地方院校《环境工程微生物学》课程改革与实践

刘少恒， 陶建军， 周诗彪， 杨基峰， 胡 熙

(1.湖南文理学院 化学与材料工程学院，湖南 常德 415000；2.中南林业科技大学 环境科学与工程学院，湖南 长沙 410004)

《环境工程微生物学》是环境科学、环境工程及相关专业学生必修的一门专业基础课。其理论和实践部分内容均十分丰富。该课程以微生物个体、群体形态及细胞功能结构、生理特性、生长繁殖、遗传变异等理论研究为基础，更注重微生物与环境(尤其是污染环境)之间的关系，并且重点强调了微生物对环境物质的转换分解作用及相关作用机制[1]。随着环境工程领域技术研究的迅猛发展，尤其在利用微生物处理环境问题上，无论是理论研究还是实际应用，其成果均十分显著。因此《环境工程微生物学》的课程教学必须不断进行调整、更新和改革，以提高学生的专业水平和综合素质，适应培养创新型人才的需求和目标。在传统教学模式中，理论教学较实践教学的关注度更高，对于学生的可管控度也更强。但环境工程微生物学是一门理论性和应用性均较强的学科，在教学中如何通过课程设置，更合理地将微生物学基础知识与热点环境问题有机结合，是环境工程微生物学课程改革的重点和难点。由于湖南文理学院是在2016年才开始面向全国招收环境工程专业本科生，2017年正式开设环境工程微生物课程，因此在吸取了诸多其他高校该课程的开设经验后，将课程设置为32个理论课时，24个实验课时，实验课时所占比重较其他地方高校更大。但要想进一步提高学生的培养质量，还应在加强理论知识的传输和更新、强化学生工程应用能力、提高实践课程教学质量等方面做大量工作。基于以上，笔者对地方院校在环境工程微生物学课程教学改革中提出了几点具体实施意见。

1 注重课程定位

《环境工程微生物学》的落脚点在微生物，但需熟知这些微生物知识的学生却不是生物专业的，而是环境专业的。他们没有生物专业学生良好的生物学基础，对于生物生理、习性等知识的理解更为困难。因此该课程不同于普通的微生物学，在课程教学中教师需要用更为通俗的方式，深入浅出地介绍与环境领域相关的微生物学基础理论知识[2]。

另外，这门课程也不是讲环境污染的生物处理工程，讲授的落脚点也不应集中在工程上。实际上，通过这门课程的学习，应使学生掌握与环保领域相关的微生物理论知识和实验方法技术，通过理解微生物与环境污染物的转化作用机制，为后续专业课程中更好地理解生物修复法处理污染环境(大气、水、固体废物等)提供知识储备[3-4]。因此，该课程必须突出污染环境保护与治理的主题，授课中将微生物学相关理论知识与环境科学、环境工程领域实践相结合，准确认识该课程的定位对于课程的逻辑结构、教学重点和教学方式都有十分重要的意义。

2 提高教师教学水平

目前，诸多地方院校均加大了对博士及以上学历的人才引进力度，这些举措也大大增强了教师的师资力量，为双语教学的开展提供了可能性，为拓宽学生的视野提供了平台。现阶段，利用微生物学方法处理环境工程领域污染问题的很多专业知识及前沿进展都是国际化的研究，将这些精华直接引入而非经过翻译后再传输给学生，更利于实现学生外语能力和专业知识的共同提高。但在双语教学过程中，应注意结合地方院校学生本身特点进行个性化合理的设计与教学。例如笔者在进行环境工程微生物学教学时，采用的方式主要是中文讲解为主，多媒体也主要以中文汉字展示，但在课堂板书中均采用英文书写，特别是对于一些专业名词，除列出其对应的英文单词外，还中英文双语详细解释其具体含义。这样可以让学生在以后的文献阅读中更好地理解专业术语的含义，同时让英语基础较差的同学可以对应地看到环境工程领域中英文的一些常规表达，更好地提高专业和英语技能[5-6]。

促进教学的国际化除了采用双语教学手段外，还有一个重点就是要求教师，特别是研究型教师以“科研助教学”，将自己课题组或是其他相关研究领域最新的研究成果通过通俗的方式展示给学生。例如在介绍“真核微生物”章节，讲述藻类引起的富营养化过程时，可以同时介绍最新的藻类去除方法，包括生物除藻方法里面涉及的竞争、化感作用、杀藻菌等，另外还可以介绍藻类引起的微囊藻毒素的传统及现代的处理方法，包括吸附法、氧化法、生物降解法、超声法、光降解法等。这些内容的介绍可以让学生学到书本上没有的最新研究进展和方法技术，为他们以后走上工作岗位或科研道路打下专业基础[7-9]。

3 培养学生学习兴趣

3.1 合理使用教具

通过合理使用教具，能显著提高学生的学习兴趣。例如，显微镜虽然是实验室常见的工具，但第一节课就将其带入环境工程微生物学课堂的却并不多见。在第一节课中将已制作好的微生物标本置于显微镜下，连接多媒体设备，让学生直观地看到显微镜下的色彩与形状，这种现场的视觉冲击甚至会比网上找到的视频素材更有震撼力。第一节课通常讲述绪论部分的内容，这节课里没有复杂的逻辑公式，没有深奥的理论知识，但确是全课程的缩影[10-11]。通过联系生活中的实际，在第一节课就激发出学生浓厚的学习兴趣，是本课程讲授成功的第一步。又如，可以在第一节课时带上几个含固体培养基的灭菌培养皿，现场分别让几个学生将指印印在培养皿中，并引发学生思考：印了指纹的培养皿里会出现什么样的变化？第二次课时，将这些培养皿展示出来，引导学生描述菌落的颜色、形状等性质，学生们可以看着这由自己引发的“事件”，带着探其究竟的心理开始第二次课的学习。

