环境微生物课程教学改革与思考

龚贝妮

（华南农业大学资源环境学院 广东 广州 510642）

环境微生物学是将微生物学的知识和原理应用于环境保护、治理、资源利用等方面的一门新兴的交叉学科，通过这门课可以使学生比较系统地掌握微生物学的基础理论知识，在此基础上进一步掌握环境科学和环境工程中经常使用的微生物技术、方法及其原理。在环境微生物课程教学中，如何讲授才能让学生在掌握扎实的基础知识的同时培养学生的学习能力和科学思维？文章对这个问题做出一些思考，提出以下有关课程教学的改革方法：

1 教学内容的改进

1.1 应根据不同专业的特点和培养目标，对教学内容进行选择，把握不同内容授课的深度

环境微生物课程内容多，教学学时不足，授课时间紧，64个总学时，其中32个理论学时，32个实验学时。华南农业大学资源环境学院选择了韦革宏教授主编的《微生物学》作为课程授课的主要参考教材，共13章，包括绪论，原核微生物，真核微生物，病毒和亚病毒，微生物的营养，微生物的生长与环境条件，微生物的代谢，微生物的遗传变异和育种，微生物的生态，微生物与物质循环，感染和免疫，微生物的进化、系统发育和分类鉴定，微生物与可持续发展等内容[1]。全书围绕微生物的形态、生理、遗传、生态、分类和应用等对微生物的基本知识进行了全面系统的阐述。对于环境、农学等理工专业，课程的主要任务是给学生打下坚实的微生物学理论知识基础，为学生学好后续课程、为学生今后的科研工作做好理论准备。扎实和系统的微生物学基础知识对于学生的科研创新活动至关重要，没有好的基础，就没有创新的条件，学术和科研创新就只能是空谈。

所以面向理科专业学生的环境微生物学课程需要重点讲解微生物学基础知识，同时将微生物在污染物的降解与转化、水环境污染控制与治理方面的应用原理讲解透彻。而对于环境方面的工科专业而言，要注重工程的实际应用，因此，除了教授微生物学基础知识以外，还需要重点阐述微生物在环境污染、环境治理工程中的应用，并对其原理进行系统讲解，因此，该专业的授课需要对理论知识进行选择，突出重点，增加工程应用相关知识的比重。

1.2 授课内容要反映环境微生物学科的最新进展

近年来由于生命科学领域的迅速发展，一些新的研究分析手段和技术方法不断出现并升级改进，这些新技术和手段在环境科学上的应用也使得环境微生物的研究获得了新的发展。技术的辅助也使得人们对环境微生物的认知和了解不断加深，基础理论也在不断地发展和完善。教师可以在课堂上向学生介绍这些技术和理论上的创新和发展，让他们了解学科发展的前沿动态和方向，同时这些新的技术和理论发展与人们的现实生活密切相关，很容易提升学生的学习兴趣。

现在新兴的很多新技术、新方法，如实时荧光定量PCR、16sRNA序列高通量测序、组学技术（包括基因组、转录组、蛋白组、代谢组等）、激光共聚焦显微镜（CLSM）等在环境科学包括环境微生物研究中被广泛应用[2，3]。教师可以对这些技术的基本原理进行介绍，在此基础上再通过环境监测或治理的实例来进一步阐明这些技术的实际应用场景。

在基础理论方面，目前对环境微生物组的研究取得了较大的进展，发现环境微生物组对环境污染、农作物健康密切相关。环境微生物不仅是地球环境演化的关键参与者，也在生态环境治理和保护中发挥着重要作用。人们利用组学技术已从污染环境中鉴定和筛选出多种环境修复功能菌及其污染降解相关基因和蛋白，对于我们认识生物修复的机理具有重要作用[4]。对根际微生物的功能和作用机理的研究已成为生态健康和农业发展研究的热点[5]，根际微生物与植物间具有复杂的互作关系，根系微生物具有调控作物生长发育和营养元素吸收转化、增强作物抗逆性和抗病性的作用，而植物可以通过根系分泌物来选择和构建根系微生物组。

教师在平时应密切关注环境微生物的最新发展动态，掌握专业相关的国际前沿研究和进展，充实自己的专业信息，把一些相关的网站和资料信息及时分享给学生，并指导学生自己上网查找相关资料获得最新知识，对教师讲授的内容进行补充，扩大其知识面，深化其对环境微生物学科的认识。

2 教学方法的改进

2.1 应采取渗透式、启发式和讨论式教学，加深学生对知识的理解，培养其科学思维和素养，激发学生学习的积极性

渗透式教学是指教师根据一定的教育目的，借助一定的载体，营造特定的氛围来引导学生感受和体会，在耳濡目染和潜移默化中对知识进行掌握和内化。教师应对教材内容和知识体系进行整理和归类，厘清知识的内在联系，使各知识点互相渗透和融合。比如讲授细菌芽孢的结构和功能时，引入高温高压灭菌的相关知识，以及芽孢杆菌在生物农药和肥料上的应用。讲述病毒时，将噬菌体对细菌的杀灭作用和噬菌体在抵抗感染、消除抗生素抗性菌特别是超级细菌上的应用，细菌溶原化和噬菌体对细菌的转化作用联系起来综合讲解。

