李海軍(四川輕化工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 自貢 643000)

0 引言

我國高等院校開設(shè)的環(huán)境工程專業(yè)有著良好的發(fā)展前景和空間，其中的環(huán)境工程微生物學(xué)也是環(huán)境工程、環(huán)境工程技術(shù)這類專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)課程。該項課程是以微生物學(xué)作為基礎(chǔ)，融合生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和工程學(xué)形成的交叉學(xué)科，帶有明顯的應(yīng)用和實踐特征。這類工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程在完成理論教學(xué)之后，便會延伸到實驗教學(xué)。環(huán)境工程微生物學(xué)實驗?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生利用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識，逐步形成解決環(huán)境領(lǐng)域?qū)嶋H問題的能力，這也是構(gòu)筑工科學(xué)生實踐能力持續(xù)發(fā)展不可或缺的重要條件。在目前高等教育開設(shè)的環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)中不難發(fā)現(xiàn)，實驗項目通常以基礎(chǔ)性和驗證性內(nèi)容為主，綜合性和創(chuàng)新性實驗項目以輔助者角色存在，學(xué)生在專業(yè)知識學(xué)習(xí)和實踐操作中，必須要掌握有關(guān)微生物的觀察、培養(yǎng)、分離、滅菌等各項基礎(chǔ)實驗技術(shù)。在應(yīng)試教育和理論知識灌輸模式下形成的實驗教學(xué)體系，在內(nèi)容和方法方面無法滿足環(huán)境工程專業(yè)以及學(xué)生個人能力發(fā)展培養(yǎng)的需求。本文基于學(xué)生能力培養(yǎng)的視角，探討了環(huán)境工程生物學(xué)實驗教學(xué)課程改革的具體對策，為今后環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的拓展以及教學(xué)方法優(yōu)化提供參考。

1 環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課程教學(xué)改革的出發(fā)點及載體

1.1 出發(fā)點

我國素質(zhì)教育工作對高等教育提出的要求是同

時關(guān)注科研和教學(xué)工作的高質(zhì)量發(fā)展，但部分學(xué)校依舊存在過分重視科研工作的現(xiàn)象。這不僅與高校教師的科研壓力較大有著密切的聯(lián)系，而且高等院校內(nèi)部擁有較多先進設(shè)備的科研實驗室和平臺，主要面對的使用群體是校內(nèi)的科研人員和研究生。在這兩種因素的深刻影響下，教師工作的時間和精力主要集中在科研項目的申報、課題研究方面，用在實驗教學(xué)和理論知識教學(xué)的時間和精力被大幅度壓縮、占用[1]。此外，因為本科生無法借用高水平的實驗室和科研平臺進行實踐，導(dǎo)致其理論知識無法進行系統(tǒng)化的訓(xùn)練和應(yīng)用。也正因如此，高校環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)工作改革要求，教師應(yīng)始終堅持立德樹人的教學(xué)根本任務(wù)，在掌握國內(nèi)外環(huán)境工程專業(yè)行業(yè)發(fā)展具體狀況和需求的前提下，盡力將科研工作所取得的各項結(jié)果和理論傳授給學(xué)生。校方也需要將校內(nèi)先進設(shè)施配置齊全的實驗平臺和實驗室逐漸向本科學(xué)生開放，讓其結(jié)合各種實踐環(huán)境項目，在解決學(xué)術(shù)問題的過程中，促進工科學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)理論知識培養(yǎng)實踐能力。

