新工科背景下的环境工程微生物学实验教学改革

［摘 要］在教育部推出“新工科计划”前，国内原有环境工程微生物学实验教学过程中存在学生独立创新思考能力欠缺、实验教学软硬件陈旧落后以及教学流程形式单一低效等问题，严重影响环境工程微生物领域人才的培养质量。根据“新工科计划”对新时代工程人才的知识体系、创新教育方式与手段、教育开放融合新生态的新要求，环境工程微生物学实验教学亟须改革。针对目前环境工程微生物学教学体系中存在的典型问题，新工科背景下的环境工程微生物学实验教学改革应当从实验教学基础、实验教学实践、校企合作实践以及实验教学德育出发，构建新工科背景下的环境工程微生物学实验教学体系，培养出能够解决实际工程问题兼具工程道德伦理的爱国人才。

［关键词］新工科；环境工程微生物学；实验教学改革

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）14-0029-05

为适应新一轮科技革命和产业变革的新趋势，紧紧围绕国家战略和区域发展需要，教育部针对新工科的发展需求印发了多份文件，规定了新时代背景下具体的新工科研究与实践项目以及人才培养的实施总则。除了大力发展新兴产业需求的工科专业，也包括对传统工科专业进行升级改造。新工科更强调学科的实用性、交叉性与综合性，其内涵在于通过思维创新、机制创新、学科交叉与思想融合等不同方式与途径进行教育改革，进而推动新工科专业结构调整和人才培养质量提升，最终培养出能适应新时代产业革命和经济发展需求的高素质人才。

面临世界百年未有之大变局的国内外形势和更加复杂严峻的生态环境形势，生态文明和美丽中国建设、实现碳达峰碳中和等目标任务对生态环保人才工作提出了更高要求。目前，我国生态环保人才队伍在数量规模、结构层次、制度政策上仍然不能适应生态环保新形势新需求。

环境工程微生物学作为环境专业的轴心学科，是一门涉及环境学、微生物学、化学、药学等领域的交叉学科，研究应用用途广泛，在环保、新能源、新材料等多个领域中发挥着至关重要的作用[1]。开展环境工程微生物学实验教学改革，不仅顺应“新工科计划”中培养新兴人才的需求，也符合我国新兴生物科技领域亟待建设发展的国情。

在环境工程专业学生的课程设置中，环境工程微生物学实验是一门专业必修课，同时也是基于理论课的一门非常重要的实践课程，主要研究自然环境中的微生物形态、结构，微生物之间的相互关系以及微生物与环境间的关系，进而考察微生物对环境的影响。该课程是环境学科的一个重要课程，与水及污水处理微生物学、土壤微生物学、环境化学、环境监测等学科密切相关。除此之外，环境工程微生物学实验具有很强的技术性、实践性和专业性，需要扎实的专业基础知识及熟练的操作技能，包括懂得显微镜的使用、微生物形态的观察、微生物的计数及测量、微生物的染色、培养基的制备与灭菌、微生物的纯种分离以及菌落的观察与鉴别等。同时，开展环境工程微生物学实验，是将理论知识与实践应用相结合的重要手段，也是培养环境工程类专业学生观察能力、鉴别能力、动手能力、协作能力、运用能力等的重要途径。

一、环境工程微生物学实验教学中存在的问题

一是学生独立思考问题能力偏弱，应对实际问题的创新力不足。现今有的环境工程微生物学实验教学往往依旧遵循传统实验教学方式，内容仍局限于肉眼观察到的微生物活动迹象，缺乏引导学生深化对实验本质的理解，更不能运用原理举一反三来应对实际问题[2]。长此以往，学生的独立思考能力和创新思维发展会受到影响，更趋向于简单的“拿来主义”，仅从教师的实验讲解过程中获取知识。学生在未来参与社会实践活动以及面对实际工程问题过程中，往往因缺乏独立剖析问题的能力而难以发现问题的根源。因此，新工科背景下的环境工程微生物学实验教学改革应着重培养学生独立思考问题的能力，在原有知识体系的基础上加强培养学生应对实际问题的创新思维。

