程 翔 孫德智

（北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083）

“環(huán)境工程微生物學(xué)”是我國高等學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)核心課程之一，該課程的理論與實(shí)踐內(nèi)容十分豐富。隨著全球范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境問題日益表現(xiàn)出的普遍性、嚴(yán)重性和復(fù)雜性，環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的新理論和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，包括微生物學(xué)在內(nèi)的生命科學(xué)也發(fā)展迅速，尤其在分子水平上的研究更是取得了豐碩的成果。這就要求“環(huán)境工程微生物學(xué)”課程的知識內(nèi)容和理論體系必須隨之拓展和更新，對課程教學(xué)的任務(wù)、內(nèi)容和方式不斷進(jìn)行調(diào)整和改革，以適應(yīng)社會的需求。

北京林業(yè)大學(xué)“環(huán)境工程微生物學(xué)”課程被列為環(huán)境工程專業(yè)必修課和專業(yè)基礎(chǔ)課，總計(jì)48學(xué)時(shí)，其中理論課32學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)課16學(xué)時(shí)。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，如何使專業(yè)學(xué)生較全面地掌握環(huán)境工程微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論體系、核心知識內(nèi)容和基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析事物的能力、利用微生物學(xué)理論知識解決環(huán)境問題的能力和創(chuàng)新能力，是本課程的中心任務(wù)?；诖?，筆者對該課程近幾年的教學(xué)情況和成果進(jìn)行了綜合分析，對問題和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)和研究。

一、課程的定位

“環(huán)境工程微生物學(xué)”在整個(gè)環(huán)境工程專業(yè)的課程體系中是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。它既包括基礎(chǔ)微生物學(xué)的知識內(nèi)容（微生物的分類、形態(tài)結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)、代謝、生長繁殖、生態(tài)、遺傳和變異等），還包括微生物在環(huán)境物質(zhì)循環(huán)和環(huán)境污染控制中的作用原理（微生物在元素循環(huán)中的作用、微生物對污染物質(zhì)的降解和轉(zhuǎn)化等）以及微生物新技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用等方面的內(nèi)容［1］。因此，環(huán)境工程微生物學(xué)不等同于環(huán)境中的普通微生物學(xué)，也不是環(huán)境污染的生物處理工程。“環(huán)境工程微生物學(xué)”是在學(xué)生不具備微生物學(xué)的基礎(chǔ)理論知識的背景下，通過介紹與環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域相關(guān)的微生物學(xué)基礎(chǔ)知識理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，為后續(xù)的水、空氣、固體廢棄物污染控制工程以及污染環(huán)境的生態(tài)修復(fù)等專業(yè)主干課程提供知識儲備和理論基礎(chǔ)。這就是“環(huán)境工程微生物學(xué)”課程學(xué)習(xí)的目的和任務(wù)。這一點(diǎn)對于“環(huán)境工程微生物學(xué)”課程教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)都非常重要，它決定了整個(gè)課程的邏輯結(jié)構(gòu)、重點(diǎn)內(nèi)容和教學(xué)方式。也就是說，“環(huán)境工程微生物學(xué)”的教與學(xué)，必須突出環(huán)境污染治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的主題，將微生物學(xué)的知識理論和環(huán)境領(lǐng)域的工程實(shí)踐緊密結(jié)合，才能取得良好的教學(xué)效果。

二、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

目前，各個(gè)學(xué)校編寫了不少環(huán)境微生物學(xué)的教材。其中，周群英和王士芬編著的《環(huán)境工程微生物學(xué)（第三版）》為廣大高校的環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)所采用，它基本可以滿足一般工科類院校的教學(xué)要求。但是，在使用的同時(shí)，各學(xué)校還應(yīng)根據(jù)自身的專業(yè)特色，對其中各章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行取舍，并針對各自的專業(yè)適當(dāng)增加內(nèi)容，比如土壤微生物、海洋微生物等，以體現(xiàn)學(xué)科的優(yōu)勢研究領(lǐng)域。