1.2 載體

高等教育開設(shè)的環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課是理論知識教學(xué)的重要延伸環(huán)節(jié)。在促進學(xué)生能力培養(yǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)上，教學(xué)改革工作需要將如下兩項內(nèi)容作為重要載體：一是校內(nèi)現(xiàn)代化水平較高的實驗室。本科的教學(xué)以及科研實驗室二者之間的區(qū)別較為明顯，環(huán)境工程專業(yè)的相關(guān)學(xué)生在開展環(huán)境工程微生物實驗操作的過程中，開放實驗室可以幫助學(xué)生通過參與實驗教學(xué)活動，全面了解實驗必備的設(shè)備以及操作規(guī)程，通過個人的親身實踐，參與諸如污泥菌膠團結(jié)構(gòu)觀察、革蘭染色和認識原生動物等多項實驗操作，形成對環(huán)境工程、微生物知識學(xué)習(xí)和應(yīng)用的興趣。二是高校設(shè)置的科研實驗室有著明顯的研究性優(yōu)勢。學(xué)生可以結(jié)合在知識學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的感興趣課題，進行深刻系統(tǒng)地研究，幫助學(xué)生在全面發(fā)揮其主觀能動性的前提下，進一步提升對課題的整體把握能力，這也是學(xué)生科研素質(zhì)提升的基點[2]。

2 環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課程教學(xué)改革對學(xué)生能力的培養(yǎng)作用

一是促進環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)方面的全面更新。在傳統(tǒng)的環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)中，一般都是以驗證性實驗為主，教材中收錄的實驗內(nèi)容與經(jīng)濟社會發(fā)展相比明顯滯后[3]。最為常見的現(xiàn)象是顯微鏡使用作為單獨實驗項目，這與絕大部分學(xué)生在中學(xué)階段掌握的普通光學(xué)顯微鏡的使用方法和維護技巧內(nèi)容基本一致。以學(xué)生能力培養(yǎng)作為基礎(chǔ)的環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課程教學(xué)改革工作，能夠幫助校方和教師根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)和相關(guān)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，以教材內(nèi)容作為出發(fā)點，摒棄教材中收錄的陳舊的教學(xué)案例，自主選擇在現(xiàn)代經(jīng)濟社會發(fā)展背景下的實驗教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生意識到自己掌握的專業(yè)理論知識和實際生活之間存在著密切聯(lián)系。各種現(xiàn)代化的實驗設(shè)備和技術(shù)的引入也能夠幫助教師進一步提升實驗教學(xué)的效率和質(zhì)量，使得環(huán)境工程微生物學(xué)的實驗教學(xué)工作能夠持續(xù)發(fā)展和革新。

二是有助于促進工科學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。素質(zhì)教育背景下的環(huán)境工程微生物學(xué)作為工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，要求教師借助理論知識和實踐教學(xué)幫助學(xué)生在深刻理解基礎(chǔ)知識的前提下，利用發(fā)展較為完善的基礎(chǔ)知識體系解決各種實際的環(huán)境問題，確保學(xué)生能夠聯(lián)系基礎(chǔ)知識和實際生活培養(yǎng)其對問題的發(fā)現(xiàn)、探索和解決的能力。學(xué)生在解決實際環(huán)境問題的過程中，可以向教師尋求幫助，引入各種先進的技術(shù)和設(shè)備，幫助學(xué)生全面發(fā)揮其創(chuàng)造思維和創(chuàng)造能力，這些都是當下我國經(jīng)濟社會發(fā)展所需的工科專業(yè)人才必備素養(yǎng)[4]。實施環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)的改革能夠幫助校方和教師綜合考慮學(xué)生在創(chuàng)新能力以及基礎(chǔ)知識能力方面的缺陷，綜合使用現(xiàn)代化教學(xué)案例以及技術(shù)設(shè)備，引領(lǐng)學(xué)生進行自主探索，在尊重學(xué)生知識學(xué)習(xí)主體地位的前提下，推動學(xué)生個人工科實踐能力的全面發(fā)展。

