环境微生物学教学改革探讨

摘要：环境微生物学是环境科学与工程专业重要的专业方向课程，具有较强的理论性和应用性，且内容广、发展快。只有坚持不断的教学改革，才能确保专业教学的可持续性。本文结合环境微生物学教学实践，从教学内容、教学形式等几个方面，就如何提高教学质量、增强教学效果加以探讨。

关键词：环境微生物学；教学改革；创新型人才

环境微生物学既是微生物学的分支学科，也是环境科学与工程的分支学科，是随着环境科学与工程的快速发展应运而生的一门交叉性学科。这门学科以普通微生物学为基础，在研究微生物学一般规律的同时，重点研究微生物与环境之间相互作用的规律、微生物活动对环境及人类产生的影响以及环境污染控制中的微生物学原理。环境微生物学是环境科学专业本科生的专业方向课程，学生在学习掌握了有机化学、生物化学和生态学的基础上，通过学习掌握微生物的类型和基本形态、结构和生理特性、生长规律、遗传与变异以及微生物在自然界物质转化中的作用、微生物在环境科学与工程中的作用，为后续学习水污染控制、固废处理与处置和大气污染控制等相关课程奠定坚实的基础。

根据环境微生物学的课程特点，教师在教学过程中既要注重基础理论知识的教学，也要强调微生物知识在环境领域中的应用。因此，培养学生从基本理论、基本应用和基本技能三个层次掌握环境微生物学知识，尤其是培养学生应用微生物学知识分析和解决环境领域中实际问题的能力尤为重要。目前，在我校环境微生物学的教学过程中，由于理论課时较少，实验课时不足，教学形式单一等原因，教学效果还有很大提高的空间。本文结合环境微生物学的教学实践，就如何改进该门课程教学方法，从而提高教学质量，增强教学效果等加以探讨。

1 优化授课内容，改进教学形式

教改的根本目标是提高教学质量，其中教学方法的改革不仅是教学改革的首要保证，而且关系到人才创新能力的培养[1]。目前，理工科课堂通常授课内容比较枯燥，教学形式比较单一，而且在教学过程中主角是教师，课堂往往缺乏师生互动交流，导致气氛不够活跃，学生学习兴趣不够浓厚。如何优化授课内容，丰富教学形式，对激发学生对环境微生物学课程学习的兴趣尤为关键。

1.1 明确教学目标，更新教学内容

教学目标是有效教学行为的“导航仪”，明确清晰的教学目标，科学引导教学行为，才能实现教学内容的科学化、合理化，而教学内容的改革正是教学改革的中心。

环境微生物学的教学目标是使学生掌握微生物学的基础知识、基本理论和基本技能，熟悉微生物的基本特征及其生命活动规律，并将所学应用于生态环境的保护和治理。针对教学目标，结合环专业培养方案，我们将零散的知识点整合为三大部分：微生物学基础知识、微生物生态与环境生态中的微生物作用、环境微生物学实验。微生物学基础知识包括微生物的种类、形态及结构、生理生化特性、生长繁殖及遗传与变异等基本知识。微生物生态与环境生态中的微生物作用主要涉及水体、土壤、空气中的微生物生态，微生物对天然和人工合成物质的转化降解，以及水、固体废物、废气治理中的微生物学原理等基本理论。环境微生物学实验主要包括不同种类微生物的观察、计数，微生物染色、培养基配制和灭菌，微生物分离与纯化等基本技能的训练。第一部分与第二部分是一个循序渐进，由理论到应用逐步推进的过程，学生必须在清楚掌握第一部分基本知识的基础上，才能正确地运用这些知识，学习微生物在生态系统特别是污染生态系统中的作用。而第三部分基本技能的训练必须穿插在整门课程的教学过程中，使学生打下坚实的基本功。只有根据课程特点和人才培养目标，优化授课内容，才能确保教学效果，实现教学目标。

此外，作为一门交叉学科，环境微生物学随着微生物学、环境科学与工程等相关学科的发展而不断呈现出新的内容。因此，教师必须通过随时跟踪学科前沿发展动态，不断更新自己的知识结构，把最新科研动态穿插在课堂教学中，让学生熟悉和掌握学科前言新的理论知识和操作技术，为学生将来从事相关领域的研究工作打下良好的基础。

微生物学的研究手段和技术（诸如微生物分子生态学、微生物基因组学、微生物蛋白质组学等）正随着科技的迅速发展而不断孕育和发展。随之而来，很多新技术、新方法，如RTPCR、FISH、PCRDGGE、2D SDSPAGE、MSMS等在环境科学中被广泛使用[2，3]。因此，必须在教材内容之余适当地补充一些新知识、新技术及新问题。譬如说，在介绍酶活测定时，增加了酶的分离纯化和鉴定技术，补充蛋白质组学技术在环境微生物学中的应用。这些内容的补充既能使学生拓宽书本知识的广度和深度，又能使学生了解到环境科学学科的发展趋势和研究热点，更重要的是激发了学生的学习兴趣，从根本上调动了学习的发挥主观能动性。

