基于应用型人才培养目标下环境工程微生物学课程多维度改革探索

＊吕小梅 张舒婷 李丹 张云飞 李衍亮 胡俊杰

（东莞理工学院生态环境与建筑工程学院 广东 523808）

1.建设背景

《环境工程微生物学》是我校环境工程与环境科学专业重要的专业基础课程之一，是一门兼具理论性、实践性与应用性的课程，侧重多学科相互交叉渗透，关注高速发展的前沿研究领域。其基本理论与相关研究技术对于解决实际环境问题具有十分重要的作用，尤其是对于环境污染物的生物处理方面，微生物学的研究手段日益突出其重要作用。《环境工程微生物学》涉及有机化学、生物化学、微生物学、遗传学等学科的基本理论，是一系列环境专业后续课程（如：水污染控制工程、大气污染控制、固体废弃物处理、环境生物工程）学习和应用的基础。

目前，我校环境工程微生物学课程教学主要沿用的是教师主讲的模式，教学内容基于现用教材，教学效果不理想，存在一些不足，主要表现在：教学内容未能及时融入新知识和新应用，相对比较枯燥；教学形式不够多元化，学生学习兴趣不足；实验内容以验证性实验为主，综合性不够，未能较好调动学生自主学习与主动探索的学习精神。随着中国经济社会的快速发展与环境问题的日益突出，社会迫切需要综合素质高、应用能力强的技术人才。高素质应用型本科人才的培养，不仅要让学生掌握基础的理论知识，更要着力于提升学生的知识应用能力，实践创新能力等。“授之以鱼”的同时更要注重“授之以渔”。

因此，在环境工程微生物学教学过程中，为培养具有创新能力和解决实际问题能力的应用技术型人才，有必要对整个教学过程进行反思。寻找提高学生学习兴趣的方法，并不断从理论教学内容、实验与实践教学、教学模式等方面开展相应的探索与改革，提高学生学习本课程的兴趣，强化应用型技术性人才的培养，实现该课程的教学质量与教学效果的提升，更为实现所培养人才素质的提升。

2.基于应用型人才培养的《环境工程微生物学》教学多维度改革举措

本课程教学改革主要从三个维度开展，图1所示，包括：理论教学改革，凸显知识的逻辑性与系统性，强化重点与难点；实验与实践教学改革，实现理论与实践教学的有机融合，实现理实一体化；教学方式与教学手段改革，引入多元化教学模式，提高学生兴趣与参与度，并将教学方式改革应用于理论教学与实践教学中，并通过教学实践中的问题反馈完善教学方式与手段改革。改革实施具体如下：

图1 环境工程微生物学教学改革维度与策略

(1)理论教学改革——突出知识的系统性与课程的应用性

①知识点的系统化与逻辑化，教学内容重点化。针对该课程教学内容广、知识点多，而学时不足的问题，建立章节内容的关联性与层次性，梳理知识点的系统性与逻辑性，建立课程内容的思维导图，以便于学生对整体知识的理解[1]。授课过程中做到重点、难点突出，具体包括：详细讲解微生物学与环境工程微生物学发展历程；扼要讲解环境工程微生物的主要种类、生理代谢、生长繁殖及遗传变异，尤其是不同种类微生物之间的相互关系，特别是在环境污染治理中的演替规律；精细讲解微生物在治理各类环境污染物中的作用及其原理，增加应用案例分析，强化应用性。

②热点话题引入课堂教学，凸显课程内容的实用性。环境生物技术的发展日新月异，不断涌出新菌种的发现与新技术的诞生。因此，在原教材知识的基础上，不断更新教学内容，做到与时俱进，把握住学科动向和前沿。扩充并引入与课程教学内容相关的热点话题，反硝化同步脱氮除磷、异养硝化、好氧反硝化、厌氧氨氧化等，这些都能够与解决实际环境问题相结合，以引起学生的兴趣，增强教学的趣味性，通过身边的科研实例激发学生的学习热情，提高学习效果。另一方面，通过要求学生课后查阅文献资料，了解当前环境污染治理领域的研究热点和环境生物技术研究进展。通过这些新研究发现的微生物以及微生物新技术，并结合这些新技术的应用案例以及市场发展前景，促使学生追踪学科的前沿发展与研究热点，激发学生求知欲和主动学习的兴趣，同时锻炼学生自主学习的能力。

