基于OBE理念的环境工程微生物学实验教学改革探索与实践——以景德镇陶瓷大学为例

刘 欣，唐燕超，朱华清，李家科

(景德镇陶瓷大学 材料科学与工程学院，江西 景德镇 333403)

环境工程微生物学实验具有极强的实践性和应用性[1]，能够培养学生综合运用理论知识的能力、实践动手能力和团队合作意识，是培养卓越环保工程师必需的教学环节。传统的实验课多是对理论知识的验证与巩固，以验证性实验为主，以综合设计性实验为辅[2-3]。对于大多数验证性实验，学生只需要按照实验指导书操作便能较好地完成实验，但这样不利于培养学生的分析问题能力和解决问题的能力[4]。

成果导向教育(OBE)是基于学习产出的教育模式[5]，我国的卓越工程师培养计划、工程教育专业认证便是以OBE理念为基础，注重对学生学习成果的评价，通过学习成果反向进行课程设计，实现从以教为中心到以学为中心的转变。

景德镇陶瓷大学环境工程专业经过多年发展，形成了以环境监测、水污染控制工程、大气污染控制工程、噪声污染控制工程、环境工程微生物学等为基础的一批专业实验，总计超150学时。近年来，为了适应新时代对环保应用型专业人才的要求[6]，景德镇陶瓷大学以工程专业认证为契机，以OBE理念为指导，进行了一系列实验教学改革，取得了较好的教学效果。本研究将OBE理念引入教学，从实验内容、教学方法与手段、评价方式等方面开展了持续的课程改革探索与实践。

1 构建递进式的实验内容

OBE理念要求从预期成果出发，反向推导各课程为满足目标达成所需要的知识、能力和素质要求。根据能解决复杂环境工程问题的专业要求，景德镇陶瓷大学对原来的环境工程微生物学实验内容进行了调整，构建起前后延续且具有一定连贯性的递进式实验教学内容体系。按照教学大纲的安排[7]，环境工程微生物学实验共四个实验项目：实验一是光学显微镜的使用和微生物个体形态的观察，实验二是微生物大小和数量的测定，实验三是微生物的染色，实验四是培养基的制备与灭菌及纯菌种的分离、培养和接种技术，共计16学时(其中实验四由三个实验项目组成)。实验时，通常按照实验项目的先后顺序进行，实验所需的一些材料均由教师事先准备好，这就包括实验一、实验二及实验三需要用到的活体微生物，而实验四的主要内容便是培养微生物，可以考虑改变实验的先后顺序，将实验四调整到最前面，即实验从微生物的培养开始，这样学生既完成了实验四的实验内容，又为实验一、实验二和实验三准备了所需的实验材料，即实验中用到的微生物由学生自己培养，可以让学生体会到更强的实验参与感。如图1所示，整个实验内容由“微生物的培养→微生物的观察→微生物的测量→微生物的鉴定”组成，每个实验内容相对独立但前后又有较好的连贯性，前一个实验是后一个实验的准备，后一个实验是前一个实验的延续，实验内容层层递进，更容易激发学生的学习兴趣。

2 优化教学方法

在探索递进式教学内容改革的同时，鼓励学生设计个性化的实验方案，即在实验中增加设计性的元素。例如，在纯菌种的分离、培养和接种技术实验中，教师对所培养的微生物不作硬性规定，学生可根据自己的兴趣爱好选择某一微生物进行培养，要根据相关文献资料和实验室现有条件制订出可行的个性化实验方案，可以小组的形式完成实验并对实验结果进行分析总结，调动学生的积极性和主观能动性，培养学生设计实验方案的能力及团队合作精神，把实验课从单纯进行实验技能训练转变为基础的科学研究，为学生将来毕业课题的开展及今后从事相关领域的研究打下基础。

可以在常规实验的基础上增设开放创新性实验项目。针对景德镇陶瓷大学环境工程微生物学实验只对环境工程专业学生开设和实验资源利用率相对较低的问题，实验中心开设了基于抗菌陶瓷的微生物开放性实验、显微镜的使用与微生物的观察这两个开放性实验项目。显微镜的使用与微生物的观察对全校学生开放，学生可通过网上预约系统进行预约，预约成功后在平台完成实验前的学习(了解并熟悉相关实验内容)，然后在预约时间打开门禁系统进入实验室进行实验操作，如图2所示。

图2 实验室门禁与监控系统Fig.2 Laboratory access control and monitoring system

基于抗菌陶瓷的微生物开放性实验项目主要向材料科学与工程学院的学生开放，该开放性实验项目将景德镇陶瓷大学的陶瓷特色与微生物相结合，也是材料与环境两专业的结合，拓宽了学生的视野，扩大了学生知识面，提高了实验资源的利用率。对开放性实验采用全开放式的教学模式，学生可自主预约、自拟方案、自组团队、自我解决实验中的问题并分析实验结果，教师只需在监控室关注实验室的动向，必要时对学生进行启发式指导，这样可以培养学生的创新意识、创新能力及团队合作精神[8]。

3 丰富教学手段

现代信息技术的高速发展带动了传统教学手段的更新，在理论教学方式方法发生巨大改变的同时，实践教学也要跟上改革的步伐[9-11]。环境工程微生物学实验的大部分内容都需要用到光学显微镜，传统的光学显微镜通过光学镜头将观察物放大，在物镜下观察被测物体。以第二个实验项目微生物大小和数量的测定为例，由于待测定的微生物个体小，人肉眼无法观察，只有借助显微镜才能完成该实验，但传统的光学显微镜无法让教师全面掌握学生的学习动态，不能充分进行交流与互动。而数码显微镜能够通过CCD或CMOS系统把图像传到电脑屏或电视屏幕上观测被测物，可以让教师快速方便地监控学生显微镜里的微生物图像，从而进行针对性指导，提升教学效率[11-12]，如图3所示。景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院在国家级实验教学示范中心的基础上构建了数码显微互动平台，可以达到更理想的教学效果。

图3 大屏显示的数码显微镜Fig.3 Digital microscope with large screen display

4 完善评价方式

OBE理念要求对学生的学习做出有效的产出性评估，通过对学习结果的评价对教学进程进行引导并完善。景德镇陶瓷大学环境工程微生物学实验的考核主要包括三部分，即实验预习、实验操作、实验报告，三者所占比例为3∶4∶3。以往的成绩评定对于实验预习这部分，若学生的预习报告内容完整、字迹工整，一般都能拿到比较高的分值。而构建了递进式的实验内容后，在实验预习中引入了新的考核内容，即实验准备，它包括实验方案的设计、实验原材料的制作等内容。对于实验操作，除了考查学生在实验过程中的具体操作外，一些安全性常识(如用电安全)也被引入到评价体系中。对于实验报告，不仅要求学生给出实验结果，还要对实验进行总结，分析产生误差的可能原因并提出改进实验的方法。这样的评价体系内容更丰富，能全面地反映学生的学习情况，有助于提高学生对课程的重视程度和自身的学习自觉性。

5 结语

在新工科和工程教育专业认证的背景下，基于OBE教学理念，景德镇陶瓷大学针对性地开展了环境工程微生物学实验教学改革研究，通过构建递进式的实验内容、优化教学方法、丰富教学手段、完善评价方式这几方面来提高实验教学质量，同时培养学生的实践动手能力。