3 環(huán)境工程微生物學(xué)實驗課程教學(xué)改革對策

3.1 教學(xué)體系的全面結(jié)構(gòu)重組

以學(xué)生能力培養(yǎng)作為基礎(chǔ)條件的環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)工作需要摒棄之前學(xué)生單一操作的驗證性教學(xué)方法，而是需要逐漸探索建立包括基礎(chǔ)、示范、綜合和設(shè)計模塊在內(nèi)的實驗教學(xué)體系，確保有關(guān)環(huán)境工程微生物方面的實驗教學(xué)內(nèi)容能夠嚴格遵循基礎(chǔ)、示范、綜合、設(shè)計的模塊有序落實?；A(chǔ)和示范模塊方面的實驗教學(xué)工作需要同步進行。實驗的綜合設(shè)施和實驗設(shè)計教學(xué)創(chuàng)新需要以學(xué)生掌握的生物實驗操作技巧基礎(chǔ)為前提條件方可落實。基礎(chǔ)和示范模塊的教學(xué)內(nèi)容是今后環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)的基礎(chǔ)組成內(nèi)容，具體包括了學(xué)生們需要掌握的微生物培養(yǎng)、無菌技術(shù)、分離純化等各項基礎(chǔ)試驗，而示范模塊則是以微生物實驗操作過程中必須使用的有關(guān)玻璃器皿的包扎滅菌、顯微鏡使用等各項基礎(chǔ)操作方法為主，教學(xué)時長可以安排在6～8個學(xué)時。

綜合模塊是教師針對學(xué)生微生物實驗?zāi)芰M行綜合訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生參與實驗的相關(guān)內(nèi)容，并不需要教師給出明顯限制，但需要教師給予適當?shù)囊龑?dǎo)，尊重學(xué)生的知識學(xué)習(xí)主體地位，由學(xué)生對實驗內(nèi)容和方案自主進行安排，但教師需要提出包括培養(yǎng)基配制滅菌、微生物數(shù)量測定等在內(nèi)的各種綜合內(nèi)容的要求。在綜合訓(xùn)練模塊中，教師需要以微生物技術(shù)在我國環(huán)境保護專業(yè)實踐過程中的具體應(yīng)用為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生對微生物觀察和認識的興趣，確保能夠在真實環(huán)境中利用各種實驗技術(shù)進行微生物的檢測和分析[5]。在學(xué)生自主進行綜合實驗中，教師需要以3～5人一組合理劃分學(xué)習(xí)小組，由小組成員通過文獻資料的查閱，彼此之間的討論和向教師尋求幫助的方法，對實驗的具體內(nèi)容和方案科學(xué)進行安排，確保學(xué)生能夠利用在校的實驗教學(xué)時間以及課余時間自主完成確定的實驗內(nèi)容。這不僅能夠幫助學(xué)生促進實踐綜合能力的發(fā)展，并且學(xué)生也能夠形成微生物技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境保護工作的良好意識。教師利用學(xué)生小組綜合能力訓(xùn)練實驗方法也能夠推動學(xué)生創(chuàng)新思維能力、團隊協(xié)作精神的培養(yǎng)和發(fā)展。用于綜合訓(xùn)練模塊的教學(xué)時長維持在4～6個學(xué)時即可。

3.2 實驗教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新組合及拓展

普通微生物學(xué)的實驗內(nèi)容也是環(huán)境工程微生物學(xué)實驗的重要組成部分，但在傳統(tǒng)教學(xué)模式下的實踐內(nèi)容之間缺乏連貫性，并且存在著內(nèi)容重復(fù)的現(xiàn)象，學(xué)生即便經(jīng)歷了實驗操作，也尚未建立有關(guān)環(huán)境工程微生物學(xué)的綜合概念，基礎(chǔ)知識應(yīng)用能力層次較低。在這種情況下，以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心的環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)工作需要針對實驗基礎(chǔ)內(nèi)容不斷進行調(diào)整和改革，確保學(xué)生能夠在參與各種系統(tǒng)性綜合實驗的前提下，意識到實驗內(nèi)容之間存在的聯(lián)系，促進基礎(chǔ)和綜合性實驗二者之間的有效融合[6]。比如，土壤中的微生物分離純化以及測量水體、空氣中的細菌總數(shù)等都可以進行融合處理，具體包括了學(xué)生必須掌握的光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)應(yīng)用技巧、培養(yǎng)基的制備滅菌、無菌操作和常見的空氣微生物采樣設(shè)備使用等基礎(chǔ)知識。學(xué)生可以自主選擇合作伙伴建立學(xué)習(xí)小組，在查閱研究相關(guān)資料之后向教師尋求幫助，確定與環(huán)境中微生物分離、純化、培養(yǎng)等在內(nèi)的綜合實驗題目，能夠在進一步壓縮課堂實驗教學(xué)時長的同時，通過學(xué)生之間的交流和合作形成系統(tǒng)化的實驗內(nèi)容機制體系，有助于促進學(xué)生綜合運用能力的發(fā)展。

