環境微生物學教學改革探討

摘要：環境微生物學是環境科學與工程專業重要的專業方向課程，具有較強的理論性和應用性，且內容廣、發展快。只有堅持不斷的教學改革，才能確保專業教學的可持續性。本文結合環境微生物學教學實踐，從教學內容、教學形式等幾個方面，就如何提高教學質量、增強教學效果加以探討。

關鍵詞：環境微生物學；教學改革；創新型人才

環境微生物學既是微生物學的分支學科，也是環境科學與工程的分支學科，是隨著環境科學與工程的快速發展應運而生的一門交叉性學科。這門學科以普通微生物學為基礎，在研究微生物學一般規律的同時，重點研究微生物與環境之間相互作用的規律、微生物活動對環境及人類產生的影響以及環境污染控制中的微生物學原理。環境微生物學是環境科學專業本科生的專業方向課程，學生在學習掌握了有機化學、生物化學和生態學的基礎上，通過學習掌握微生物的類型和基本形態、結構和生理特性、生長規律、遺傳與變異以及微生物在自然界物質轉化中的作用、微生物在環境科學與工程中的作用，為后續學習水污染控制、固廢處理與處置和大氣污染控制等相關課程奠定堅實的基礎。

根據環境微生物學的課程特點，教師在教學過程中既要注重基礎理論知識的教學，也要強調微生物知識在環境領域中的應用。因此，培養學生從基本理論、基本應用和基本技能三個層次掌握環境微生物學知識，尤其是培養學生應用微生物學知識分析和解決環境領域中實際問題的能力尤為重要。目前，在我校環境微生物學的教學過程中，由于理論課時較少，實驗課時不足，教學形式單一等原因，教學效果還有很大提高的空間。本文結合環境微生物學的教學實踐，就如何改進該門課程教學方法，從而提高教學質量，增強教學效果等加以探討。

1 優化授課內容，改進教學形式

教改的根本目標是提高教學質量，其中教學方法的改革不僅是教學改革的首要保證，而且關系到人才創新能力的培養[1]。目前，理工科課堂通常授課內容比較枯燥，教學形式比較單一，而且在教學過程中主角是教師，課堂往往缺乏師生互動交流，導致氣氛不夠活躍，學生學習興趣不夠濃厚。如何優化授課內容，豐富教學形式，對激發學生對環境微生物學課程學習的興趣尤為關鍵。

1.1 明確教學目標，更新教學內容

教學目標是有效教學行為的“導航儀”，明確清晰的教學目標，科學引導教學行為，才能實現教學內容的科學化、合理化，而教學內容的改革正是教學改革的中心。

環境微生物學的教學目標是使學生掌握微生物學的基礎知識、基本理論和基本技能，熟悉微生物的基本特征及其生命活動規律，并將所學應用于生態環境的保護和治理。針對教學目標，結合環專業培養方案，我們將零散的知識點整合為三大部分：微生物學基礎知識、微生物生態與環境生態中的微生物作用、環境微生物學實驗。微生物學基礎知識包括微生物的種類、形態及結構、生理生化特性、生長繁殖及遺傳與變異等基本知識。微生物生態與環境生態中的微生物作用主要涉及水體、土壤、空氣中的微生物生態，微生物對天然和人工合成物質的轉化降解，以及水、固體廢物、廢氣治理中的微生物學原理等基本理論。環境微生物學實驗主要包括不同種類微生物的觀察、計數，微生物染色、培養基配制和滅菌，微生物分離與純化等基本技能的訓練。第一部分與第二部分是一個循序漸進，由理論到應用逐步推進的過程，學生必須在清楚掌握第一部分基本知識的基礎上，才能正確地運用這些知識，學習微生物在生態系統特別是污染生態系統中的作用。而第三部分基本技能的訓練必須穿插在整門課程的教學過程中，使學生打下堅實的基本功。只有根據課程特點和人才培養目標，優化授課內容，才能確保教學效果，實現教學目標。

