的进行情况及实验结果进行汇报答辩，答辩会后学生根据评审老师及同学们的意见进行实验论文的最后修改，并定稿上交。设计性实验项目成绩占课程总成绩的30%，设计性实验的成绩由以下几部分组成:方案设计20%，实验操作20%、实验态度与团队合作5%、实验结果10%、数据分析20%，实验答辩10%，实验论文15%。

3 结语

在2 a的实践中，学生往往会把日常生活中感兴趣的材料作为研究对象，如对日常饮用的不同厂家的矿泉水进行检测和评价;选择学生宿舍、校园、教室、食堂、超市等不同生活场所，监测细菌、酵母和霉菌总数，了解整个校区的环境状况与微生物的关系;不同品牌化妆品的卫生状况测试;活性污泥中原生动物与微生物群落构成调查等等，这些项目与生活、生产息息相关，充分调动了学生的积极性，同时也加强了他们的环境卫生意识。

《环境工程微生物学实验》在大学二年级的第二学期开设，在低年级的学生实验中，学生设计实验的机会不多，设计性实验项目相当于一个课题实验，其开设能让学生充分利用已学的实验技能进行科研素质的培养，通过开设设计性自选实验，锻炼学生查阅文献的能力，拓展了学生的视野，给学生动手和动脑的机会，既是对原有微生物实验技能的巩固与加强，也有利于学生建立起较深刻的微生物学观点，并将所学知识应用于环境保护和防治环境污染中，培养学生独立的思维能力、严谨的科学态度、百折不挠的工作作风，相互协作的团队精神，勇于开拓的创新意识。同时学生在设计性实验项目的基础上还积极申报校级、院级的学生课题，如杨梅果与杨梅叶对微生物的抑制效果研究、稻蝗肠道真菌的除草成分研究、校内常见植物三叶草内生菌的提取、分离及鉴定等，并成功获得立项，开启了学生的科研之路。

［1］ 潘少兵，孙慧群.环境工程微生物学实验教学内容优化研究［J］.中国微生态学杂志，2010，22(9):841-842.

［2］ 王亚楠，程殿林，丛培江，等.微生物工程实验教学中培养学生综合素质的实践［J］.微生物学杂志，2010，30(6):104-106.

［3］ 殷月兰，焦新安，潘志明，等.微生物生物学研究型教学改革初探［J］.微生物学通报，2008，35(12):1977-1979.

［4］ 王士芬，施鼎方，唐贤春，等.环境工程微生物学实验教学的改革实践［J］.中国大学教学，2009，(2):79-80.

［5］ 刘学忠.大学生创新精神与创新能力的培养路径［J］.教育研究，2008，(1):103-105.

［6］ 王铁云.改革物理实验教学模式:培养学生创新能力［J］.实验室研究与探索，2007，26(8):6-8.

［7］ 王伟祖，郑旭明.建立综合设计实验平台培养学生创新能力［J］.实验室研究与探索，2004，23(8):74-75.

［8］ 中华人民共和国教育部.关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见［P］.教育部，2007.

［9］ 王国惠.环境工程微生物学实验教学改革研究［J］.微生物学通报，2005，32(2):144-145.

［10］ 李霜，王浩绮，周华，等.科研设计性大实验在微生物学实验教学中的应用［J］.微生物学通报，2009，36(1):134-136.