③拓展环境微生物应用，深化应用性教学[2-3]。环境工程微生物学教材的基础篇内容主要为理论知识，内容比较枯燥乏味。因此，结合专业特点，将基础篇的内容结合实际研究或应用案例来讲授显得尤为必要。如讲述病毒一章时可结合历史曾出现过，对人类健康以及生产生活产生重大影响的病毒来开展。讲述酵母菌、霉菌内容时可以和馒头、包子、酿酒、酿醋、酿酱油、豆豉及臭豆腐制作等进行结合。讲授细菌大小时，将其与不同孔径滤膜作用、过滤灭菌，以及不同类型显微镜识别范围等常规知识相结合。讲细菌世代时间这一知识点时，可将世代时间与污泥龄的相互关系结合起来，并举例世代时间较长的硝化菌在污水处理过程中污泥龄宜长不宜短，进而保证硝化效果。世代时间较短的除磷菌在污水处理过程中污泥龄宜短不宜长，从而指导系统排泥与保证除磷效果。讲电子传递链时可与污泥减量相结合，解偶联剂能够阻挡能量ATP的合成，削弱合成代谢强度，从而能够一定程度上达到污泥减量的目的。

环境工程微生物学教材应用篇重点讲述微生物在“三废”治理及环境生物监测等方面的应用。对于这部分内容，对书本知识进行重组，以微生物在污染治理中的问题解决以及实际工程应用为主题展开讲述与讨论，如：微生物在“三废”治理中的应用、污染物生物处理中的强化、生物絮凝剂、生物农药、微生物菌剂等在水体与土壤修复中的应用、微生物对于污泥减量、菌种新资源开发及其在污染修复中的应用等，使学生认识到本课程知识对解决实际环境问题的重要价值与意义，同时可以启发学生的独立思考与交流讨论，培养学生解决问题的科学思维方法，锻炼学生的创新思维能力。

(2)实验与实践教学改革——强化动手能力，突出实践技能培养

实验课程是联接理论与实践的纽带，有助于加深学生对理论知识的理解，培养学生的观察和动手操作能力，实验教学对于培养学生的创新能力和实践能力具有及其重要的作用[4]。教学当中能否把实验内容与理论知识紧密联系，直接影响到课程的教学效果。因此，在试验内容的选择与设计应考虑其专业性和应用性。实验与实践教学改革体现在两个方面：一是环境微生物学的课程实验，二是大学生创新基地活动中有关环境微生物及环境污染治理方面的课题研究。

秋浦河：上游起于祁门县，经石台县进入贵池区，至池口向北注入长江。流域面积2 235 km2，河道全长149 km，河面宽250 m，底宽100 m，洪水深度7.0 m，枯水深度0.7 m，泄洪能力1 000 m3/s，历史最大流量为2 710 m3/s(1957年7月4日)，长年不断流。下游段最高水位17.7 m，最低水位8.8 m。

①改革实验类型，鼓励学生探索。改变原有以验证性实验为主的内容设置，加强综合性实验的比重，保证学生掌握微生物学的基本操作，让学生了解这些技能服务于整个环境学科的研究体系；探索以学生为主要参与者的实验模式，例如环境微生物菌种筛选以及污染物降解实验，可以将学生进行分组，每个组自行查阅文献资料，确定微生物样品采集方式、拟分离菌种与分离方法、革兰氏染色与显微镜观察、菌种扩培、降解实验的目标污染物及其检测方法。通过这种综合性的实验设计，让学生分组探索对不同污染物的降解效果研究实验，锻炼学生的综合实验操作技能，初步培养分析与判断能力。

②优化实验内容，锻炼科研素养。综合性实验与专业联系程度大，因此，改革将从现代环境生物技术、分子生物学技术、环境生物监测与评价、污染物的微生物处理技术与修复技术等入手，并与其它专业课程的学习内容进行配合，构建内容更为广泛的实验课程体系，提高与环境类专业的衔接程度，如活性污泥生物相观察，通过对菌胶团的形状、结构和色泽等方面的观察，可初步判断活性污泥性能的好坏，通过对原生动物种类的识别判断废水处理和水体水质。有机固体废物的发酵或堆肥等，加大这类试验比重。

