环境微生物实验教学体系改革和管理

余　阳, 吴小倩, 杨　静, 朱艳彬, 谢学辉

(东华大学 环境科学与工程学院， 上海　201620)



环境微生物实验教学体系改革和管理

余阳, 吴小倩, 杨静, 朱艳彬, 谢学辉

(东华大学 环境科学与工程学院， 上海201620)

通过介绍实验体系改革、教学安排和管理及实验考察方式,探讨设立“设计型实验”在学生创新能力培养中的作用,并对改革后实验体系对学生创新能力培养的作用进行分析。环境微生物实验教学体系如果仅仅以验证型实验教学为主,会造成学生学习被动,缺乏学习兴趣,而增加设计型实验,可培养学生创新思维和学习主动性。理工科实验教学应该设置设计型实验,并多给予学生在实验课中的自主权。

环境微生物； 设计型实验； 创新能力培养

环境微生物学是环境工程专业、环境科学专业的必修课[1-2]。该课程主要讲授环境中的微生物种类及生长特点,并以微生物学科的理论与技术为基础,阐述微生物在物质、能量循环中的作用[3]。学生通过环境微生物学的学习,可了解微生物与污染环境的相互关系,掌握解决环境污染问题的方法和技术以及理论基础[4-5]。实验教学作为环境微生物学的组成部分,是课程理论知识与实践应用的纽带,承担了培养学生微生物实验操作技能和环保应用方向创新能力的任务[6-7]。环境微生物实验教学的重点是使学生掌握环境保护实践中的微生物实验技术,内容上应调整好基本微生物基本实验操作和环境学科应用方向之间的联系,并对权重进行合理分配。前者是基础,后者是应用拓展,只有这样才能让学生打好基础在面对与微生物相关环境问题时,具备能创新地提出解决方案和实践方法的能力[8-9]。

1　实验体系改革和教学管理

1.1实验体系改革

根据我校环境工程专业的培养计划,所有专业实验独立设课,以提高学生对实验教学的重视程度。“环境微生物”分为了理论教学(32学时)和实验教学(16学时)两部分,两部分需要在同一学期内完成教学任务。

环境工程专业以前的环境微生物学实验教学中,教学内容主要安排基础实验操作,内容包括“光学显微镜的操作及微生物标本的形态观察”、“活性污泥镜检”、“细菌革兰氏染色”、“培养基配制及灭菌”、“细菌纯种分离、培养和接种”、“微生物计数”等实验项目。上述实验虽然数量不少,但基本上是验证型实验,而且对环境学科应用领域涉及较少。为改变验证型实验带来的问题,调动学生的创新思维、提高学习的主动性,相关任课教师对旧的实验教学体系进行了改革。新的实验体系中增加了设计型实验。新制定的实验体系的教学目标和内容见表1。

新实施的实验教学安排在理论教学中期展开,全部实验要求在4周之内完成。其中实验一、二、三为验证型实验,以培养学生微生物基础操作技能为目的,而实验四为设计型实验,以培养学生的探索创新能力为目的。

表1　环境微生物实验教学体系项目一览表

在微生物实验课开始前,教师准备好实验相关电子参考资料给学生预习,资料内容包括实验讲义、微生物基本操作技术视频、微生物图库、各类相关电子参考书籍等。另外,教师鼓励学生自行收集实验相关资料,并能够事先预习,以做到对实验内容心中有数。其中,讲义材料(设计型实验讲义如表2所示)说明清楚实验的具体目标和要求,并给予学生必要的方向性指导,以免学生因为知识和经验不足而造成实验方案设计不合理等问题。

表2　“苯酚降解好氧微生物分离纯化设计型实验”讲义

表2(续)

上述实验讲义里提示了能够实现实验目标的一般方法和手段。学生在讲义的启发下通过阅读课内外专业文献,可进一步加深对微生物实验技术基本原理的理解,熟悉微生物实验技术的基本操作技能,使学生在有限的学习时间内, 能主动了解环境微生物学实验主流技术和发展趋势。

1.2教学管理与考察

1.2.1教学管理

验证型实验两人一组,强化实验动手能力培养。为减轻设计型实验的工作强度,一个教学班(30人)分为4个小组,每组7～8人,组内学生通过预习和讨论共同制定出本组的设计型实验计划,并确定各自的工作任务。

教学计划中,环境微生物实验安排在环境微生物课程理论教学中期启动,并在4周内完成教学任务。在微生物实验教学中,教师对于实验的讲解应该重在引导而不必面面俱到,比如实验前将实验目的、原理、一般操作步骤、注意事项等进行讲解,但对于每个实验中具体的实验操作细节、数据测定、结果分析与讨论等环节不作具体安排。

对于验证型实验,实验过程相对简单,可在实验课教学计划的课堂时间内分别完成，比如前3周分别完成实验一、二、三的教学。实验四为设计型实验,所需要的时间长,过程步骤多,而且由于微生物筛选和培养的特殊要求,该实验无法在短时间内完成,必须采用间歇操作的形式进行实验。因此,实验四在实验课开始前就布置好教学任务,并要求学生提前就做好实验计划。整个设计型实验，时间上与实验一、二、三同步,并在进行实验一、二、三教学过程中,可以同步进行设计型实验的操作。如果由于微生物培养时间限制而必须在非课堂时间进行实验,学生可与教师商量确定非课堂时间进入实验室,教师进行相关实验室开放安排。上述安排的好处在于,由于学生必须事先制定出详细的实验四的实验计划,因此实验计划的制定过程就起到了对微生物实验进行预习的目的,而且验证型实验与设计型实验同步,可以优化实验时间安排。