1.2 创设思考情境，增强师生互动

兴趣是最好的老师。教师在教学过程中，还可经常采用设问、对比、启发、讨论等方式激发学生的学习兴趣和主动思考。师生互动并不是单纯的教师提问和学生回答，而是思想的交流和碰撞。通过抛出一些引人入胜、有助于学生思考的问题，或引而不发，或自问自答，或带动学生主动回答讨论，通过这些问题调动学生的学习热情，提高他们分析、解决问题的能力。

例如在介绍丝状菌中的球衣細菌时，介绍完球衣细菌的基本特征，提出问题：在活性污泥生物处理系统中，如何既利用球衣细菌降解有机物，又不能让它产生污泥膨胀，我们有哪几种办法？给学生一定知识点的提示，引导学生自主思考并展开讨论，通过这种启发式和发散式的教学形式，既活跃了课堂气氛，也加深了学生对知识的理解和记忆，更培养了学生对前后知识点的串联和应用能力。再比如在介绍证明遗传物质是核酸的三大经典实验时，不是单纯叙述实验过程和结论，而是注意调动学生思考，将学生带入科学家的实验情境中，引导学生作为实验的设计者、实施者和分析者，从而得出遗传物质是核酸的结论，并在这个不断推理的过程中，培养学生形成科学严谨的思维方式，学习科学严密的实验设计方法。

环境微生物学内容繁多，应用性强。教师在教学过程中要善于通过提问来引导学生进行横向比较和归纳，加深学生对知识的理解和掌握。例如对“原核与真核生物的比较”，“放线菌与霉菌的比较”，“微生物不同营养类型”的比较，“微生物不同呼吸类型的比较”，“微生物不同发酵类型的比较”，“营养物质跨膜運输方式的比较”，“消毒和灭菌的比较”等等。

2 加强实践教学，强化能力培养

环境微生物学是一门实践性和应用性都很强的课程。教师在讲解基础知识和基本理论的同时，还需要将基本技能以实验教学的形式穿插进来。实验教学在此门课程的教授过程中必不可缺，它对加深学生对知识点的理解，训练动手操作能力，提高综合素质非常重要。对基本技能的训练也可以与教师科研项目、大学生创新创业训练计划项目、甚至生产实际相结合，不断培养学生的实践能力和创新意识。

2.1 改革实验教学，强化技能训练

实验课是培养学生动手能力、基本技能的重要课程。为此，我校环境科学与工程专业的学生从大一至大三每周都会进行一项实验训练，由低年级至高年级依次有生化基础实验、生化综合实验和环境专业实验。这些实验项目包含微生物的基本操作以及微生物技术在环境治理中的应用。然而，并不是所有与微生物有关的实验都安排在环境微生物学这门理论课程的开设学期（第四学期），有的早于理论的学习，诸如显微镜的使用与保养、超净工作台的使用与消毒、接种针和接种环的灭菌、高压蒸汽灭菌的使用、试管和培养皿中微生物的培养等，这就导致学生没有机会在理论学习之后通过实验课加深理解；而有的实验则晚于理论学习一至两学期，比如SBR法污水处理工艺，使学生不能够及时对基础知识和基本理论进行巩固。因此，很有必要调整实验教学内容，将基础知识与基本理论的学习尽量紧密地与基本技能的训练安排在同一学期，从而增强教学效果。

实验课也是培养学生创造性思维的重要课程。实验内容的选择特别是涉及到环境微生物学在环境治理中的应用的实验，教师在设计实验课程的时候，就需要特别注重培养学生的自主思维能力、发现问题和解决问题的能力。比如硫酸盐还原菌的分离与纯化实验，就要求学生参与实验的整个过程，从实验设计（包括培养基的选择、材料的确定）到实验操作（如厌氧操作台的使用、培养基的配制、菌体形态特征观察、细菌生长曲线的测定、菌株的种属鉴定等）均由学生自己完成。经过了这一系列训练，学生不但能全面地掌握基本实验技能，也对环境微生物学的相关知识有了更加深入的认识。

2.2 理论联系实际，结合科研实践

实践教学需紧密结合实际需求，实践教学的内容应来源于环境治理过程中的实际课题。因此，学生对课程的理论学习也应与教师的科研项目、大学生创新性实验项目甚至生产实际联系在一起。

高校要培养创新型的人才，就要培养学生的创新能力与实践能力。高校教师是联系教学与科研的重要纽带。教师的科研活动一方面给教学带来了新的思维模式，另一方面也是高校创新型人才天然的培养平台。学生可以直接参与到教师的科研项目中，在科研过程中获得思维和技能的双重训练。