為了進一步深化學(xué)生對環(huán)境工程微生物知識的理解深度，教師需要在實驗教學(xué)內(nèi)容持續(xù)拓展的過程中，將校外資源引入其中，定期組織學(xué)生到環(huán)境工程的專業(yè)實踐基地中進行參觀和學(xué)習(xí)，將當下環(huán)境污染治理工作中環(huán)境工程微生物技術(shù)的應(yīng)用形成一定的了解。同時，與院校環(huán)境工程專業(yè)開展合作關(guān)系的實踐基地也能夠為學(xué)生提供實習(xí)工作崗位和真實的工作環(huán)境，并且這類企業(yè)正在運行的各種環(huán)境污染治理項目也能夠為學(xué)生基礎(chǔ)知識的遷移應(yīng)用提供必要的基礎(chǔ)條件[7]。比如，桶裝飲用水的細菌總數(shù)、大腸桿菌的測定和生活污水處理過程中活性污泥微生物的檢定等都是自來水廠和污水處理廠不可或缺的重要運營項目，這種與企業(yè)生產(chǎn)實際結(jié)合生成的實驗項目能夠幫助學(xué)生養(yǎng)成主動參與實驗教學(xué)的興趣和積極性，同時貼近真實生活的實驗項目對學(xué)生工程實踐能力的發(fā)展也有著良好的促進作用。

3.3 實驗課前導(dǎo)入的多元化要素

一是利用懸念導(dǎo)入。在環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)工作正式開始前，教師可以通過科學(xué)、政治、歷史和藝術(shù)性的問題為學(xué)生形成實驗教學(xué)的懸念，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和注意力的同時，引導(dǎo)學(xué)生對實驗教學(xué)中的各種問題積極進行思考。比如，教師在引領(lǐng)學(xué)生共同學(xué)習(xí)有關(guān)病毒的知識時，例如天花，結(jié)合歷史，教師可以引導(dǎo)學(xué)生談一談對天花病毒的看法，通過討論，學(xué)生們會對歷史事件的性質(zhì)有正確認識，同時對天花病毒對人類的危害以及傳染性有較深刻的認識。教師可以將病毒感染人體和動物之后的疾病圖片向?qū)W生進行展示，使學(xué)生通過微生物學(xué)知識的學(xué)習(xí)，懂得學(xué)習(xí)利用微生物學(xué)知識應(yīng)趨利避害，更應(yīng)該明確為人類造福而不是毀滅人類的學(xué)習(xí)目標。

二是利用故事進行課前導(dǎo)入。環(huán)境工程微生物學(xué)的覆蓋內(nèi)容較為廣泛，且知識點分布零散。在微生物學(xué)科建立發(fā)展過程中，專家和學(xué)者也產(chǎn)生了諸多趣聞軼事。學(xué)生對有趣的歷史故事有著較為強烈的好奇心，教師可以利用這一特點使用科學(xué)家的趣事激發(fā)學(xué)生參與實驗教學(xué)的興趣和求知欲望。比如，教師在引領(lǐng)學(xué)生共同分析溫度對微生物影響的知識時，可以介紹巴斯德治療“酒病”的故事。簡單而言，在1865年，法國一個釀酒廠的廠主讓巴斯德幫忙解決啤酒變酸的問題。巴斯德作為化學(xué)家也開始研究這一問題，利用光學(xué)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)尚未出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象的葡萄酒和啤酒中只存在一種圓球形狀的酵母細胞，而腐敗變質(zhì)的啤酒和葡萄酒中出現(xiàn)了一種細棍狀的乳酸桿菌。經(jīng)過多次的試驗之后，巴斯德找到了有效治療“酒病”的方法，就是將酒在50～69 ℃環(huán)境下進行30 min的加熱處理，這也是目前最為常用的巴氏消毒法。同時，教師可以告知學(xué)生日常飲用的牛奶也是利用這種消毒方法，學(xué)生對實驗教學(xué)的興趣和激情就能夠被明顯調(diào)動。