此外，作為一門交叉學科，環境微生物學隨著微生物學、環境科學與工程等相關學科的發展而不斷呈現出新的內容。因此，教師必須通過隨時跟蹤學科前沿發展動態，不斷更新自己的知識結構，把最新科研動態穿插在課堂教學中，讓學生熟悉和掌握學科前言新的理論知識和操作技術，為學生將來從事相關領域的研究工作打下良好的基礎。

微生物學的研究手段和技術（諸如微生物分子生態學、微生物基因組學、微生物蛋白質組學等）正隨著科技的迅速發展而不斷孕育和發展。隨之而來，很多新技術、新方法，如RTPCR、FISH、PCRDGGE、2D SDSPAGE、MSMS等在環境科學中被廣泛使用[2，3]。因此，必須在教材內容之余適當地補充一些新知識、新技術及新問題。譬如說，在介紹酶活測定時，增加了酶的分離純化和鑒定技術，補充蛋白質組學技術在環境微生物學中的應用。這些內容的補充既能使學生拓寬書本知識的廣度和深度，又能使學生了解到環境科學學科的發展趨勢和研究熱點，更重要的是激發了學生的學習興趣，從根本上調動了學習的發揮主觀能動性。

1.2 創設思考情境，增強師生互動

興趣是最好的老師。教師在教學過程中，還可經常采用設問、對比、啟發、討論等方式激發學生的學習興趣和主動思考。師生互動并不是單純的教師提問和學生回答，而是思想的交流和碰撞。通過拋出一些引人入勝、有助于學生思考的問題，或引而不發，或自問自答，或帶動學生主動回答討論，通過這些問題調動學生的學習熱情，提高他們分析、解決問題的能力。

例如在介紹絲狀菌中的球衣細菌時，介紹完球衣細菌的基本特征，提出問題：在活性污泥生物處理系統中，如何既利用球衣細菌降解有機物，又不能讓它產生污泥膨脹，我們有哪幾種辦法？給學生一定知識點的提示，引導學生自主思考并展開討論，通過這種啟發式和發散式的教學形式，既活躍了課堂氣氛，也加深了學生對知識的理解和記憶，更培養了學生對前后知識點的串聯和應用能力。再比如在介紹證明遺傳物質是核酸的三大經典實驗時，不是單純敘述實驗過程和結論，而是注意調動學生思考，將學生帶入科學家的實驗情境中，引導學生作為實驗的設計者、實施者和分析者，從而得出遺傳物質是核酸的結論，并在這個不斷推理的過程中，培養學生形成科學嚴謹的思維方式，學習科學嚴密的實驗設計方法。

環境微生物學內容繁多，應用性強。教師在教學過程中要善于通過提問來引導學生進行橫向比較和歸納，加深學生對知識的理解和掌握。例如對“原核與真核生物的比較”，“放線菌與霉菌的比較”，“微生物不同營養類型”的比較，“微生物不同呼吸類型的比較”，“微生物不同發酵類型的比較”，“營養物質跨膜運輸方式的比較”，“消毒和滅菌的比較”等等。

2 加強實踐教學，強化能力培養

環境微生物學是一門實踐性和應用性都很強的課程。教師在講解基礎知識和基本理論的同時，還需要將基本技能以實驗教學的形式穿插進來。實驗教學在此門課程的教授過程中必不可缺，它對加深學生對知識點的理解，訓練動手操作能力，提高綜合素質非常重要。對基本技能的訓練也可以與教師科研項目、大學生創新創業訓練計劃項目、甚至生產實際相結合，不斷培養學生的實踐能力和創新意識。

