基于创新创业能力培养的《环境工程微生物学》实验教学体系

张琴 刘辉利 靳振江 宋晓红 李艳红

摘要：创新创业能力培养对于地方普通理工高校毕业生具有重要的现实意义。我们通过构建“基础—示范—综合—设计”为一体的环境工程微生物实验教学体系，从基础实验技能培训、综合实验实施、创新实验设计等多方面，对学生科学思维创新意识、团队合作责任意识和创新创业能力的培养进行了探索，可为地方理工科院校培养实用型人才作参考。

关键词：地方普通高校；环境工程微生物学；实验教学体系；能力培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）09-0253-03

地方普通高校多面向地方招生，所培养的大学生（尤其是理工科的学生）大都会选择在地方就业或自主创业，是地方国民经济和社会建设的生力军。因此，提高此类高校的大学生培养质量，培养更多具有创新创业能力的大学生具有重要的现实意义。促进主动学习、鼓励动手实践和引导科学研究是培养大学生创新能力的三条途径[1]；创新教育观、课程教学体系、实验教学和实践活动等是进行创新教育的重要内容[2]。我校环境工程专业的课程教学体系中，《环境工程微生物学》是一门核心专业基础课程。其实验教学对于巩固微生物学基本理论知识、培养学生运用微生物技术分析、解决环境问题的能力及开发学生的创造力至关重要[3]。针对微生物学实验技术与方法的特点，肖春玲等将微生物学实验的内容整合成基础性实验模块、综合性实验模块和设计性实验模块3个模块，构建了“以基础知识和基本技能为基本内容，以创新能力培养为核心内容”的实验教学新体系[4]。李维国等通过增设“环境工程微生物综合大实验”，使实验教学效果得到显著提高[5]。结合我校是一所地方普通理工高校，生源多来自地方，学生毕业后也多数在地方就业创业的实际情况，我们构建了“基础—示范—综合—设计”为一体的环境工程微生物实验教学体系。

一、教学体系构建

如图1所示，我们将环境工程微生物学实验教学划分为基础、示范、综合和设计模块。教学依照由“基础+示范→综合→设计”模块的顺序循序进行，其中基础和示范模块的教学同时开展最先进行，综合实验实施和创新实验设计教学在学生掌握基本微生物实验技术的基础上开展。基础和示范模块的教学是整个实验教学体系的基础。其中，基础模块主要是微生物基本实验技术，如微生物培养、无菌技术、分离纯化、显微镜观察、微生物染色等。示范模块主要包括微生物实验中涉及到的具体操作方法，如玻璃器皿的包扎灭菌、显微镜的使用、划线接种、平板涂布等。教学时间为6—8个学时。要求教学准备充分、目标明确、操作规范、有序可见。每个学生均要求单独操作，完成相应的实验环节和内容，掌握基本的微生物实验技术。

综合模块是学生综合实验能力的训练模块。实验内容不做具体限制，采用“老师引导监督，学生自主安排”的方式进行，但要求包含培养基配制灭菌、微生物数量测定或分离纯化等综合内容。老师负责结合微生物技术在环境保护中的应用，激发学生认识和观察微生物的兴趣，引导学生采用微生物实验技术对环境中的实际样品进行微生物检测分析，同时为综合实验实施提供物质和技术支持，监督并配合学生使实验顺利实施。学生则以3—5人一组，通过查阅资料、互相讨论、请教老师等方式确定实验的内容和安排，利用实验教学时间及课余时间完成相应的实验内容，在达到提高个人综合实验能力目的的同时，树立将环境微生物技术与环境保护技术联系起来的意识，同时使个人的科学思维能力、团队协作能力和创新意识得到锻炼和提高。教学时间安排为4—6个学时，学生利用课余时间进行的项目环节时间不计入其中。设计模块是学生创新创业能力培养的核心模块。要求学生能根据不同实验目的，设计有效的实验方案，开展特定研究，特别是有关微生物在环境保护中的应用技术研究开发。为保证实验设计的可行性，教师需根据教学团队正在进行的研究课题提出多个选题方向供学生进行选题设计。要求学生以2—3人为一组，确定选题方向、实验内容并进行研究方案设计。各小组提交的方案经教师审核、公开评比后，每一选题方向确定一个最佳方案进入实验实施阶段。选定的方案要求具有新颖性、可行性和实用性。方案评比落选的学生则加入其他小组一起完成实验。设计模块教学时间安排为4—6个学时，主要进行方案的设计、论证、评比，方案实施由学生利用课余时间分工协作进行，时间不计入教学时间。

