基于創新創業能力培養的《環境工程微生物學》實驗教學體系

張琴 劉輝利 靳振江 宋曉紅 李艷紅

摘要：創新創業能力培養對于地方普通理工高校畢業生具有重要的現實意義。我們通過構建“基礎—示范—綜合—設計”為一體的環境工程微生物實驗教學體系，從基礎實驗技能培訓、綜合實驗實施、創新實驗設計等多方面，對學生科學思維創新意識、團隊合作責任意識和創新創業能力的培養進行了探索，可為地方理工科院校培養實用型人才作參考。

關鍵詞：地方普通高校；環境工程微生物學；實驗教學體系；能力培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）09-0253-03

地方普通高校多面向地方招生，所培養的大學生（尤其是理工科的學生）大都會選擇在地方就業或自主創業，是地方國民經濟和社會建設的生力軍。因此，提高此類高校的大學生培養質量，培養更多具有創新創業能力的大學生具有重要的現實意義。促進主動學習、鼓勵動手實踐和引導科學研究是培養大學生創新能力的三條途徑[1]；創新教育觀、課程教學體系、實驗教學和實踐活動等是進行創新教育的重要內容[2]。我校環境工程專業的課程教學體系中，《環境工程微生物學》是一門核心專業基礎課程。其實驗教學對于鞏固微生物學基本理論知識、培養學生運用微生物技術分析、解決環境問題的能力及開發學生的創造力至關重要[3]。針對微生物學實驗技術與方法的特點，肖春玲等將微生物學實驗的內容整合成基礎性實驗模塊、綜合性實驗模塊和設計性實驗模塊3個模塊，構建了“以基礎知識和基本技能為基本內容，以創新能力培養為核心內容”的實驗教學新體系[4]。李維國等通過增設“環境工程微生物綜合大實驗”，使實驗教學效果得到顯著提高[5]。結合我校是一所地方普通理工高校，生源多來自地方，學生畢業后也多數在地方就業創業的實際情況，我們構建了“基礎—示范—綜合—設計”為一體的環境工程微生物實驗教學體系。

一、教學體系構建

如圖1所示，我們將環境工程微生物學實驗教學劃分為基礎、示范、綜合和設計模塊。教學依照由“基礎+示范→綜合→設計”模塊的順序循序進行，其中基礎和示范模塊的教學同時開展最先進行，綜合實驗實施和創新實驗設計教學在學生掌握基本微生物實驗技術的基礎上開展。基礎和示范模塊的教學是整個實驗教學體系的基礎。其中，基礎模塊主要是微生物基本實驗技術，如微生物培養、無菌技術、分離純化、顯微鏡觀察、微生物染色等。示范模塊主要包括微生物實驗中涉及到的具體操作方法，如玻璃器皿的包扎滅菌、顯微鏡的使用、劃線接種、平板涂布等。教學時間為6—8個學時。要求教學準備充分、目標明確、操作規范、有序可見。每個學生均要求單獨操作，完成相應的實驗環節和內容，掌握基本的微生物實驗技術。

綜合模塊是學生綜合實驗能力的訓練模塊。實驗內容不做具體限制，采用“老師引導監督，學生自主安排”的方式進行，但要求包含培養基配制滅菌、微生物數量測定或分離純化等綜合內容。老師負責結合微生物技術在環境保護中的應用，激發學生認識和觀察微生物的興趣，引導學生采用微生物實驗技術對環境中的實際樣品進行微生物檢測分析，同時為綜合實驗實施提供物質和技術支持，監督并配合學生使實驗順利實施。學生則以3—5人一組，通過查閱資料、互相討論、請教老師等方式確定實驗的內容和安排，利用實驗教學時間及課余時間完成相應的實驗內容，在達到提高個人綜合實驗能力目的的同時，樹立將環境微生物技術與環境保護技術聯系起來的意識，同時使個人的科學思維能力、團隊協作能力和創新意識得到鍛煉和提高。教學時間安排為4—6個學時，學生利用課余時間進行的項目環節時間不計入其中。設計模塊是學生創新創業能力培養的核心模塊。要求學生能根據不同實驗目的，設計有效的實驗方案，開展特定研究，特別是有關微生物在環境保護中的應用技術研究開發。為保證實驗設計的可行性，教師需根據教學團隊正在進行的研究課題提出多個選題方向供學生進行選題設計。要求學生以2—3人為一組，確定選題方向、實驗內容并進行研究方案設計。各小組提交的方案經教師審核、公開評比后，每一選題方向確定一個最佳方案進入實驗實施階段。選定的方案要求具有新穎性、可行性和實用性。方案評比落選的學生則加入其他小組一起完成實驗。設計模塊教學時間安排為4—6個學時，主要進行方案的設計、論證、評比，方案實施由學生利用課余時間分工協作進行，時間不計入教學時間。