2.1 改革實驗教學，強化技能訓練

實驗課是培養學生動手能力、基本技能的重要課程。為此，我校環境科學與工程專業的學生從大一至大三每周都會進行一項實驗訓練，由低年級至高年級依次有生化基礎實驗、生化綜合實驗和環境專業實驗。這些實驗項目包含微生物的基本操作以及微生物技術在環境治理中的應用。然而，并不是所有與微生物有關的實驗都安排在環境微生物學這門理論課程的開設學期（第四學期），有的早于理論的學習，諸如顯微鏡的使用與保養、超凈工作臺的使用與消毒、接種針和接種環的滅菌、高壓蒸汽滅菌的使用、試管和培養皿中微生物的培養等，這就導致學生沒有機會在理論學習之后通過實驗課加深理解；而有的實驗則晚于理論學習一至兩學期，比如SBR法污水處理工藝，使學生不能夠及時對基礎知識和基本理論進行鞏固。因此，很有必要調整實驗教學內容，將基礎知識與基本理論的學習盡量緊密地與基本技能的訓練安排在同一學期，從而增強教學效果。

實驗課也是培養學生創造性思維的重要課程。實驗內容的選擇特別是涉及到環境微生物學在環境治理中的應用的實驗，教師在設計實驗課程的時候，就需要特別注重培養學生的自主思維能力、發現問題和解決問題的能力。比如硫酸鹽還原菌的分離與純化實驗，就要求學生參與實驗的整個過程，從實驗設計（包括培養基的選擇、材料的確定）到實驗操作（如厭氧操作臺的使用、培養基的配制、菌體形態特征觀察、細菌生長曲線的測定、菌株的種屬鑒定等）均由學生自己完成。經過了這一系列訓練，學生不但能全面地掌握基本實驗技能，也對環境微生物學的相關知識有了更加深入的認識。

2.2 理論聯系實際，結合科研實踐

實踐教學需緊密結合實際需求，實踐教學的內容應來源于環境治理過程中的實際課題。因此，學生對課程的理論學習也應與教師的科研項目、大學生創新性實驗項目甚至生產實際聯系在一起。

高校要培養創新型的人才，就要培養學生的創新能力與實踐能力。高校教師是聯系教學與科研的重要紐帶。教師的科研活動一方面給教學帶來了新的思維模式，另一方面也是高校創新型人才天然的培養平臺。學生可以直接參與到教師的科研項目中，在科研過程中獲得思維和技能的雙重訓練。

除了參加教師科研項目，我院每年還組織本科生申報院級、校級、省級及國家級大學生創新創業訓練計劃項目和優秀畢業論文培育計劃項目。項目的主要目的是培養大學生的創新能力與實踐能力，特別是學習主動性、探索能力、實踐能力以及團隊協作能力。這與環境微生物學注重理論與應用相統一的特點是一致的。因此，將環境微生物學課程學習與這些項目的實施結合起來，對教學質量的提高和項目的順利實施都非常有利。學生可根據自身興趣并結合導師研究方向，開展相關領域的基礎研究，學以致用。比如“微生物電化學系統與曝氣生物濾池耦合強化處理微污染水的實驗研究”，“快速檢測沙門氏菌的電化學生物傳感器”，“以生物質和污泥為碳源SRB處理含Cr（VI）廢水”等項目。在項目執行過程中，學生作為主體，在導師的指導下充分發揮主觀能動性，積極主動地進行調查研究、實驗設計、實驗操作、分析論證、撰寫論文、申請專利，思維能力和科研能力甚至團隊寫作能力都得到提高，也為日后從事研究生學習和就業工作打下良好的基礎。

3 結合多媒體教學，完善網絡平臺

現代高校采用多媒體教學和板書教學相結合的方式。多媒體教學以其直觀性、實時性、靈活性、立體化的優勢，受到教師和學生的青睞。環境微生物學的課堂講授也應注重多媒體制作的質量，并且完善各類網絡平臺的建設，課下與課上聯動，拉近老師與學生的距離，增強交流和互動。

