李菁，徐玲玲，申圓圓，馮航

（西安文理學院 生物與環(huán)境工程學院，陜西 西安）

一 引言

環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)重點培養(yǎng)具有環(huán)境學與生態(tài)學基本理論以及環(huán)境污染治理與修復、生態(tài)環(huán)境工程設(shè)計、生態(tài)環(huán)境檢測、環(huán)境影響評價等專業(yè)技能的應(yīng)用型人才[1]?！董h(huán)境微生物學》是環(huán)境污染治理與微生物學相結(jié)合的一門交叉學科，作為專業(yè)核心課程，可為后續(xù)系列專業(yè)課程打下堅實基礎(chǔ)。環(huán)境微生物學實驗作為《環(huán)境微生物學》課程中重要的實踐環(huán)節(jié)，與理論課程教學相輔相成。實驗教學是幫助學生理論聯(lián)系實際的窗口，不僅可以使學生掌握微生物學實驗的基本操作技能和實驗方法，還有助于培養(yǎng)學生對環(huán)境微生物的研究興趣和科學思維，提高學生分析問題、解決問題的綜合能力[2]。

二 改革前實驗教學中存在的問題

傳統(tǒng)的環(huán)境微生物學實驗教學內(nèi)容主要以實驗操作技術(shù)訓練和驗證性實驗為主，不同實驗彼此之間關(guān)系較為獨立松散，缺乏系統(tǒng)性和連貫性，不利于學生對所開設(shè)的實驗有一個全局性的理解和認識[3]。原有實驗內(nèi)容設(shè)置沒有凸顯出“環(huán)境”相關(guān)的專業(yè)特色。每個實驗課時分配均等，由于不同實驗操作的復雜程度和所用時間不同，有些實驗學生很快就可以完成，而有些實驗學生普遍在課時內(nèi)無法完成，時間拖延影響到后面的排課。實驗課上只要按照實驗操作流程做下來就可得到預期結(jié)果，對學生而言缺乏挑戰(zhàn)性，無法激發(fā)學生的學習興趣。

原有的環(huán)境微生物學實驗課程授課形式固化，教師講授實驗原理和實驗步驟，強調(diào)實驗注意事項，然后由學生進行實驗操作，在過程中教師予以技術(shù)指導，課后學生完成并上交實驗報告。在這種授課形式下，學生只能單純地學到幾項基礎(chǔ)的實驗技術(shù)，并沒有給學生提供思考和創(chuàng)新的空間，不利于學生科學思維的養(yǎng)成和研究能力的培養(yǎng)。導致學生在實驗課上缺乏學習積極性和主動性，對實驗內(nèi)容印象不深。

改革前實驗課程考核形式單一，僅憑實驗報告的寫作質(zhì)量進行打分，最后將每次實驗報告的成績計算平均值作為實驗課的最終成績，缺乏實驗過程性考核?；谶@種成績評定形式，很多學生不再重視實驗操作過程。驗證性實驗結(jié)果單一且可預期，實驗報告相互抄襲現(xiàn)象嚴重，實驗成績無法客觀全面地反映出學生的學習態(tài)度和實驗技能水平，有失公平。

基于上述環(huán)境微生物學實驗課程教學中存在的諸多問題，亟需進行課程教學改革來打破實驗教學面臨的困境，根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標及社會需求，構(gòu)建新的實驗教學內(nèi)容，創(chuàng)建新的教學模式和成績評定體系，充分激發(fā)學生學習的積極性和創(chuàng)造性，使學生的綜合能力得到鍛煉和提高。

三 實驗課程改革方案及措施

（一）結(jié)合專業(yè)特色，優(yōu)化實驗教學內(nèi)容

在不改變實驗課學時的基礎(chǔ)上，把原有的驗證性實驗進行了部分刪減，并對原本相對獨立的實驗進行了重組，將課程實驗分為三大模塊：1.微生物實驗安全及操作技術(shù)；2.微生物觀察及特征測定；3.環(huán)境微生物檢測。各模塊所含實驗內(nèi)容、實驗類型及所占學時數(shù)如表1所示。其中模塊1重在幫助學生建立實驗室安全意識、培養(yǎng)良好的實驗習慣和基礎(chǔ)實驗操作技能；模塊2在實驗操作的基礎(chǔ)上對微生物的形態(tài)、數(shù)量生化特征等進行觀察，以驗證性實驗為主；模塊3為綜合性設(shè)計性實驗，讓學生靈活應(yīng)用前兩個實驗模塊所學習和掌握的微生物學實驗技能，分別對土壤、空氣和水三種環(huán)境介質(zhì)以及日常生活環(huán)境中的微生物進行檢測，包括微生物的數(shù)量、種類、性質(zhì)、分布等方面。模塊3的實驗學生以小組形式進行，圍繞校園內(nèi)及校園周邊環(huán)境，由學生自己查閱相關(guān)文獻，自行設(shè)計實驗方案及采樣實施，最終以小組研究報告的形式呈現(xiàn)。