另外,教学安排上,实验开始后的第4周前半段课堂时间,教师首先组织学生进行设计型实验的总结和交流,后半段时间学生自主安排实验任务。设计型实验未完成的学生继续实验,已经完成实验的学生进行实验的讨论和分析,教师负责监督和回答学生实验过程中的问题和困惑。

1.2.2教学考查

实验独立设课并有单独学分，可提高学生对实验课的重视程度。实验效果评价工作对学生的学习有导向作用,因此,实验教学考查方式非常重要[10]。学生的成绩由平时成绩、实验报告成绩(50%)和期末考试成绩(50%)3部分组成。

平时成绩可为负分,对在实验室内的工作态度不认真、实验课出勤情况不佳的学生进行扣分。实验报告成绩(占总成绩的50%)主要考查实验报告的撰写水平。其中,设计型实验与验证型实验不同,实验报告要求学生以科研论文格式撰写,以锻炼学生科研论文表达和写作能力。期末考试(占总成绩的50%)试卷主要以问答题为主,考查学生对环境微生物实验原理、过程的理解和微生物实验设计水平等。

2　分析和讨论

2.1验证型实验

对于验证型实验,教师一般依据教学计划准备好实验药品和设备,设计好实验步骤,然后指导学生按部就班地完成实验内容,最后写出实验报告[11]。验证型实验缺点在于学生无需思考,只机械按照教师给定步骤动手操作,各实验小组观察的实验现象类似,实验结果也在预料范围内。验证型实验教学虽然可以使学生知晓和掌握基本微生物学实验原理和操作技能,但由于实验主要环节是教师准备,学生没有主动思考的过程,缺乏对整个实验过程的全面了解,主动性得不到调动,创新能力得不到培养[12]。

在验证型实验教学中经常发现许多学生只是把实验当成了一个任务,实验前不预习,实验课过程中看一眼实验步骤做一下实验,非常机械,而且实验报告内容简单,甚至有时候成了实验讲义的复制品。造成上述现象的原因只有一个,那就是学生对实验缺乏兴趣,因此,如何让学生“主动学习”应该成为实验教学改革的重要方向。

2.2设计型实验

设计型实验特点是在教师的引导下,由学生自己查阅文献资料、设计实验方案并实施,包括问题分析、查阅理论知识、实验方案设计、实验方案实施、实验现象数据分析、实验结果总结等步骤。对于设计型实验,如果学生不主动预习、不自主查阅文献资料,就无法设计出实验方案,也就无法进行实验操作。这就使得学生不得不主动学习,从而达到了让学生对实验原理和方法进行预习的目的。由于设计型实验的实验现象无法预知,实验结果的好坏取决于学生自己的设计水平,这会激发起学生的求知欲。

以实验小组形式共同完成实验,可以发挥团队优势,以讨论互动的方式来提高学习效果,并加深对环境微生物学专业理论的系统掌握[13]。实验小组成员相互讨论式学习,可启发思维,相互监督,共同进步,学习效果比单独实验更好[14]。

2.3分析与讨论

在我校环境微生物实验教学体系里,培养基本操作技能的验证型实验和培养学生探索创新能力的设计型实验都进行了设置,其中,验证型实验教学可使学生掌握玻璃器皿洗刷和包扎、高压蒸汽灭菌、无菌氛围的形成和操作、微生物培养基制作、斜面制作、微生物分离纯化、接种、微生物染色、细菌计数和大小的测定等基本微生物实验操作技能,而通过“耐酚细菌筛选设计型实验”的设置,将一般科研过程和实验过程融为一体,使得实验框架结构更加合理、更加优化,更加有利于探索和创新。并且教学过程逐步由“教师为主”转变成以“学生为主”,力求充分调动学生的积极性和热情,进而营造探索、创新的实验教学氛围。

3　结语

学生创新能力不足的原因是缺乏主动求知的兴趣,满堂灌的理论教学和机械模仿的实验教学无法塑造出创新型人才。在信息爆炸的当代,仅仅有知识已经无法满足社会的要求,毕竟百度搜索已经基本上可以找到人们所需的各类知识,社会需要的是能解决问题的人才。设计型实验可激发学生主动求知,提高学生分析问题、解决问题能力。在一个成功的教学环境中,教师与学生有互动和共鸣,并且教师能给予学生更多的选择权,就能焕发出学生的主动精神,并激发创新热情[15]。

References)

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[14] 王梦瑶,于佳,于正洋.依据科研系统性原则改革本科微生物实验教学[J].实验技术与管理, 2013, 30(8):157-160.

[15] Perlman D,Webster C. Supporting Student Autonomy in Physical Education[J].Journal of Physical Education, Recreation & Dance, 2011,82(5):46-49.

Reform and management of environmental micro-organism experiment teaching system

Yu Yang, Wu Xiaoqian, Yang Jing, Zhu Yanbing, Xie Xuehui

(School of Environmental Science &Engineering , Donghua University , Shanghai 201620, China)

The experimental system reform, teaching schedule, and management and experimental score mode are described in detail, and the role of the designing experiments for students’ innovative ability establishment is explored; how the reformed experimental system benefits the students’ innovative ability is analyzed and discussed. In Environmental Microbiology experimental teaching system, if only the validating experiments were existed, the students would learn passively and lose interest in learning,“ designing experiment ”can improve students’ motivation to learn and cultivate students’ innovative thinking, in order to give students more autonomy in the experimental class, more designing experiments should be set up in science and engineering experimental teaching.

environmental micro-organism; designing experiment; cultivation of innovative ability

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.04.053

2015- 09- 20

上海高校实验技术队伍建设计划(2013)

余阳(1977—),男,江西永修,工学博士,高级实验师,主要研究方向为实验室管理、实验教学改革等.

E-mail：yuyang@dhu.edu.cn

G642.423

A

1002-4956(2016)4- 0194- 04

实验课程改革