3.2 引入热点问题

在课程教学中引入当下热点问题，并对其进行分析，能大大提升学生的理解程度，缓解环境工程专业学生微生物专业知识薄弱的尴尬局面。例如，讲授病毒的分类依据包括：病毒的宿主、所致疾病、核酸种类、病毒粒子大小、病毒结构、有无被膜等。学生可能难以理解什么叫“根据核酸种类”分类。教师便可以举例，2018年年初网上有一篇名为“流感下的北京中年”的帖子刷爆了朋友圈，讲述了一位北京中产者的岳父在被流感病毒感染的短短一个月，经历了各种医疗救助手段，花光了家庭所有积蓄后仍然无力回天的经过。这其中所述的流感病毒便是一种RNA单链病毒，这便是一种通过核酸种类分类的病毒。通过这样的描述，学生既有了对病毒威慑力大的印象，又了解了RNA单链病毒是核酸病毒的一种类型。渐长的兴趣大大提高了学习效果。

3.3 善于使用多媒体设备

多媒体教学弥补了传统教学中对于图片、动画、视频等视觉上无法直观传达的缺陷。微生物个体十分微小，这势必造成学生的感性认识减少，对概念的理解更为困难的局面[12]。在环境工程微生物学教学过程中充分利用多媒体工具，尤其引入相关优质的微生物视频播放，能极大提高课堂教学的趣味性。例如在讲授细菌章节后，为引发学生思考超级细菌及抗生素滥用问题，笔者找到TED Talk视频里的“When Antibiotics do not work”，短短11 min的视频，不仅可以让大家了解抗生素出现的原因、生产制造方法和机制、人类进入的后抗生素时代以及未来的发展方向，引发学生对于细菌与人类健康及环境之间关系的思考，减少抗生素的使用，通过新技术对抗细菌，同时还可以通过短片的观看，学习演讲的技巧、ppt的制作展示、英语的应用和表达等其他技能。

3.4 提高学生课堂参与力度

加大学生课堂的参与度，也是有效提高学生课堂热情的方法之一。例如，讲授“微生物的生理”章节时，酶的理论多且较为复杂，仅酶的抑制剂就分为竞争性抑制剂(又分与底物相似型和与底物不相似型两种)、非竞争性抑制剂、反竞争性抑制剂、基团特异性抑制剂、底物类似物(又分与底物相似部分与酶结合型和反应基团在结合后造成破坏型两种)以及自杀性抑制剂六种，这其中又涉及可逆与不可逆抑制。在诸多的理论介绍过后，教师可以让学生自己通过查阅大量的国内外文献资料，了解酶处理污染物的研究进展，并以小组为单位，制成ppt，选派代表在课堂上进行讲解和展示，能够提高学生对于理论和目前研究结合的理解程度，激发学习热情，同时，在此过程中对于学生查阅资料、团队协作、汇报展示等能力培养也是较好的途径，这些都是创新型、实用型人才所必备的素质，为学生以后的工作和研究奠定基础[13-15]。

4 加强实践教学

实践是检验真理的惟一标准。提高学生的动手能力和实验独立操作能力，让环境工程微生物学理论知识更好地被理解和运用，是该课程实验教学的主要目的[16-17]。

环境工程微生物学实验同其他课程实验不同，前期准备工作和后期整理工作的工作量及难度都大一些。例如进行微生物接种实验前需包扎培养皿、灭菌，在实验完成后，为防止生物污染，需将长满菌落的培养皿灭菌后再弃去、洗涤干净。因此让学生全程参与实验的准备和整理工作，对于实验原理的理解会更为透彻。

环境工程微生物学实验是一门动手操作性很强的实验课程，因此教师需在课程中增加示范教学的时间，这可以直接提高学生的实验操作能力。例如在菌液在锥形瓶里培养前需要先进行封口包扎，一般学生都自己拿尼龙绳进行简单的捆绑，如果教师能示范绑带方式，展示快速高效的包扎方法，对于学生的动手操作能力会有极大地提升[18-19]。此外，共享精密大型教学仪器是解决地方院校经费不足的重要举措。湖南文理学院的环境工程专业隶属化学与材料工程学院，在学生进行微生物相关实验需利用PCR仪、凝胶电泳仪、酶标仪等专业仪器时，便同生物学院进行仪器共享。而生物学院学生进行实验需用到气相色谱、气质联用仪、表面粒度分析仪等与材料分析相关仪器时，也可与化学材料学院进行仪器共享。这种共享方式节约了学院经费，为学生提供了进一步了解和使用专业仪器的平台。

综上，地方院校有不同于其他高校的特点，经费相对来说也更为紧张，因此，在开展《环境工程微生物》教学过程中更应注意通过明确课程定位、提升教师教学水平、提高学生兴趣以及加强实践教学等方面提高教学质量，获得更好的教学效果。