表1 《環(huán)境微生物學》模塊化實驗設(shè)置

（二）教學手段融合，豐富授課形式

限于課堂學時，為了增加學生在實驗操作、師生互動及思考討論環(huán)節(jié)的時長占比，需相應(yīng)縮減教師在課堂上的講授時間。為此教師團隊在超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學平臺（手機端對應(yīng)“學習通APP”）建設(shè)了《環(huán)境微生物學實驗》網(wǎng)絡(luò)課程，將實驗課程PPT、實驗教材電子版、實驗教學演示視頻及相關(guān)拓展閱讀參考文獻等資料均上傳課程網(wǎng)絡(luò)平臺作為線上學習資源，并建立作業(yè)習題庫及留言討論板[4]。改革后的實驗課充分利用網(wǎng)絡(luò)教學平臺，通過課前向?qū)W生布置預習任務(wù)的形式，調(diào)動學生學習的主觀能動性，讓學生通過線上自學的方式提前熟悉實驗目的與要求、實驗原理、實驗用品、操作步驟及注意事項等內(nèi)容。教師在課上通過提問、抽查等形式來檢查預習效果及預習報告的完成情況。即使學生的自主學習能力得到發(fā)揮，又節(jié)省了課堂講授時間，教師只需強調(diào)、演示操作重點，講授操作難點即可[5]。

對于觀察類實驗，鼓勵學生用手機對實驗結(jié)果進行拍照記錄，尤其是針對微生物形態(tài)特征的顯微觀察，并上傳至網(wǎng)絡(luò)課程平臺討論區(qū)，實現(xiàn)結(jié)果共享。一方面有助于在學生之間構(gòu)建實驗結(jié)果交流討論的橋梁，另一方面便于教師對實驗結(jié)果進行評分。課上待全部完成實驗操作后，由教師對整個實驗過程中操作情況進行總結(jié)，并布置開放性思考題讓學生交流討論，以達到啟迪思維、拓寬思路的教學目的。

（三）加強過程性考核，綜合評定課程成績

改變以往僅憑實驗報告打分的單一成績評定形式，提高過程性考核成績占比，并對各成績組成部分進行細化打分。改革后實驗課程總評成績組成如圖1所示。優(yōu)化后的成績評定體系共由7部分構(gòu)成，涵蓋課前、課中和課后三個階段的各個環(huán)節(jié)，從課前預習完成度、課上考勤、實驗操作過程的認真度及專業(yè)度、對實驗相關(guān)科學問題的思考和表達、實驗完成后臺面的整潔度以及課后要完成的實驗報告和網(wǎng)絡(luò)課程作業(yè)習題等多個環(huán)節(jié)進行全面系統(tǒng)的考核打分。這種成績綜合評定形式能客觀全面地體現(xiàn)出每位學生的學習態(tài)度、操作技術(shù)以及思維能力，有效杜絕投機取巧和渾水摸魚現(xiàn)象。

圖1 《環(huán)境微生物學》實驗課程考核成績組成及占比

四 實驗課程改革成效

（一）突出專業(yè)特色，激發(fā)學習興趣

優(yōu)化后的實驗課程體系更加完善，實驗之間邏輯關(guān)系更加清晰，根據(jù)課程設(shè)置順序?qū)訉舆f進。實驗內(nèi)容與專業(yè)聯(lián)系更加緊密，充分體現(xiàn)出“環(huán)境生態(tài)工程”的專業(yè)特色。學生利用前期所學的微生物學基礎(chǔ)實驗技能對環(huán)境中的微生物進行檢測，通過對土壤、空氣、水體中的微生物進行分離、計數(shù)、純化、鏡檢等過程，加深學生對環(huán)境微生物的分布、種類、數(shù)量、特征等方面的認識和理解。綜合性設(shè)計性實驗比例顯著增加，使學生分析、解決問題及團隊協(xié)作能力得到有效鍛煉，激發(fā)了學生的學習興趣，創(chuàng)新能力得到了培養(yǎng)和提高。學生在實驗過程中表現(xiàn)出極大的興趣，各小組前期積極進行文獻查閱、討論和制定實驗方案，過程中團隊成員間相互協(xié)作開展實驗，后期撰寫完成研究報告，組間以PPT形式進行研究項目成果分享。通過“生活中的微生物檢測”實驗，學生不僅可以生動直觀地體會到“微生物無處不在”“人類與微生物共存”等理念，也有助于提高學生的健康衛(wèi)生意識，培養(yǎng)學生注意個人清潔、保持生活環(huán)境衛(wèi)生等良好的生活習慣。