二、科学思维创新意识的培养

我校《环境工程微生物学》一般安排在第四或第五学期开设，是环境工程专业学生最先接触到的基础专业课程之一。课程的学习要求学生能运用已知的基础理化知识从微生物的角度分析思考复杂环境问题，学生面临从单科基础知识学习到复杂环境问题思考的转变，需要具备一定的科学思维能力才能对科学的知识与信息进行识别和加工，才能最终形成科学的见解和认识。因此，在我们的教学中将科学思维创新意识的培养作为一个重要的部分，贯穿整个教学过程。其中，综合实验内容的确定和实施是其中的一个主要环节。

对于综合实验的具体内容，我们只提出了要包含培养基配制灭菌、微生物数量测定或分离纯化等综合内容的要求，对具体要配制什么培养基、培养什么样的微生物没有规定，而要由学生结合自己的兴趣与知识去主动思考并决定。从教学的情况看，学生从最开始表现的茫然不知所措，到经过再三思考确定实验内容，虽然只是一个小小的决定，却使学生从按部就班完成教師规定的实验内容，转变到主动思考并积极实施的自己选定实验内容，完成从被动执行到主动思考的转换。以某一组学生选定的“水中细菌总数的测定”为例，他们最初确定的内容是：通过对校园景观池塘水和自来水中的细菌总数进行测定，判断前者是否满足饮用水的细菌学指标要求。对此，我们指出：校园景观池塘水作为开放的景观用水，必然不能满足饮用水的要求，因此，实验缺少现实意义和新意。随后，经过讨论，他们将实验的内容调整为：对校园不同状态景观用水的细菌总数进行测定，评价其生物污染状况和产生的原因。具体包括：采集校园流动水景、静水池塘和林间集水坑的水样；对水样的细菌总数进行测定；对水体的水源、流动换水情况、人员流动情况等进行调查；根据测定的结果分析水质现状及形成原因。由于是自己选定的实验内容，学生对后续实验的实施也表现出更大的积极性和主动性，通过参考书本，请教教师和同学，团结合作，最终完成实验，得到以下结论：三种水样中细菌总数由大到小依次为：校园静水池塘>流动水景>林间集水坑，因此认为三者中受生物污染状况最为严重的为静止的池塘水，分析原因在于：静止的池塘中，水流动性小，换水量不大，且有放养的鱼类、观赏禽类，同时还时有路过的行人向池中投加食物，造成水中营养物质丰富，利于微生物生长。教学中，我们通过引导学生对实验内容进行调整，既避免了实验与一般“水中细菌总数测定”的雷同，又使学生意识到：科学实验的内容应该具有现实的意义，实验的内容应该为达到实验的目的而设置。