在“環(huán)境工程微生物學(xué)”的教學(xué)過程中，把握好基礎(chǔ)微生物學(xué)和微生物在污染控制中的作用兩部分的關(guān)系十分重要。前者是后者的理論基礎(chǔ)，后者則是前者的工程應(yīng)用，重點(diǎn)則是環(huán)境工程實(shí)踐中的微生物學(xué)原理。如果對微生物的結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)、代謝等內(nèi)容介紹過多，課程容易演變?yōu)榧?xì)胞生物學(xué)、微生物生理學(xué)或生物化學(xué)等；而對污染控制的具體工藝過程涉及過多，又容易重復(fù)污染控制工程的課程內(nèi)容。因此，在課程教學(xué)時(shí)，應(yīng)合理安排這兩部分的比例。另一方面，“環(huán)境工程微生物學(xué)”的教學(xué)還應(yīng)處理好與其他相關(guān)課程的相互關(guān)系。北京林業(yè)大學(xué)開設(shè)的“植物學(xué)”“環(huán)境生物學(xué)”等課程與“環(huán)境工程微生物學(xué)”之間存在一定的聯(lián)系，3門課程在如細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生理代謝、遺傳變異等知識內(nèi)容上均有一定的論述，但課程核心和重點(diǎn)內(nèi)容各不相同。在講解“環(huán)境工程微生物學(xué)”時(shí)，應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)微生物細(xì)胞、生理、遺傳方面的獨(dú)特性，并對這些特性在環(huán)境工程領(lǐng)域的應(yīng)用展開詳細(xì)介紹。也就是說，在教學(xué)過程中需要注意知識單元的邏輯銜接，注重課程體系的統(tǒng)一性，要明確課程的側(cè)重點(diǎn)，避免重復(fù)。

基于當(dāng)前環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科的飛速發(fā)展，“環(huán)境工程微生物學(xué)”的課程教學(xué)還應(yīng)緊密結(jié)合當(dāng)前環(huán)境污染控制和生態(tài)修復(fù)相關(guān)領(lǐng)域的新進(jìn)展，而不能只停留在傳統(tǒng)污染處理工藝的微生物學(xué)原理上。教師通過對最新污染控制工程理論和技術(shù)的微生物學(xué)原理進(jìn)行解析，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、專業(yè)的熱情，樹立投身環(huán)境保護(hù)事業(yè)的志向，課程的教學(xué)效果也會隨之提高。例如，在廢水生物處理的微生物學(xué)原理部分，筆者介紹了這幾年比較受關(guān)注的利用好氧顆粒污泥處理高負(fù)荷、強(qiáng)毒性有機(jī)廢水的新工藝，解析了活性污泥微生物胞外聚合物在好氧顆粒污泥形成中的作用以及生物處理系統(tǒng)由于污泥濃度大幅增加而帶來的高效性，來強(qiáng)調(diào)通過利用微生物的生理生化特性進(jìn)行廢水處理技術(shù)的革新。學(xué)生對這些新內(nèi)容的反饋很活躍，也引發(fā)了很多討論。

三、教學(xué)方法的改革和創(chuàng)新

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代社會的快速信息化，傳統(tǒng)的、單一的灌輸式教學(xué)方法難以取得滿意的教學(xué)效果，也無法滿足當(dāng)前創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求。大學(xué)課堂的教學(xué)必須與時(shí)俱進(jìn)，應(yīng)借助多媒體、網(wǎng)絡(luò)以及最新的科研成果和成功的工程實(shí)例，來豐富教學(xué)的內(nèi)容和形式，提高教學(xué)效率和效果［2］。

（一）合理使用多媒體課件

根據(jù)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)的原理，對于同樣的信息，圖像比文字容易被信息接受者所記憶，這就是所謂的“圖象優(yōu)勢定律”［3］。在傳授以敘述性為主的知識內(nèi)容時(shí)，合理使用形象思維方法，可以幫助學(xué)生提高記憶力；而信息的幾何形狀、色彩、字符對形象思維的建立起著相當(dāng)大的作用。環(huán)境工程微生物學(xué)的研究對象是肉眼看不見的微小生物，在教學(xué)中通過展現(xiàn)大量生動(dòng)形象的微生物照片，可以使學(xué)生容易認(rèn)識和區(qū)分種類繁多的微生物，印象深刻，易于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。例如，在比較G＋和G-細(xì)菌的結(jié)構(gòu)時(shí)，通過對細(xì)胞圖片的詳細(xì)講解可以清楚地說明二者的區(qū)別：G-細(xì)胞由胞外到胞內(nèi)依次為外膜、細(xì)胞壁、周質(zhì)空間及原生質(zhì)膜，而G＋則為細(xì)胞壁、原生質(zhì)膜；同時(shí)，G-細(xì)菌的細(xì)胞壁上僅有一層很薄的肽聚糖，但脂肪層較厚，相反G＋細(xì)菌的細(xì)胞壁含有多層肽聚糖，而脂肪卻相對較少。這樣，學(xué)生對G＋和G-細(xì)菌細(xì)胞壁差別的認(rèn)識就會十分深刻，為此后順利開展革蘭氏染色實(shí)驗(yàn)提供了理論基礎(chǔ)。在介紹微生物代謝、遺傳等較為抽象的知識內(nèi)容時(shí)，教師可以合理采用示意圖、動(dòng)畫等形式來進(jìn)行講解，將有效提高學(xué)生對知識的理解和掌握水平。例如，在微生物的遺傳和變異一章中，筆者采用Flash動(dòng)畫演示了微生物遺傳的經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)即肺炎鏈雙球菌感染小白鼠實(shí)驗(yàn)，使原本抽象難懂的概念和理論變?yōu)樯鷦?dòng)的畫面，教學(xué)效果明顯改善。事實(shí)上，國內(nèi)外一些著名高校、環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)站上和國外優(yōu)秀原版微生物教材中有許多高質(zhì)量的微生物圖片、教學(xué)課件和研究成果，教師可以將其作為本課程的教學(xué)素材來加以使用，豐富教學(xué)內(nèi)容，開闊學(xué)生視野。

