环境工程专业微生物实验教学改革与实践

李 爽, 李 聪

(辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部，辽宁 抚顺 113001)

环境微生物学是环境科学中的重要分支，重点研究污染环境中的微生物，主要以微生物学的理论与技术为基础，研究相关的环境质量、环境现象及环境问题[1]，在阐明微生物、污染物与环境三者间的相互关系与作用规律的研究中起到至关重要的作用。环境微生物学实验是该课程实践教学的重要环节，是连接理论知识与实践应用的桥梁。因此加强实验教学可以提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力[2]，培养学生自立自强的品格，提升创新意识，增强创新能力[3-4]，建立团队协作意识[5]，进而提高学生的核心竞争力。为体现工科院校“以培养学生创新能力为主旨，突出实践实验教学”的办学特点，对环境微生物实验教学进行了初步的改革与实践。

1 环境微生物实验课程设置改革

1.1 增加环境微生物实验学时

环境微生物实验是微生物教学的重要一环，在改革前只有16学时，导致学生通过实验对微生物的了解仅停留在表面，不利于培养学生的实验热情，降低了实验的积极性，甚至影响对微生物理论课程的学习。改革后学时增加到了32学时，增加了微生物的生理特征观察、大肠埃希菌的生长曲线测定、水质的细菌学检测等实验项目，微生物实验体系更为完整，涵盖了菌种的活化、培养基的配制、接种、染色观察、分离计数和形态鉴定等过程，整个实验环节更为明晰连贯[6]，学生对微生物的认识更为整体和直观。

1.2 将环境微生物实验改为独立设课实验

目前我国高等教育体系中，学校往往过于强调理论教学的作用，而忽视了实验教学对学生的影响[7]。改革前环境微生物实验属于非独立设课实验，没有相关的考核程序，不单独占学分，只作为理论课的一部分，最终实验成绩只占总成绩的10%～20%。因此，学生对微生物实验不会给予足够重视。改革后，环境微生物实验作为独立设课实验占1学分。学生充分认识到环境微生物实验的重要性，实验教学效果得到了很大提高。

1.3 提高综合性和设计性实验的比例

在我校传统的环境微生物实验课程设置中，综合性和设计性实验约占总实验课程的30%，验证性实验导致学生过于依赖教师和实验讲义，极大影响了学生开拓性、创新性思维的形成。改革后，综合性和设计性实验的总比例提高到了60%以上，学生主观能动性得到了充分发挥。综合性、设计性实验介于基础实验与科学研究实验之间，是具有模拟科研实验性质的课题研究[8]。与传统验证性实验相比，其实验目的与实验内容层次更高，探索性更强，与科研的联系更为密切[9]。综合性、设计性实验需要学生按照所选题目查阅大量文献，制定相应的实验流程，培养学生独立思考完成实验的能力，拓展学生创新思维，为学生进一步深造或走上工作岗位奠定良好基础。

2 环境微生物实验内容改革

2.1 学生参与实验准备工作

环境微生物实验的准备工作是一个相当繁琐及复杂的过程，包括活化菌种、制备培养基、对实验器材进行灭菌等工作，改革前这一工作全部由实验教师完成。改革后，学生参与到整个实验的准备过程当中，更透彻地理解微生物学的理论知识，更熟练地掌握高压灭菌器、超净工作台等实验设备的使用方法及工作原理。

2.2 使实验内容更贴近环境工程专业方向

改革前环境微生物实验内容更偏向于生物工程专业方向，改革增加了更贴近于环境工程专业理论课内容的实验项目，例如实验室环境和人体表面微生物检查，不同水质的细菌学检测，有机污染物质的生物学降解等，使环境工程专业的学生加深理解了微生物学在整个环境工程中的重要性，更重视对微生物学及实验的学习。

3 环境微生物实验教学方式改革

3.1 引入多媒体网络教学方式

传统的板书教学形式较为单一，重点部分无法更多地引起学生关注。多媒体实验教学更为直观、生动地将实验相关的文本、图片、声音、影像等素材结合起来[10]，能突出实验重点，增加学生实验兴趣，加强了学生实验的积极性，提高了教学效率，使单向式教学逐步转变为协作、探究式双向互动教学模式[11]。同时，多媒体实验教学也增大了实验课容量，激发学生兴趣，调动学生学习自主性，增强了求知欲和自信心。