启发式教学指教师在教学过程中根据教学任务和学习的客观规律，在授课过程中以启发学生的思维为核心，调动学生的学习主动性和积极性。在这个过程中，激发学生自己主动思考是关键。比如讲解微生物的营养类型和培养基时，在详细讲解了微生物的营养需求和不同营养类型，常见培养基的组分和配制后提出问题：不同营养类型的微生物需要在培养基中添加什么物质才可以满足其生长繁殖的需要？通过循循善诱对学生进行适当的引导和提示，让学生在思考的过程中对已学的知识有更深的理解并建立起内在的联系，同时锻炼其逻辑思维能力。

讨论式教学则是在介绍完基本概念后，提出问题，让学生分组进行讨论，以培养学生自主学习和沟通合作的能力。比如讲到病毒部分，提出问题：为什么2020年的新冠肺炎病毒具有极高的传染性？这是由于病毒的什么特性造成的？让学生分组讨论，查阅资料，得出推论，并发表意见，这样学生不仅获得了知识，而且能将所学知识和实际联系，提升了学生兴趣与积极性，同时也加强了学生的团队合作能力。

2.2 在教学中运用多媒体技术等现代教学手段来强化教学，提高教学效果

在环境生物学课程的教学中，单纯讲述理论知识通常会比较枯燥和抽象，给学生的理解造成一定困难，减弱学生学习的兴趣。因此在教学中一定要借助图片、音频、视频、动画等多种元素多种手段来更加直观生动地把微观世界的面貌、动态和原理本质更好地呈现给学生，以帮助他们对相关知识加以理解。如细菌的分裂过程、噬菌体的吸附和入侵、复制过程、氧化磷酸化电子传递和ATP合成过程的一些视频和动画等，不但可以增强学生学习的兴趣，也加深他们的理解和记忆。

2.3 强化实验教学，培养学生的动手操作能力和解决实际问题的能力

环境微生物学是一门实践性很强的学科。学生要通过环境微生物学实验操作和观察来深入理解环境微生物的理论知识并融会贯通。环境微生物实验教学要达到较好的效果，首先一定要让学生提前熟悉实验目的、实验原理、实验步骤和所需的试剂和用品。实验课要让学生掌握基本的微生物实验操作技术，更要加强对学生实验思路、实验设计的引导和思考。开始动手操作前教师需要跟学生详细讲解实验难点重点，根据各实验的具体要求，认真示范和指导，强调实验规范操作，对学生的操作严格把关，培养学生良好的操作习惯。同时为了调动学生的积极主动性，让学生尽可能多地得到锻炼，应减少每个实验小组的人数，让每个学生都有亲自操作的机会。实验人数较多时，应对实验时间进行统筹管理，在较短的时间内可完成不同的实验操作步骤和实验组别，建立较好的实验秩序。环境微生物学实验的准备工作比较烦琐，但实际上是微生物实验过程非常重要的一环，让学生自己准备实验材料，可以让他们对实验环节和实验思路有更清晰的认识和了解；实验结束后，让学生自己收拾桌面，将试剂和材料放回原来的位置，对使用过的仪器进行清洁并关机，有助于学生形成良好的实验习惯。

在完成基本实验操作技能训练后，可以在设置一些开放实验，供有兴趣的学生选择性完成，并对其实验课成绩进行适当加分。这样可以更好地提高学生的兴趣，培养和加强学生的创新能力和自主性。教师结合前面所学的基本实验操作技能和当前环境热点问题，设置可操作性较强的、难度适中的自主性实验专题，如检测几种常见消毒剂的杀菌效果、研究牛乳在酸败过程中细菌的生态学演变等开放性实验，让学生根据兴趣自主选题，确定题目后自行查阅相关文献资料来设计实验，独立开展实验并完成研究性实验报告。通过开放性实验可培养学生的团队合作意识，促使他们学会合理安排实验时间，学会独立分析和思考，培养他们发现问题、解决问题的能力，提高学生的主观能动性。

3 建立多元化的考核体系

为促进学生的全面发展，真实反映学生对知识的掌握和理解，应构建多元化的考核评价体系，包括6个部分，分别为课堂表现考核25%（包括提问、考勤等）、课程小论文（25%）和期末理论考试（50%）。

课堂提问包括对已学知识的复习提问和学习新知识时对学生的引导提问，分别可以体现学生对已学知识的理解、掌握，以及上课的专注度、思维方式和举一反三的能力。

课程小论文让学生自行选题，对教材或授课内容感兴趣的某点内容进行扩展，通过自行查找资料，写成1000字以上的论文。这样不仅可以激发学生的好奇心，拓宽所学的知识范围，加深学生对知识的记忆，发散学生的思维，还可以评价学生的信息搜索能力、逻辑思维与语言组织能力。理论考试可以系统考查学生对知识点的理解和掌握，是课程考核必不可少的一种方式。

4 结论

环境微生物将在环境、农业等领域发挥越来越重要的作用，对于环境专业学生的培养起着十分重要的作用，教师要讲好这门课程，需要让学生掌握扎实的基础知识并灵活运用，在这个过程中同时培养学生的科学思维和创新意识，需要我们不断思考和探索、不断改革和创新、不断总结经验才能讲好这门课程，为国家输送综合型、高素质、适应时代和发展需要的人才。