③强化实验目标，突出结果导向。从过去的教师向学生阐述实验目标和原理，给学生做示范，学生们模仿老师的旧方法着手进行改革，进一步突出目标导向和结果导向。先给学生确定好实验目标，之后由学生根据上课所讲授的知识内容，结合自行查找文献和方法，按小组团结协作的方式独立制定方案并逐项执行，最后根据每个小组是否使用合适的实验方案成功并达到实验目标的考评依据，同时由小组成员对每个学生的贡献进行打分。不同的小组可能给出的实验方案和方法均不同，但基本都能达到教师所布置的实验目标。这样的实验课改革激发了学生的兴趣和独立思考、实践能力，也锻炼了学生的团结协作能力，受到一致好评。

(3)教学形式改革——激发学生兴趣，提升教学效果

①强化互动式课堂教学模式，增强课堂活跃度。环境微生物课程的特殊点在于集图像性、实操性和案例性于一身，单纯板书或PPT展示并不能使知识得到充分传达一言堂教学模式也无法激发学生的学习兴趣基于以上问题，改革旧的教师灌输式讲授方法，引入了话题研讨、现场辩论、案例分析、学生汇报等多种形式的教学活动。如结合所讲授章节内容设计一定的问题，通过提问、讨论、启发学生独立思考或分组讨论[5-6]，提高学生对教学的参与度。基于一定的理论和实验专题内容，分组查阅资料、制作PPT与汇报，并与教师以及其他同学开展交流探讨，提升全员参与度。

②引入翻转课堂教学模式，激发学生积极性。翻转课堂可弥补传统教学方法的不足。例如，环境微生物个体小、结构简单、传统教学手段较难表达和呈现微生物的真实结构，学生难以想象和理解，而引入多媒体课件，尤其是优质的教学录像或视频资料等，能够直观、形象地演示教学内容，加深学生的感官认识。如，对于革兰氏染色原理、病毒繁殖方式、营养物质进入细胞的方式、微生物的代谢类型、活性污泥中微生物的作用等难点，鼓励学生充分利用课下时间观看网上优质课程资源，培养学生自主学习能力。课堂上，教师根据知识点，给出逐渐深入的问题，把对知识点的讨论和分析留给学生，再由教师查缺补漏并做出评判。这种翻转模式给了学生较大权限。

③探索智慧课堂授课模式，多维度掌握学生学习过程。授课过程中，探索基于现有的新型智慧教室[7]等学习平台与终端，利用大数据和云计算等新技术，同步监测、获取、分析学生上课获取知识过程中的多方面数据，如：课堂表现、习题表现、资料搜集与总结、实操训练、团队参与积极度等，给出学生和教师建设性的学习和授课建议。同时，也可以进一步以学生为主，促使学习方式个性化，在环境工程微生物学课程中引入BYOD、碎片化学习、自主探究式学习[7]等,促进学生自主学习、创新能力的提升。

3.改革成效

针对当前社会对应用型人才培养的需要，环境工程微生物学课程开展了多维度的教学改革与探索，初步成效如下：

（1）改革后的教学模式下，学生对该课程满意度有较大提升，普遍反映课程改革有利于学生对知识的理解和运用。（2）任课老师积极筹建网络资源，参与实际工程项目，将工程案例引入课堂教学，同时，学生对课程及老师评教成绩也有一定提升。（3）学生科研与创新能力得到提升，获得了较多的大学生创新创业项目资助，达标论文与申请专利数量也有一定程度的提升。考研院校对我校学生的学习和科研能力有较高评价。此外，用人单位对毕业生一直保持较高的满意度和评价。

4.总结

随着环境污染问题的日益突出，社会对环保人才的工程应用能力的要求也随之增加。笔者围绕环境工程专业人才培养目标要求，以应用技术型人才培养目标为抓手，对环境工程微生物学理论教学、实验与实践教学以及教学方式进行了多维度的改革与探索。理论教学改革重点突出知识的系统性与课程的应用性，实验与实践教更加强调动手能力与实践技能培养，教学形式改革旨在激发学生兴趣，提升教学效果。通过对该课程改革，学生对课程及专业认同度得到提升，考研深造学校以及用人单位评价良好。