（二）充分利用科研成果和工程實(shí)例

大學(xué)階段的人才培養(yǎng)正日益與科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的發(fā)展緊密聯(lián)系，這就要求“環(huán)境工程微生物學(xué)”的教學(xué)要注重結(jié)合科學(xué)研究和工程實(shí)踐，不斷地加入新的科研成果和工程實(shí)例來說明課程的基本知識和基礎(chǔ)理論。同時(shí)教師也不能脫離科學(xué)研究和工程實(shí)踐而單純地搞教學(xué)工作。只有長期參加科研實(shí)踐的教師，才能使自已的教學(xué)內(nèi)容更加具有前沿性、獨(dú)創(chuàng)性和啟發(fā)性，在豐富自己的教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)加深學(xué)生對知識的理解；也只有將教學(xué)與工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來，才能更有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力［4］。例如，筆者在教學(xué)過程中選取了微生物燃料電池研究中最新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌鞭毛充當(dāng)“納米導(dǎo)線”的現(xiàn)象作為背景材料，展開討論，分析了細(xì)胞鞭毛的電子傳遞功能在物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝中發(fā)揮的作用。這個(gè)例子在介紹微生物學(xué)知識的同時(shí)，很好地詮釋了如何恰當(dāng)?shù)乩梦⑸锏奶匦詠斫鉀Q環(huán)境問題和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。又如，通過介紹實(shí)際工程項(xiàng)目——煤氣廢水生物處理系統(tǒng)中活性污泥的馴化過程，說明了微生物遺傳和變異的特性對于有毒有害工業(yè)廢水處理的重要意義。

（三）改變傳統(tǒng)教學(xué)模式

在當(dāng)前大學(xué)教學(xué)中，課時(shí)的有限性與知識的增長性之間的矛盾日益突出，“環(huán)境工程微生物學(xué)”這門新興的交叉學(xué)科尤為如此。所以，教師在授課時(shí)，應(yīng)更加注重所介紹內(nèi)容的質(zhì)和量，將多而雜的信息進(jìn)行疏理與歸納，并以更加靈活的方式傳達(dá)給學(xué)生。這就要求教師在教學(xué)模式上進(jìn)行變革，改變以往單一的注入式教學(xué)方法，采用多種方法有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，將教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位相結(jié)合，從而在傳授知識的同時(shí)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

研究表明，提問、引入和討論等啟發(fā)式教學(xué)方法比起傳統(tǒng)的注入式教學(xué)模式更為吸引人，更能收到事半功倍的效果。一方面，啟發(fā)式教學(xué)可以促進(jìn)師生之間的互動(dòng)，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣；另一方面，啟發(fā)式教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生將書本知識應(yīng)用于實(shí)際的思考和分析等綜合能力?？傮w來講，一些基礎(chǔ)性知識的教學(xué)，可以以教師講解為主，但講解的內(nèi)容要少而精，留一部分內(nèi)容讓學(xué)生自己去消化吸收。對于理解性的知識內(nèi)容，教師要啟發(fā)學(xué)生積極思考，有些問題要引而不發(fā)，導(dǎo)而不講，讓學(xué)生自己通過分析和總結(jié)來深化認(rèn)識。此外，還應(yīng)注意到高年級本科學(xué)生已經(jīng)具有一定的自學(xué)能力，對于一些比較淺顯的、多門環(huán)境類課程反復(fù)涉及的章節(jié)內(nèi)容或非核心知識單元，完全可以安排由學(xué)生自學(xué)來完成。例如，在講解微生物在氮素循環(huán)中的作用時(shí)，筆者詳細(xì)介紹了硝化作用、反硝化作用等生化反應(yīng)過程及其影響因素，所以在講解廢水微生物的脫氮原理時(shí)，采取了“學(xué)生自學(xué)為主，教師組織討論和總結(jié)”的教學(xué)方式。這種教學(xué)方式既節(jié)省了課時(shí)，同時(shí)又鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力、認(rèn)識能力和分析能力，為以后的科研創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。