3.1 優化課件制作，使教學內容具體化

環境微生物學的研究對象是肉眼看不見的微小生物，教學內容涉及到生物化學、生理學、遺傳學等諸多學科，內容繁雜、抽象。如果用傳統的說教式教學，必然使學生感到味如嚼蠟。這也是部分學生學習效率低的原因之一。

教育心理學研究表明，對于同樣的信息，圖像比文字容易被接受者所記憶，而且人們能記憶從聽覺所獲信息的15%，從視覺所獲信息的25%，從視覺和聽覺同時所獲信息的65%[4]。多媒體教學能提供多感官、多方位的外部刺激，使學生在學習過程中既能聽到老師的講解，又能看到形象豐富的圖片，大大提高學習效率。在多媒體教學的授課環節中可充分利用文字、圖片、照片、影像資料等來豐富教學內容，把抽象性的、闡述性的教學內容轉變為生動形象的感性素材，將多姿多彩的微生物世界逼真地展現出來，提高學生學習興趣和學習效率，從而直觀地掌握環境微生物學知識。例如在緒論部分介紹微生物在環境污染治理中的作用時，給學生展示了我市污水處理廠生化池的照片；在講解藻類產色素及藻類爆發對環境的危害時，展示了我國太湖流域藍藻爆發的照片，以及今年3月剛剛發生在澳大利亞墨爾本市中心一處鹽湖由藍色變成粉色的照片；在介紹DNA的結構與復制時，給學生展示了模式圖和動態視頻，加深學生的理解和印象；在描述原生動物的運動胞器時，播放了鐘蟲、變形蟲等原聲動物的動態顯微鏡視頻；在講解噬菌體侵染細菌的過程時，用動畫描述了噬菌體侵染的四步（吸附、侵入、復制裝配、裂解釋放）過程。這些照片、影片或動畫的放映均取得了很好的教學效果。

3.2 完善網絡平臺建設，加強課下學習溝通

為了更好地配合課堂教學，教師還有必要將一些有用的網站和資料通過鏈接或共享平臺上及時推薦給學生，并課下指導學生查尋相關資料。如知名的微生物網站，國內外優秀的環境微生物學教材，電子數據庫以及教學和實驗中的課件和錄制的視頻等。通過網絡共享平臺，教師可將這些素材經整理加工歸類，作為有效的教學資源。

此外，建立在線答疑、在線提交作業的的網絡平臺，也將大大輔助學生課下學習的積極性和主動性，有助于培養學生的思考與溝通表達能力。

4 結語

環境微生物學是微生物學與環境學科之間的一門交叉學科，具有高度的理論性和應用性。它是環境科學與工程專業一門重要的專業課。如何在有限的教學時間內，既讓學生了解和掌握環境微生物學的基本知識和技能，又能培養學生的學習興趣和創新能力，成為教學過程中的難題。要想達到預期的教學目標，教學改革勢在必行，任重道遠，需要所有從事該課程教學的教師大膽探索和共同努力。這就要求課程教學不能單純地依靠傳統的傳授式教學，而是需要教師在教學過程中不斷優化授課內容，豐富教學形式，加強實踐教學，強化能力訓練，結合多媒體教學，完善網絡平臺，從而真正培養出會具有創新能力和實踐能力的人才，實現教學改革的目標。

參考文獻：

[1]李靖，周玉林，關杰.環境微生物學教學改革的探索與實踐.微生物學通報， 2009，36（11）：17661771.

[2]張小凡，周偉麗，王志平，袁海平.環境微生物學教學改革與學生創新能力的培養.微生物學通報，2014，41（4）：748752.

[3]尹穩，伏旭，李平.蛋白質組學的應用研究進展.生物技術通報，2014，1：3238.

[4]周開勝.環境微生物學教學方法探討.科技信息，2010，10：424426.

作者簡介：

劉暢（1985），女，漢族，安徽蕪湖人，博士研究生，講師，研究方向：污染控制與資源化。