3.2 以学生为主体，引导学生主动实验

传统的实验教学更注重教师的“教”，而忽视了学生的“学”，学生很多时候只是被动地接受教师所教授的内容，并没有动脑思考实验内容。实验改革应以学生为本，引导学生主动参与到实验中来[12]。对于设计性实验，学生可以选择感兴趣的课题，并自由分组讨论设计方案，制定实验内容，实验完成后将实验的设计思路、实验步骤、实验数据及结果分析等内容整理制作成PPT，每组派代表将实验结果向老师及同学汇报。这种方式显著提高了学生实验能力，增强了学生的团队合作精神，锻炼学生动手、动脑能力的同时也锻炼了学生的表达能力，提升了学生的综合素质。另外，根据学校石化特色加强学生与企业、科研机构的联系，例如“活性污泥的生物相观察”实验，带领学生到污水处理厂取样，让学生了解活性污泥的培养过程，及其在污水处理中的作用[13]。真正做到了以学生为主体，让学生更深刻地意识到微生物学及实验在整个环境工程体系中的重要作用，从而积极主动地投入到实验中。

3.3 开放实验室，为学生提供实验平台

为进一步培养学生创新精神，增强学生创新意识，通过改革完善了实验室管理制度，建立开放的公共实验室，提供设计性实验项目，让学生自主选择项目进行研究。学生可以通过网上平台预约实验，合理安排实验时间，使实验室资源得到充分利用。鼓励学生根据自己感兴趣的课题进行实验设计，撰写实验设计方案，教师与学生一起探讨实验的可行性，得到批准后，学生可以在遵守实验室规章制度的前提下，自主进行实验。实验平台的开放，加强了学生创新精神的培养，促进了学生科研兴趣的提高[14]。

4 生物工程专业实验考核方式改革

考核是实验教学中的重要环节，是检验教学效果，评定学生实验成绩，提升学生综合素质的重要手段[15]。传统的考核方式中，实验报告和学生出勤率占了很大比重，导致学生更注重报告的书写而忽视了实验操作[16]，改革后实验考核分五个部分：实验预习、实验态度、实验操作、实验报告和期末考核。很多学生没有良好的预习习惯，往往在实验时临时抱佛脚，基于这种情况对实验预习进行量化考核，实验前，学生需在网上回答相关问题，教师根据答题情况给出成绩，预习成绩占总成绩的10%。学生实验态度占总成绩的10%，实验操作技能占30%，这两项考核要求实验教师随堂评分，方式更为及时和透明，并且能起到督促学生端正实验态度，认真进行实验操作的作用。实验报告是检验学生实验结果是否正确及评判学生分析能力的标准，占实验考核体系的20%。改革增加了微生物实验的期末考试，主要考核学生的实验操作技能，学生在考试前抽签决定所操作的实验项目，由实验监考教师观察学生操作后，进行评分，该成绩占总实验成绩的30%。实验考核方式改革后，学生实验的积极性明显提高，动手能力和分析、解决问题的能力都进一步加强。

5 结 语

经过几年的探索和实践，实验教学质量大大提升，学生的实践动手能力和创造创新能力显著提高。在环境微生物实验的教学改革过程中，也遇到了一些问题和挑战，例如实验室开放后，实验房间及仪器设备相对不足，实验所需耗材增加，实验教师工作量增大，导致有些学生的设计实验无法顺利进行。另外，环境微生物实验开设在环境工程专业学生大二下学期，在此期间，学生所学课程过多，实验课的安排既要考虑学生的时间又要确保实验的连贯性是我们面临的一大难题。将进一步贯彻以学生为主体的原则，注重培养学生创新意识，提升学生科研能力，优化课程设置，加大教改力度，制定行之有效的开放实验室管理方法及执行措施，使环境微生物实验教学更符合环境工程专业的培养目标。