二是实验设备陈旧，交叉融合平台欠缺。工欲善其事，必先利其器。陈旧的实验设备不能够将微生物所生存的微观环境清晰地向学生展现出来，会制约学生由好奇心驱动的探索行为[3]。“新工科计划”强调新时代学科发展需要大力推动学科交叉融合，促进理工结合、工工交叉、工文渗透，孕育交叉专业，推进跨院系、跨学科、跨专业培养工程人才。部分环境工程微生物学实验教学不够重视学科交叉，无论是教学内容还是实验设备与生物、化学、材料学等主流学科均联系不够紧密。有效构建新工科背景下环境工程微生物学实验教学的融合交叉平台，需要教学相关人员完善环境工程微生物学实验教学学科交叉所需的资料与设备，逐步实现“新工科计划”对传统学科进行升级改造的目标。

三是考核形式单一，实验设计缺乏工程背景。现有环境工程微生物学实验教学考核形式单一，实验成绩主要分为出勤/预习情况、课堂实验操作、实验报告三方面。这种以实验报告为重点的考核形式忽视了充分发挥实验操作在培养学生从事自然科学工作所需严谨细致、实事求是的作风以及观察、分析和解决问题的综合素质与能力的作用。此外，实验的安排多数仅以完成对教科书内容的展示任务为主，与教科书蕴含的用知识服务实际生产实践的理念脱节。仅仅将观察到的实验结果作为学生实验教学的结束，学生不能将实验结果与实际生产应用相联系，不利于培养学生的工科思维和工程实践能力。

二、开展环境工程微生物学实验教学改革的必要性

环境工程微生物学是高校环境工程相关专业学生必修的一门基础课，重点引导学生学习系统的微生物学知识和实验操作技能。环境工程微生物学技术已经广泛应用于现代农业、工业发酵、生物工程、食品、环境和医学卫生等领域。“新工科计划”背景对环境工程微生物学实验教学体系提出了更高的要求，主要包括以下几方面：（1）树立工程教育新理念， 提升学生解决工程问题的能力；（2）创新工程教育教学组织模式， 推动学科交叉融合；（3）完善多主体协同育人机制，推进产教融合、校企合作的机制创新。此外，新工程背景下的环境工程微生物学实验教学应在实践教学过程中引入企业的指导，培养出更符合行业、企业需求的复合型人才。因此，开展环境工程微生物学教学尤其是实验教学方面的改革势在必行。

三、新工科背景下的环境工程微生物学实验教学体系改革探索

根据新工科对传统学科升级改造的要求，应把实践教学放在教学工作中的突出位置。同时，针对目前环境工程微生物学实验教学体系中已存在的问题，新工科背景下实验教学体系的构建需要对实验教学过程的各个阶段、内容进行改革。根据其需要改革的不同部分可将实验教学体系分为四个模块即实验教学基础模块、实验教学实践模块、校企合作实训模块和实验教学德育模块。虽然不同模块包含的内容有所区别，但模块之间环环相扣、互相影响，每个模块对于新工科背景下环境工程微生物学实验教学体系的构建都是不可或缺的一环。

（一）实验教学基础模块

实验教学的顺利开展需要坚实的基础作为支撑，主要包括实验理论知识教授途径、教师科研成果传播平台、自主开发实验教学设备和数字化实验教学平台。整个模块以学生为中心，为学生提供广阔的教学平台、优秀的教师资源以及先进的实验设备，建立新工科所必需的实验教学基础，保障环境工程微生物领域人才培养质量。

（二）实验教学实践模块

实验教学实践模块包括自主实验设计环节、学生实验实践环节以及实验教学考核制度。改变传统实验教学流程，让实验教学不再局限于加深学生对课本理论知识的理解，更多的是要培养学生自我探索、实事求是的工科精神，同时结合针对性强的考核制度，培养学生自主发现问题并动手设计方案与解决问题的能力。