（二）學習自主性提高，課堂氣氛活躍

改革后的《環(huán)境微生物學》實驗課程，減少了課上教師的講授時間，增設(shè)了學生課前自學任務(wù)，并將預習報告完成情況作為考核成績的組成部分。優(yōu)化后的授課形式改變了傳統(tǒng)的“灌輸式”教學方式，引導學生通過自主學習來達到理解實驗原理、熟悉實驗步驟的目標，調(diào)動學生學習的主觀能動性。在實驗操作結(jié)束后增加總結(jié)和討論環(huán)節(jié)，由教師提出一個與本實驗相關(guān)的科學問題，引導學生思考、討論并表達自己的觀點。例如，在“培養(yǎng)基的配制技術(shù)”課上向?qū)W生拋出一個問題：如果需要培養(yǎng)一種在深海中分離得到的未知微生物并對其開展研究，如果現(xiàn)有參考資料中的培養(yǎng)基配方都不適用，你該怎樣針對這種微生物研發(fā)一種新的培養(yǎng)基？圍繞這一問題學生深入思考、熱烈討論后積極發(fā)言，最后由教師提煉總結(jié)，引出設(shè)計培養(yǎng)基的原則和方法，包括生態(tài)模擬、正交試驗設(shè)計等內(nèi)容，不僅使學生思考問題和解決問題的能力得到鍛煉，還使學生學到的知識內(nèi)容得以延伸和拓展。

（三）綜合能力提高，實踐成果顯著

自《環(huán)境微生物學》實驗教學改革以來，經(jīng)過三年的實踐成效顯著。學生的學習態(tài)度有了明顯改觀。設(shè)計性實驗要求自主學生查閱文獻并進行實驗方案設(shè)計，鍛煉了學生利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺搜索和閱讀研究相關(guān)科技文獻的能力，同時還培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)目茖W研究思維。綜合性實驗要求學生把微生物學基本實驗操作技能貫穿起來反復運用，經(jīng)過反復練習，學生實驗操作技能越來越規(guī)范、熟練。通過實驗課程的學習，學生思考問題、分析問題和解決問題的能力均有所提升，養(yǎng)成了良好的實驗習慣，實驗操作技能和科技論文的閱讀和寫作能力均得到鍛煉和強化，綜合素質(zhì)顯著提高。圍繞“環(huán)境微生物”選題，本專業(yè)學生報名參加學科競賽及大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的積極性顯著提升，近三年來獲得國家級和省級大創(chuàng)項目立項10余項，并多次獲得大學生生命科學競賽省級以上獎勵。

（四）課程受到學生認可和好評

改革后環(huán)境微生物實驗課程無論在“學生評教”還是“教師評學”環(huán)節(jié)中的綜合得分相比改革前均顯著提升。每學期期末通過線上調(diào)查問卷和學生座談的形式了解到學生普遍對改革后的教學形式表示接受和認可，85%以上的學生認為實驗原理、實驗步驟等內(nèi)容完全可以通過自學看懂，可以多留出時間用于實驗操作。超過90%的學生喜歡以小組形式完成的綜合設(shè)計性實驗，認為同學間一起查閱文獻、討論實驗方案，遇到問題共同商議解決的過程很有趣，既鍛煉了團隊內(nèi)溝通、協(xié)作的能力，最后一起完成研究報告和PPT匯報很有成就感，初步體驗到了做科研的感覺。超過70%的學生通過實驗課程的學習對微生物產(chǎn)生了濃厚的興趣，希望能有機會參與到本院教師相關(guān)科研項目實驗，提升自己的科研能力和綜合素質(zhì)，為將來工作或進入研究生深造打下良好基礎(chǔ)。

五 總結(jié)與展望

經(jīng)過三年實踐，《環(huán)境微生物學》實驗課程在實驗教學內(nèi)容、教學方式和成績評定模式等方面進行全面的優(yōu)化改革，取得了良好的教學效果，在培養(yǎng)學生掌握實踐操作技能的基礎(chǔ)上，更加注重學生創(chuàng)新思維、團隊協(xié)作、文獻查閱和論文寫作等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。然而在課程改革實踐過程中也存在一些問題，例如開展綜合設(shè)計性實驗時實驗周期較長，且由于各組實驗方案不同導致實驗操作時長不統(tǒng)一，在實驗室的協(xié)調(diào)與管理上較為混亂；學生的數(shù)據(jù)分析能力和研究報告的寫作水平普遍有待提高等?？傊?，《環(huán)境微生物學》實驗教學改革雖已取得階段性成效，我們將在實踐中不斷探索、反思，不斷優(yōu)化課程教學內(nèi)容與教學模式，改善實驗條件，逐步開設(shè)前沿性實驗內(nèi)容，與時俱進，為環(huán)境領(lǐng)域培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才。