二、科學思維創新意識的培養

我校《環境工程微生物學》一般安排在第四或第五學期開設，是環境工程專業學生最先接觸到的基礎專業課程之一。課程的學習要求學生能運用已知的基礎理化知識從微生物的角度分析思考復雜環境問題，學生面臨從單科基礎知識學習到復雜環境問題思考的轉變，需要具備一定的科學思維能力才能對科學的知識與信息進行識別和加工，才能最終形成科學的見解和認識。因此，在我們的教學中將科學思維創新意識的培養作為一個重要的部分，貫穿整個教學過程。其中，綜合實驗內容的確定和實施是其中的一個主要環節。

對于綜合實驗的具體內容，我們只提出了要包含培養基配制滅菌、微生物數量測定或分離純化等綜合內容的要求，對具體要配制什么培養基、培養什么樣的微生物沒有規定，而要由學生結合自己的興趣與知識去主動思考并決定。從教學的情況看，學生從最開始表現的茫然不知所措，到經過再三思考確定實驗內容，雖然只是一個小小的決定，卻使學生從按部就班完成教師規定的實驗內容，轉變到主動思考并積極實施的自己選定實驗內容，完成從被動執行到主動思考的轉換。以某一組學生選定的“水中細菌總數的測定”為例，他們最初確定的內容是：通過對校園景觀池塘水和自來水中的細菌總數進行測定，判斷前者是否滿足飲用水的細菌學指標要求。對此，我們指出：校園景觀池塘水作為開放的景觀用水，必然不能滿足飲用水的要求，因此，實驗缺少現實意義和新意。隨后，經過討論，他們將實驗的內容調整為：對校園不同狀態景觀用水的細菌總數進行測定，評價其生物污染狀況和產生的原因。具體包括：采集校園流動水景、靜水池塘和林間集水坑的水樣；對水樣的細菌總數進行測定；對水體的水源、流動換水情況、人員流動情況等進行調查；根據測定的結果分析水質現狀及形成原因。由于是自己選定的實驗內容，學生對后續實驗的實施也表現出更大的積極性和主動性，通過參考書本，請教教師和同學，團結合作，最終完成實驗，得到以下結論：三種水樣中細菌總數由大到小依次為：校園靜水池塘>流動水景>林間集水坑，因此認為三者中受生物污染狀況最為嚴重的為靜止的池塘水，分析原因在于：靜止的池塘中，水流動性小，換水量不大，且有放養的魚類、觀賞禽類，同時還時有路過的行人向池中投加食物，造成水中營養物質豐富，利于微生物生長。教學中，我們通過引導學生對實驗內容進行調整，既避免了實驗與一般“水中細菌總數測定”的雷同，又使學生意識到：科學實驗的內容應該具有現實的意義，實驗的內容應該為達到實驗的目的而設置。