（三）校企合作实训模块

为培养学生的工科思维与工程实践能力，高校应与企业合作实施校内实训和校企联合实训环节，为学生提供真实的工程实践环境，使学生能够得到真实的工程体验，引导学生对工程进行认知，提升学生的工程实践能力，为未来环境工程微生物领域人才进入企业工程实践、科技创新铺设道路。

（四）实验教学德育模块

本模块不仅包括正确专业道德观教育、工程师职业操守教育以及科学家榜样形象树立，还包括将爱国主义教育以及学校的人文精神、人文情怀融入实验教学。如果培养出的学生学识渊博但不能将他的知识运用在正确的方面，就会给社会带来不良影响[4]。在教学过程中应引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观，培育学生爱国精神，树立爱国科学家榜样形象，让学生用所学所长服务他人、为社会做贡献，提高自身社会价值。同时，利用学校文化底蕴优势，培养具有独特人文气质的环境工程微生物领域人才。

四、新工科背景下的环境工程微生物学实验教学体系建设探索

“新工科计划”赋予工科人才培养新的意义，对人才的定义不仅仅指某些领域内拥有卓越能力的人，更多的是指具有专业职业素养并作为科研人员榜样、发扬科研精神、奉献自我服务社会、助力国家发展的复合型人才，能够向世界展示中国领先的科研能力以及富有人文底蕴的科研大国形象。因此要根据“新工科计划”中的具体相关要求，建设新工科背景下的环境工程微生物学实验教学体系中的各个模块，通过实验实践过程培养学生扎实的专业基础，加强校企合作和工程教育，培养有能力、有素养的环境工程微生物领域人才。

（一）实验教学基础建设

在互联网时代，教育行业应突破线下教学局限，开辟线上教学新天地。实验教学虽然需要大量线下实践操作，但这并不意味着实验教学不能利用互联网资源。上实验课时，学生在学习过程中往往会有所疏漏，特别是较为精细的实验操作。这时学生可利用互联网平台补充知识。在现有慕课、学习通等不同端口学习平台甚至是多媒体网站[5]，教师可上传理论知识资料用于学生预习、复习以加深理解，也可上传更多实操实验视频，助力学生拓宽视野、提高科研兴趣。此外，可在互联网平台上展示教师研究成果与特色，让学生接触环境工程微生物领域的前沿研究，加强学生与教师之间的学术联系。平台硬件建设与师资软件建设两手抓，为学生创造良好的学习条件，培养复合型的环境工程微生物领域人才。

（二）实验教学实践建设

在新工科背景下，应让理论学习不再专注于知识点的灌输，充分调动学生的主观能动性，将理论与实践相结合，将课本内容对应的环境工程微生物学实验同现实中的用途和应用相联系，为基础实验增添相应的拓展实验。例如开展生态环境中微生物的检测与分离实验，选择特殊生态环境将微生物分离出来后提供特定生存环境，定向筛选出环境耐受性的微生物。此外，为满足学生对环境工程微生物学实验的需求，相关实验设备也应及时更新，首先应更新老旧的设备，提高设备精度，保证微生物培养环境多样性，结合课本实验流程配备相关实验设备，调动学生主观能动性，提高学生专业实操能力。结合现有环境工程微生物应用，可搭建简易环境微生物反应器、环境微生物产品生产流水线供学生参考，帮助学生加深了解环境工程微生物学的实际工程应用。