三、团队合作责任意识的培养

随着科学技术的日新月异和知识信息的爆炸式增长，如何有效地与他人分享信息资讯已成为学生成长的必修课和基本功。是否具备良好的沟通能力、团队精神、责任意识、创新能力等综合素质也是社会或用人单位招聘面试的重点考察内容。首先，微生物综合实验对于学生来说是一个全新的课题，在以前没有涉及过，因此在综合实验内容的确定和创新实验方案的设计时，他们不得不与教师和同学进行反复讨论，才能确定实验的内容和实施的方案；此后，由于完成实验的时间可能较长且分散，需要学生利用周末、晚上或节假日等空閑时间来进行，因此小组成员间就必需根据各自的时间来安排计划、明确各自负责的内容、团结协作才能保证实验的顺利进行。在实验的进行过程中，不可避免的会有分歧和不同意见，比如富集酵母菌的材料是用苹果皮还是苹果肉、接种时是用平板涂布法、混菌法还是划线接种法等。经过争论、请教、思考，他们认识到：要富集酵母菌，苹果皮和苹果肉可能都不如烂苹果好；微生物计数接种时可以用平板涂布或者混菌法都可以，而划线接种法更多用于菌种分离纯化培养。

四、创新创业能力的培养

随着我国创新创业教育的兴起，对大学生的创新创业能力的培养也越来越受到各界的关注。鉴于《环境工程微生物学》是环境工程专业的重要基础课程，又与环境保护技术的发展密切相关，我们在教学中，将对学生的创新创业能力培养界定于“微生物在环境保护中的应用技术研究”中，力求增强大学生创新创业能力培养的针对性和实效性。设计模块的教学是创新创业能力培养的重要环节。教学过程中，我们根据教学团队正在进行的“水体黑臭底泥生态修复”课题，剥离出“黑臭底泥硫氧化反硝化功能微生物的富集培养”、“硫氧化-反硝化菌剂研发”、“反硝化菌剂研发”、“硫氧化菌剂研发”等选题供学生选择进行实验方案设计。学生提交的方案由老师组织学生参与进行公开评比和讨论，最终每个选题只确定一个最优方案进行实施。

五、问题与建议

从我们构建的教学体系的实行情况来看，既锻炼了学生的微生物实践操作能力，又培养了他们的多种创新创业素质，但在实施中也发现了一些问题，主要表现在：

第一，由于教学学时有限，许多实验的完成都需要利用课余、节假日时间，这给老师的教学投入、实验室的管理都提出了新的要求。为保证教学的正常进行，需要增设研究生助教岗位，延长实验室开放时间。

第二，与传统开设的实验项目相比，综合和设计模块实验在内容上更丰富多样并且都与实际应用有关，因此需要完善配套的实验条件，如需氧培养设备、独立管理的实验间等。

第三，授课老师除了掌握微生物的实验技术以外，还要了解地方的环境保护发展和动态，具有一定的实践经验，才能在教学过程中激发学生的兴趣和创新创业的激情。

第四，综合和设计模块实验更多依靠学生分组协作完成，单纯凭借实验报告无法满足考核的需要，有必要根据学生的考勤、实验报告、创新性、完成情况等建立一套合理有效的考核方式。

第五，受地方教育水平和高考地方加分政策影响，学生的个人能力差异较大。对一些个人能力不足的学生，需要建立帮扶制度，区别对待重点关注。

总的来说，我们通过构建新的实验教学体系，实行模块化教学，对在环境工程微生物实验教学中培养学生的创新创业能力进行了探索，取得了一些经验，但对于如何进一步优化课程的教学体系、建立合理的考核方式、创立学生创新创业能力培养实训平台、对个人能力不足学生的帮扶措施等都还值得进一步改革探索。

参考文献：

[1]薛祯祯，陈雅.基于创新训练计划的大学生创新能力培养方式研究[J].时代教育，2015，（13）.

[2]朱正国，朱桃杏，王道远.工科院校实施创新教育的几点思考[J].教育探索，2014，（1）.

[3]王士芬，施鼎方.浅析环境微生物学实验教学[J].实验技术与管理，2005，22（10）.

[4]肖春玲，王安萍，邹小明，等.微生物学模块式实验教学体系的构建与应用[J].井冈山大学学报（自然科学版），2011，32（2）.

[5]李维国，常立民，张晓艳，等.环境工程微生物学实验课教学改革的初步尝试[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2007，（1）.