三、團隊合作責任意識的培養

隨著科學技術的日新月異和知識信息的爆炸式增長，如何有效地與他人分享信息資訊已成為學生成長的必修課和基本功。是否具備良好的溝通能力、團隊精神、責任意識、創新能力等綜合素質也是社會或用人單位招聘面試的重點考察內容。首先，微生物綜合實驗對于學生來說是一個全新的課題，在以前沒有涉及過，因此在綜合實驗內容的確定和創新實驗方案的設計時，他們不得不與教師和同學進行反復討論，才能確定實驗的內容和實施的方案；此后，由于完成實驗的時間可能較長且分散，需要學生利用周末、晚上或節假日等空閑時間來進行，因此小組成員間就必需根據各自的時間來安排計劃、明確各自負責的內容、團結協作才能保證實驗的順利進行。在實驗的進行過程中，不可避免的會有分歧和不同意見，比如富集酵母菌的材料是用蘋果皮還是蘋果肉、接種時是用平板涂布法、混菌法還是劃線接種法等。經過爭論、請教、思考，他們認識到：要富集酵母菌，蘋果皮和蘋果肉可能都不如爛蘋果好；微生物計數接種時可以用平板涂布或者混菌法都可以，而劃線接種法更多用于菌種分離純化培養。

四、創新創業能力的培養

隨著我國創新創業教育的興起，對大學生的創新創業能力的培養也越來越受到各界的關注。鑒于《環境工程微生物學》是環境工程專業的重要基礎課程，又與環境保護技術的發展密切相關，我們在教學中，將對學生的創新創業能力培養界定于“微生物在環境保護中的應用技術研究”中，力求增強大學生創新創業能力培養的針對性和實效性。設計模塊的教學是創新創業能力培養的重要環節。教學過程中，我們根據教學團隊正在進行的“水體黑臭底泥生態修復”課題，剝離出“黑臭底泥硫氧化反硝化功能微生物的富集培養”、“硫氧化-反硝化菌劑研發”、“反硝化菌劑研發”、“硫氧化菌劑研發”等選題供學生選擇進行實驗方案設計。學生提交的方案由老師組織學生參與進行公開評比和討論，最終每個選題只確定一個最優方案進行實施。

五、問題與建議

從我們構建的教學體系的實行情況來看，既鍛煉了學生的微生物實踐操作能力，又培養了他們的多種創新創業素質，但在實施中也發現了一些問題，主要表現在：

第一，由于教學學時有限，許多實驗的完成都需要利用課余、節假日時間，這給老師的教學投入、實驗室的管理都提出了新的要求。為保證教學的正常進行，需要增設研究生助教崗位，延長實驗室開放時間。

第二，與傳統開設的實驗項目相比，綜合和設計模塊實驗在內容上更豐富多樣并且都與實際應用有關，因此需要完善配套的實驗條件，如需氧培養設備、獨立管理的實驗間等。

第三，授課老師除了掌握微生物的實驗技術以外，還要了解地方的環境保護發展和動態，具有一定的實踐經驗，才能在教學過程中激發學生的興趣和創新創業的激情。

第四，綜合和設計模塊實驗更多依靠學生分組協作完成，單純憑借實驗報告無法滿足考核的需要，有必要根據學生的考勤、實驗報告、創新性、完成情況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響，學生的個人能力差異較大。對一些個人能力不足的學生，需要建立幫扶制度，區別對待重點關注。

總的來說，我們通過構建新的實驗教學體系，實行模塊化教學，對在環境工程微生物實驗教學中培養學生的創新創業能力進行了探索，取得了一些經驗，但對于如何進一步優化課程的教學體系、建立合理的考核方式、創立學生創新創業能力培養實訓平臺、對個人能力不足學生的幫扶措施等都還值得進一步改革探索。

參考文獻：

[1]薛禎禎，陳雅.基于創新訓練計劃的大學生創新能力培養方式研究[J].時代教育，2015，（13）.

[2]朱正國，朱桃杏，王道遠.工科院校實施創新教育的幾點思考[J].教育探索，2014，（1）.

[3]王士芬，施鼎方.淺析環境微生物學實驗教學[J].實驗技術與管理，2005，22（10）.

[4]肖春玲，王安萍，鄒小明，等.微生物學模塊式實驗教學體系的構建與應用[J].井岡山大學學報（自然科學版），2011，32（2）.

[5]李維國，常立民，張曉艷，等.環境工程微生物學實驗課教學改革的初步嘗試[J].吉林師范大學學報（自然科學版），2007，（1）.