（三）校企合作实训建设

除了在实验室开展教学实验，学校应与企业加强合作，打通校企合作通道。由企业提供实验课拓展方案、制订实验流程，学校依据实验方案准备相应的实验设备，让学生学习环境工程微生物学在企业工程中的实际应用。定期带领学生参观企业工程流水线，参加企业科学讲座，了解团队合作进行工程研究与课程实验的区别所在。此外，企业可增设实习岗位，通过让有意向的学生报名参与考核、面试来确定岗位人选。若学生实习期间表现良好，经过学校、企业、学生三方面会谈，企业可待学生完成学业后直招学生入职。企业可在学校毕业季开放优先岗位招聘，欢迎环境工程微生物学专业学生应聘入职，为学生缓解就业压力。通过这种模式来培养学生工程思维、提升学生工程实践能力，可以帮助学生顺利进入社会科研行业并成为环境工程微生物领域研究人才，运用所学所见推动环境工程微生物领域发展。

（四）实验教学德育建设

一是开展工程伦理道德观教育，培育工程师职业操守。实验教学过程和实验前的理论教学都不能忽视工程伦理道德观教育。理论从实践中来，又服务于实践。教师应让学生铭记环境工程微生物学知识是一把双刃剑，它可以用于社会生产，提高社会生产力，推动社会发展，造福社会，也可以改变环境引发物种危机，甚至被制成生化武器，危害社会公共安全。学生在校期间应当树立正确的工程伦理道德观，步入社会后将所学专业知识与技能运用在正确的地方。同时，教师应实事求是、做事严谨，在对学生职业操守培育方面应认真对待，培养学生强烈的责任感和扎实的专业能力。

二是弘扬科研精神，让爱国精神永流传。实验课之余，应当积极开展学生文化活动，丰富学生的文化内涵，要让未来的科研工作者不仅有精湛的科研技术，也有文化内涵和人文精神。增强学校凝聚力、展示学校特色，让学生走出学校也能一展母校风采。学校或学院举办活动时应当融入环境工程微生物学的相关元素，让更多非本专业学生、教师甚至校外人员都能领略环境工程微生物学的专业魅力，增强学校环境工程微生物学的专业自信。此外，加强学生爱国主义教育，引导学生向爱国科学家榜样看齐，未来在自己的岗位上奋勇前进、发光发热，推动祖国环境工程微生物学科技发展。

五、结语

在当下由科技驱动发展的时代，为培养环境工程微生物领域人才，让我国的生物科技、生物工程赶超发达国家，根据新工科的要求对环境工程微生物学实验教学实施改革势在必行。本文结合新工科的要求，从实验教学基础、实验教学实践、校企合作实训和实验教学德育四个模块针对传统环境工程微生物学实验教学中存在的问题进行相应的实验教学改革。其中，实践是培养环境工程微生物领域人才最重要的一个环节，对提高人才工程素养和工程能力起着重要作用。此外，教师在实验教学环节中应带领学生投身实践，增强学生综合运用所学理论知识和技术手段分析并解决工程问题的实践能力。同时，高校应与企业密切合作，把企业工程实践生产融入专业教学，让学生了解行业情况与国内外发展趋势，拓宽学生视野。在专业人才培养过程中，应注重在实践环节中以德树人，培养学生严谨细致、实事求是的科研作风以及服务社会、奉献国家的高尚情操，推动环境工程微生物学实验教学效果的提升。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 史春薇，杨占旭，王吉林，等.新工科背景下环境微生物学课程实践教学育人模式的探索[J].微生物学通报，2020（4）：1202-1209.

[2] 刘小风，曹晓燕，江慎华.新工科下化工原理实验教学改革的研究[J].化工管理，2023（1）：47-50.

[3] 武秀琴，李印霞，张庆甫.环境工程微生物学实验教学改革探索[J].中国现代教育装备，2016（19）：45-47.

[4] 魏桃员，郭绍东，谢世伟，等.新工科背景下的水处理微生物学课程教学改革研究[J].实验科学与技术，2022（2）：67-72.

[5] 徐升，刘亚敏，陈艺兰，等.高校在线课程思政建设探索：以环境工程微生物学课程为例[J].大学教育，2021（7）：9-12.

［责任编辑：庞丹丹］