环境工程微生物实验教学课程体系改革与研究

吴龙华 吴士筠 汪婷婷

摘 要：本文以武汉工商学院环境工程专业为例，从实验教学内容结构、教学方法和教学考核办法三大方面着手，结合实验室废物综合利用的管理手段，对环境工程微生物实实验教学体系改革和研究，不仅让学生掌握了环境工程微生物实验操作技能，同时提高学生分析、解决实际问题的综合能力，培养学生的创新思维。

关键词：微生物实验；实验教学；改革；创新

环境工程微生物学是环境工程专业的一门主干课程。它作为一门边缘学科，是运用环境工程的手段和方法来加速和强化自然界中污染物的循环、转化和降解，以充分发挥微生物降解、转化污染物的巨大潜力，实现环境工程的高效、稳定和资源的再生利用，消除人类活动对环境所造成污染的一门学科。[1]环境工程微生物实验是对于巩固环境工程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的实践环节。

1 实验课程体系的系统化

1.1 实验课程体系的建立

环境工程微生物实验是一门专业必修课程，独立授课。为了使实验教学内容体系具有层次性和系统性，在教改中通过对教学内容的重新组织和安排，使学生在从基本技能操作型实验到综合型实验、再到设计型实验的学习过程中，逐级提高，具备能独立设计和完成基础环境微生物实验的能力，并能有所创新。将环境工程微生物实验由原来32学时增加到96学时，保证学习时间。该课程体系分为四个部分，第一部分为基础技能操作实验，在环境工程专业本科第一学期开设，32学时，必做；第二部分为综合型实验，在环境工程专业本科 第四学期开设，32学时，必做；第三部分为设计型实验，在环境工程专业本科 第六学期开设，32学时，必做。第四部分为创新型实验，鼓励引导学生把实验教学与科研、竞赛紧密相结合的创新性实验项目。

1.2 实验项目的合理选择与安排

在进行实验项目的选择和编排时，我院环境工程微生物实验教学小组对其他本科院校进行了充分的调研，总结了过去十年本课程实验教学的经验，分析了实验教学效果，以及结合实验室的硬件情况，保留了曾经开设过的教学效果良好的经典实验项目，并根据各阶段的实验教学目标不同，进行了开设顺序的优化。此外也增加了一些新的实验项目，在正式开设前，实验指导教师首先对新设实验项目进行了大量的预备实验和探索实验，充分考虑了学生理论课的学习进度和学习的循序渐进、由浅入深，同时结合了实验室废物的综合利用的管理手段，从实验原料的选取、实验环节的设计的实验废物的处理等方面进行合理设计，并通过统计实验过程中各知识点的覆盖程度，优化新设实验项目的安排，力争提高教学效果。经过本课程实验教学组的认真讨论和研究，确定了本课程实验项目的开设方案，具体见右表。

2 实验教学方法的多样化

2.1 实验课堂教学方法的创新[2][HT]

通过建立实验前查阅资料设计实验方案、实验中独立规范完成实验全过程、实验后独立分析实验结果并能展开讨论的实验教学方法，创建课前课上课后系统科学的实验教学方法（方法参见下图）。在课程改革中，运用学生与教师合作的方式，使教师的角色从传统的信息完全提供者变为学生求知过程中的团队中一员。对综合性特别是创新性实验，由教师确定课题方向，引导学生主动查阅资料，根据文献自主设计并独立开展实验。这种学生由被动到主动的转换，可有效激发学生的主观能动性，提高学生文献查阅、实验操作、实验数据采集及实验结果分析的能力。使学生养成独立思考的习惯，掌握系统有序的开展科研工作的方法，还可培养学生严谨求实的科研工作态度和团结协作精神。

2.2 开设环境工程微生物实验虚拟仿真实验项目[3][HT]

我院目前已建成了三个仿真实验室，可开设70余项仿真实验项目。以实验教学内容、方法改革和建设共享优质实验教学资源为核心，坚持“虚实結合、以虚补实，虚实交错”的原则，对于工程性强、综合性强的实验项目，仿真实验较传统实验教学具有明显的优势，因而在高校环境专业实验教学中存在很大的发展空间。开设仿真实验，对传统实验、实训课程的不能覆盖的知识点是一个有效的补充。通过仿真实验，不但可以使学生实现对基础型实验内容的预习，更可使学生通过条件与参数的改变，实现不同实验过程，获得重要技术工艺的实验结果，验证理论知识，培养科研热情，锻炼创新思维。例如城市污水处理工艺虚拟仿真系统，主要包含水处理实训AAO工艺、水处理实训SBR工艺、水处理实训氧化沟工艺等五个仿真单元。以环保水处理工艺为原型，模拟水处理工艺正常操作、常见设备故障操作、常见工艺事故处理操作，利用动态模型实时模拟真实工艺反应装置现象和过程，通过仿真工艺反应装置进行互动操作，产生和真实工艺处理一致的结果。通过模拟工厂实际的仿真实验，使学生深入了解和掌握城市污水处理工作原理和岗位操作技能，培养学生的工程实践分析问题和解决问题的能力。

2.3 探索实验课外的教学方法 [45][HT]

为了激发学生的学习热情及专业兴趣， 让学生走出课堂， 始终坚持 “产 、学 、研 ”相结合的教改模式 ，明确实践教学环境建设指导思想 ，切实推行实践教学环节课程改革。具体措施如下：