四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的挑選和設(shè)置

如果說理論教學(xué)的課堂容易出現(xiàn)“教師—學(xué)生”信息單向流動(dòng)的現(xiàn)象，那么實(shí)驗(yàn)課則毫無疑問是以學(xué)生為主體進(jìn)行的教學(xué)和認(rèn)識活動(dòng)。環(huán)境工程微生物學(xué)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科，其實(shí)驗(yàn)部分的內(nèi)容對整個(gè)課程教學(xué)的效果會產(chǎn)生重要影響?；诖?，北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院從2011年開始將本門課程的實(shí)驗(yàn)部分從10學(xué)時(shí)提高至16學(xué)時(shí)（每學(xué)時(shí)100min），并單獨(dú)設(shè)課，稱為“環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”?！碍h(huán)境工程微生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)課是加深學(xué)生對該門課程理論知識的理解、培養(yǎng)學(xué)生的微生物實(shí)驗(yàn)技能以及提高學(xué)生運(yùn)用微生物學(xué)知識理論分析和解決環(huán)境問題能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。有學(xué)者將這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為驗(yàn)證性、綜合性、研究性和生產(chǎn)實(shí)踐性等4種類型，筆者認(rèn)為此分類具有重要的參考價(jià)值［5］。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)，是理解和掌握環(huán)境工程微生物學(xué)知識內(nèi)容的基本保證，其實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容相對固定，比如北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院開設(shè)的“光學(xué)顯微鏡的操作及細(xì)菌、放線菌、霉菌的形態(tài)觀察”“活性污泥微生物的顯微鏡觀察”“革蘭氏染色技術(shù)”“培養(yǎng)基配制及滅菌技術(shù)”“細(xì)菌純種分離、培養(yǎng)和接種技術(shù)”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其他3類實(shí)驗(yàn)是在不同深度和廣度上對所學(xué)內(nèi)容的拓展和綜合運(yùn)用，起著開發(fā)學(xué)生研究熱情和創(chuàng)新欲望的作用，其具體內(nèi)容的選擇往往有很大差異。對于這部分內(nèi)容，目前北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院已開設(shè)及計(jì)劃開設(shè)的有“水中總大腸菌群的測定”“空氣中微生物的測定”“土壤微生物的類型、數(shù)量及分布分析”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容相對完整，學(xué)生需要對實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，通過對身邊的實(shí)際樣品（如宿舍區(qū)污水、道路空氣和校園土壤等）進(jìn)行檢測和分析來確定自己周邊環(huán)境的質(zhì)量水平，這些實(shí)驗(yàn)都得到了很好的教學(xué)效果。但總體上，該部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍在不斷完善中。4種不同類別的實(shí)驗(yàn)對于課程的教學(xué)都十分重要，不可彼此替代，不可顧此失彼，其優(yōu)化組合則可以實(shí)現(xiàn)“環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”實(shí)用性、趣味性、創(chuàng)新性的統(tǒng)一。各學(xué)?？梢愿鶕?jù)自身的教學(xué)條件，合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體內(nèi)容和比例，從而達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

［1］周群英，王士芬.環(huán)境工程微生物學(xué)［M］.3版.北京：高等教育出版社，2008：1-375.

［2］包俊江，邢世路，田瑞.環(huán)境工程微生物教學(xué)過程中網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2004，13（1）：137-138.

［3］賓麗英.啟發(fā)式教學(xué)法在“環(huán)境工程微生物學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2007，7（增刊）：132-133.

［4］楊朝暉，曾光明，劉云國，等.環(huán)境工程微生物學(xué)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐［J］.大學(xué)教育科學(xué)，2004（3）：45-47.

［5］王國惠.環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究［J］.微生物學(xué)通報(bào)，2005，32（2）：144-145.