3.4 建設(shè)以學(xué)生能力為本位的實驗教學(xué)制度

一是以課前預(yù)習(xí)推動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的發(fā)展。環(huán)境工程微生物學(xué)實驗的教學(xué)內(nèi)容在傳統(tǒng)教學(xué)形式的影響下，都是由教師經(jīng)過演示和講解之后，學(xué)生分別使用實驗室內(nèi)分布的儀器設(shè)施按照教師的實驗步驟和注意事項按部就班地進行驗證。在完成實驗操作之后。學(xué)生需要對實驗結(jié)果進行全方位地總結(jié)和分析，并生成本次實驗的研究報告。這種實驗操作方法使得學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性發(fā)揮相對有限，影響到實驗課的教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)以及發(fā)展[8]。為了促進學(xué)生環(huán)境工程實踐能力的培養(yǎng)和發(fā)展，教師必須要制定實驗課前的預(yù)習(xí)制度，讓學(xué)生在嘗試參與實驗教學(xué)之前自主利用互聯(lián)網(wǎng)平臺查詢實驗內(nèi)容，完成相應(yīng)的預(yù)習(xí)報告。在正式上課前，教師需要逐一進行批閱，提出其中存在的問題，由學(xué)習(xí)小組共同進行改善。比如，教師在帶領(lǐng)學(xué)生共同學(xué)習(xí)細菌染色這一實驗項目時，單染法和復(fù)染法是細胞染色最為常用的方法，且顯微鏡、超凈工作臺、玻片和多種染料是必須使用的試驗儀器、用具。在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，教師可以要求學(xué)生將實驗所需的各種染料溶液準確列舉出來，實現(xiàn)自主配置，掌握微生物細胞染色的步驟，確保學(xué)生能夠?qū)嶒烅椖空w方案和內(nèi)容設(shè)計形成初步了解，有助于促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐動手操作能力的發(fā)展。

二是通過教師的操作指導(dǎo)促進學(xué)生動手能力的發(fā)展。為了幫助學(xué)生在參與環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)中逐漸培養(yǎng)工科實踐能力，需要由學(xué)生小組獨立完成實驗。在實驗過程中，儀器的調(diào)試、配置試劑和實驗步驟都需要學(xué)生自己完成，教師只提供相應(yīng)的過程指導(dǎo)，并保證學(xué)生的各項操作規(guī)范即可。教師在引導(dǎo)學(xué)生進行細菌染色實驗時，需指導(dǎo)學(xué)生成功培養(yǎng)細菌并完成細菌染色，使用鏡檢方法觀察2～3個染色片上微生物細胞的形態(tài)。在實驗過程中，學(xué)生能夠?qū)潭ǖ臏囟葧r間、染料選擇及染色時間反復(fù)進行摸索，結(jié)合教師提供的指引得出正確的結(jié)果，能夠在促進學(xué)生實驗操作規(guī)范化發(fā)展的同時，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度。

4 結(jié)語

環(huán)境工程生物學(xué)的實驗教學(xué)是理論知識實踐應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，在素質(zhì)教育背景下的環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)需要關(guān)注學(xué)生基本能力的發(fā)展。教師需要建立包括基礎(chǔ)、示范、綜合和設(shè)計在內(nèi)的教學(xué)結(jié)構(gòu)體系，配合實驗課前的多元化導(dǎo)入以及實驗教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化組合以及創(chuàng)新，在實驗過程中由教師給出針對性的指導(dǎo)，確保學(xué)生能夠正確利用理論知識進行實踐操作，促進學(xué)生端正學(xué)習(xí)目的，促進實踐能力的鍛煉和發(fā)展。