（1）学院对科技创新活动有浓厚兴趣、学有余力的普通全日制本科二、三年级学生均可参与申报校内大学生科技创新项目。科技创新项目不限学科专业，鼓励学生开展跨学科、跨年级合作研究。学生可以个人或团队申报，每名学生只能参加1个项目，每个团队原则上不超过5人，给予一定经费支持和2个创新学分奖励。

（2）学院加强大学生校内外学科竞赛项目的管理与监督，为学科竞赛提供必要的场所、仪器设备等方面的支持，并对竞赛项目的进展情况进行跟踪管理。鼓励学生可以个人或团队申报，每个团队原则上不超过5人，给予一定经费支持和2个创新学分奖励。

（3）专业教师可以结合自己的科研项目或研究方向，由学生自己选择实验内容，独立设计实验方案，在教师的指导下完成相关实验。这种方式可激发学生对专业的兴趣，提高学生的积极性，让学生尽早的接触科研，了解科研的方法和特点，拓宽学生的视野，让学生认识到自己的不足之处，从而有利于学生确定自己的努力方向。同时通过不断的解决科研过程中出现的问题，提高学生的创新能力和解决问题的能力。

（4）学院还先后与湖北科亮生物工程有限公司、湖北君集水处理有限公司等5家挂牌成立校外实习基地，让学生在校期间就能接触到环境工程专业的工作岗位，通过实训，能切实的学习到专业岗位所需的一些必备技能，加深他们对专业知识的理解和运用，提升学生的解决实际问题的能力。

3 教学考核方式的设置

该实验课成绩单独记分，凡实验成绩不及格者，必须重修。

本课程的第一部分和第二部分实验考核采取考勤、平时实验操作、实验技能操作考核、实验报告完成情况相结合的方式，按百分制综合评定成绩，采取预习报告10%、考勤10%、平时实验操作成绩20%、实验技能操作考核20%和实验报告完成情况40%。

本课程的第三部分实验考核采取考勤、实验方案设计、平时实验操作、数据记录及处理过程和小论文完成情况的方式，按百分制综合评定成绩，采取考勤分10%、实验方案设计20%、操作分20%、数据记录及处理过程10%、小论文40%。

对课外学生参加第四部分创新型实验，可根据学生或以小组为单位提交科研实践总结报告，或撰写相关学术论文，取得较好研究成果或在期刊上发表科技论文者可直接给予2学分奖励。

生产实习考核采用实习期间综合表现10%、实习记录10%、实习报告40%、笔试闭卷考试（主要考核实习企业污染物治理工艺流程、各处理单元的功能以及常用的工程参数等）40%。

4 教学效果反馈

2013年至今本校环境工程专业的学生已执行了表1的教学计划，在经过四个阶段的实验课程的学习后，实验指导教师和毕业论文指导教师明显感受到学生不论实验操作技能、熟练程度还是设计实验方案、解决实际问题的能力都较前几届有了大幅的提升，学生也普遍觉得收获良多，实验技能的提升也加深了他们对理论知识的理解，设计型实验拓展了他們对这门学科的应用方向，对他们今后工作或者深造奠定了扎实的基础。同时尽早让学生接触了本专业的科研和工作，有助于学生加深对行业的认识，以便他们对自己的职业生涯规划更为清晰、合理。因此，该实验教学体系改革后，教学效果良好，得到了广大师生的一致好评。

5 结语

通过对实验课程体系的优化、实验教学方法的多样化以及考核评价体系的多元化的一系列改革， 始终坚持虚实相结合和“产”、“ 学”、“研”相结合的原则下，让学生从课堂走到课外再走进企业的循序渐进的教学课程体系，大大提高了实验教学效率，大大地激发学生的学习兴趣， 特别是设计型实验涉及新技术、新知识和将专业理论知识与实际想联系的企业实习在实验教学中的渗透， 加深了学生对专业的了解， 拓宽了他们的视野， 提高了学生分析问题和解决问题的能力及实验技能， 增强了科研意识及专业信心。

参考文献：

[1]代群威，杨丽君，李琼芳.环境工程微生物学实验教学新探[J].西南科技大学《高教研究》，2011，（3）：5961.

[2]鲍立宁，凌琪，王莉. “层次一体化”教学模式在《环境工程微生物学实验》课程改革中的应用[J].生物 学杂志，2013，30（4）：110112.

[3]段凤魁，贺克斌，杨宏伟，等.环境专业仿真实验教学的建设探讨[J].实 验 室 研 究 与 探 索，2016，35（4）：101103.

[4]金杰，吴克，蔡敬民，等. 应用型院校生物与环境工程专业校外实习基地建设[J].生 物 学 杂 志，2010，27（2）：9698.

[5]李玲玲，褚衍洋，白卯娟.关于指导环境工程专业生产实习的几点体会[J]. 广 东 化 工，2013，40（13）：238.

基金项目：武汉工商学院教学改革研究项目（项目编号： 2016Y08）

作者简介：第一作者：吴龙华（1983），男，汉族，本科，实验师，研究方向：水处理；第二作者：吴士筠（1950），女，汉族，本科，高级实验师，研究方向：微生物工业。

*通讯作者：[HT K]汪婷婷（1983），女，汉族，本科，实验师，研究方向：环境影响评价。