除了参加教师科研项目，我院每年还组织本科生申报院级、校级、省级及国家级大学生创新创业训练计划项目和优秀毕业论文培育计划项目。项目的主要目的是培养大学生的创新能力与实践能力，特别是学习主动性、探索能力、实践能力以及团队协作能力。这与环境微生物学注重理论与应用相统一的特点是一致的。因此，将环境微生物学课程学习与这些项目的实施结合起来，对教学质量的提高和项目的顺利实施都非常有利。学生可根据自身兴趣并结合导师研究方向，开展相关领域的基础研究，学以致用。比如“微生物电化学系统与曝气生物滤池耦合强化处理微污染水的实验研究”，“快速检测沙门氏菌的电化学生物传感器”，“以生物质和污泥为碳源SRB处理含Cr（VI）废水”等项目。在项目执行过程中，学生作为主体，在导师的指导下充分发挥主观能动性，积极主动地进行调查研究、实验设计、实验操作、分析论证、撰写论文、申请专利，思维能力和科研能力甚至团队写作能力都得到提高，也为日后从事研究生学习和就业工作打下良好的基础。

3 结合多媒体教学，完善网络平台

现代高校采用多媒体教学和板书教学相结合的方式。多媒体教学以其直观性、实时性、灵活性、立体化的优势，受到教师和学生的青睐。环境微生物学的课堂讲授也应注重多媒体制作的质量，并且完善各类网络平台的建设，课下与课上联动，拉近老师与学生的距离，增强交流和互动。

3.1 优化课件制作，使教学内容具体化

环境微生物学的研究对象是肉眼看不见的微小生物，教学内容涉及到生物化学、生理学、遗传学等诸多学科，内容繁杂、抽象。如果用传统的说教式教学，必然使学生感到味如嚼蜡。这也是部分学生学习效率低的原因之一。

教育心理学研究表明，对于同样的信息，图像比文字容易被接受者所记忆，而且人们能记忆从听觉所获信息的15%，从视觉所获信息的25%，从视觉和听觉同时所获信息的65%[4]。多媒体教学能提供多感官、多方位的外部刺激，使学生在学习过程中既能听到老师的讲解，又能看到形象丰富的图片，大大提高学习效率。在多媒体教学的授课环节中可充分利用文字、图片、照片、影像资料等来丰富教学内容，把抽象性的、阐述性的教学内容转变为生动形象的感性素材，将多姿多彩的微生物世界逼真地展现出来，提高学生学习兴趣和学习效率，从而直观地掌握环境微生物学知识。例如在绪论部分介绍微生物在环境污染治理中的作用时，给学生展示了我市污水处理厂生化池的照片；在讲解藻类产色素及藻类爆发对环境的危害时，展示了我国太湖流域蓝藻爆发的照片，以及今年3月刚刚发生在澳大利亚墨尔本市中心一处盐湖由蓝色变成粉色的照片；在介绍DNA的结构与复制时，给学生展示了模式图和动态视频，加深学生的理解和印象；在描述原生动物的运动胞器时，播放了钟虫、变形虫等原声动物的动态显微镜视频；在讲解噬菌体侵染细菌的过程时，用动画描述了噬菌体侵染的四步（吸附、侵入、复制装配、裂解释放）过程。这些照片、影片或动画的放映均取得了很好的教学效果。

3.2 完善网络平台建设，加强课下学习沟通

为了更好地配合课堂教学，教师还有必要将一些有用的网站和资料通过链接或共享平台上及时推荐给学生，并课下指导学生查寻相关资料。如知名的微生物网站，国内外优秀的环境微生物学教材，电子数据库以及教学和实验中的课件和录制的视频等。通过网络共享平台，教师可将这些素材经整理加工归类，作为有效的教学资源。

此外，建立在线答疑、在线提交作业的的网络平台，也将大大辅助学生课下学习的积极性和主动性，有助于培养学生的思考与沟通表达能力。

4 结语

环境微生物学是微生物学与环境学科之间的一门交叉学科，具有高度的理论性和应用性。它是环境科学与工程专业一门重要的专业课。如何在有限的教学时间内，既让学生了解和掌握环境微生物学的基本知识和技能，又能培养学生的学习兴趣和创新能力，成为教学过程中的难题。要想达到预期的教学目标，教学改革势在必行，任重道远，需要所有从事该课程教学的教师大胆探索和共同努力。这就要求课程教学不能单纯地依靠传统的传授式教学，而是需要教师在教学过程中不断优化授课内容，丰富教学形式，加强实践教学，强化能力训练，结合多媒體教学，完善网络平台，从而真正培养出会具有创新能力和实践能力的人才，实现教学改革的目标。

参考文献：

[1]李靖，周玉林，关杰.环境微生物学教学改革的探索与实践.微生物学通报， 2009，36（11）：17661771.

[2]张小凡，周伟丽，王志平，袁海平.环境微生物学教学改革与学生创新能力的培养.微生物学通报，2014，41（4）：748752.

[3]尹稳，伏旭，李平.蛋白质组学的应用研究进展.生物技术通报，2014，1：3238.

[4]周开胜.环境微生物学教学方法探讨.科技信息，2010，10：424426.

作者简介：

刘畅（1985），女，汉族，安徽芜湖人，博士研究生，讲师，研究方向：污染控制与资源化。