環境工程微生物實驗教學課程體系改革與研究

吳龍華 吳士筠 汪婷婷

摘 要：本文以武漢工商學院環境工程專業為例，從實驗教學內容結構、教學方法和教學考核辦法三大方面著手，結合實驗室廢物綜合利用的管理手段，對環境工程微生物實實驗教學體系改革和研究，不僅讓學生掌握了環境工程微生物實驗操作技能，同時提高學生分析、解決實際問題的綜合能力，培養學生的創新思維。

關鍵詞：微生物實驗；實驗教學；改革；創新

環境工程微生物學是環境工程專業的一門主干課程。它作為一門邊緣學科，是運用環境工程的手段和方法來加速和強化自然界中污染物的循環、轉化和降解，以充分發揮微生物降解、轉化污染物的巨大潛力，實現環境工程的高效、穩定和資源的再生利用，消除人類活動對環境所造成污染的一門學科。[1]環境工程微生物實驗是對于鞏固環境工程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的實踐環節。

1 實驗課程體系的系統化

1.1 實驗課程體系的建立

環境工程微生物實驗是一門專業必修課程，獨立授課。為了使實驗教學內容體系具有層次性和系統性，在教改中通過對教學內容的重新組織和安排，使學生在從基本技能操作型實驗到綜合型實驗、再到設計型實驗的學習過程中，逐級提高，具備能獨立設計和完成基礎環境微生物實驗的能力，并能有所創新。將環境工程微生物實驗由原來32學時增加到96學時，保證學習時間。該課程體系分為四個部分，第一部分為基礎技能操作實驗，在環境工程專業本科第一學期開設，32學時，必做；第二部分為綜合型實驗，在環境工程專業本科 第四學期開設，32學時，必做；第三部分為設計型實驗，在環境工程專業本科 第六學期開設，32學時，必做。第四部分為創新型實驗，鼓勵引導學生把實驗教學與科研、競賽緊密相結合的創新性實驗項目。

1.2 實驗項目的合理選擇與安排

在進行實驗項目的選擇和編排時，我院環境工程微生物實驗教學小組對其他本科院校進行了充分的調研，總結了過去十年本課程實驗教學的經驗，分析了實驗教學效果，以及結合實驗室的硬件情況，保留了曾經開設過的教學效果良好的經典實驗項目，并根據各階段的實驗教學目標不同，進行了開設順序的優化。此外也增加了一些新的實驗項目，在正式開設前，實驗指導教師首先對新設實驗項目進行了大量的預備實驗和探索實驗，充分考慮了學生理論課的學習進度和學習的循序漸進、由淺入深，同時結合了實驗室廢物的綜合利用的管理手段，從實驗原料的選取、實驗環節的設計的實驗廢物的處理等方面進行合理設計，并通過統計實驗過程中各知識點的覆蓋程度，優化新設實驗項目的安排，力爭提高教學效果。經過本課程實驗教學組的認真討論和研究，確定了本課程實驗項目的開設方案，具體見右表。

2 實驗教學方法的多樣化

2.1 實驗課堂教學方法的創新[2][HT]

通過建立實驗前查閱資料設計實驗方案、實驗中獨立規范完成實驗全過程、實驗后獨立分析實驗結果并能展開討論的實驗教學方法，創建課前課上課后系統科學的實驗教學方法（方法參見下圖）。在課程改革中，運用學生與教師合作的方式，使教師的角色從傳統的信息完全提供者變為學生求知過程中的團隊中一員。對綜合性特別是創新性實驗，由教師確定課題方向，引導學生主動查閱資料，根據文獻自主設計并獨立開展實驗。這種學生由被動到主動的轉換，可有效激發學生的主觀能動性，提高學生文獻查閱、實驗操作、實驗數據采集及實驗結果分析的能力。使學生養成獨立思考的習慣，掌握系統有序的開展科研工作的方法，還可培養學生嚴謹求實的科研工作態度和團結協作精神。

2.2 開設環境工程微生物實驗虛擬仿真實驗項目[3][HT]

我院目前已建成了三個仿真實驗室，可開設70余項仿真實驗項目。以實驗教學內容、方法改革和建設共享優質實驗教學資源為核心，堅持“虛實結合、以虛補實，虛實交錯”的原則，對于工程性強、綜合性強的實驗項目，仿真實驗較傳統實驗教學具有明顯的優勢，因而在高校環境專業實驗教學中存在很大的發展空間。開設仿真實驗，對傳統實驗、實訓課程的不能覆蓋的知識點是一個有效的補充。通過仿真實驗，不但可以使學生實現對基礎型實驗內容的預習，更可使學生通過條件與參數的改變，實現不同實驗過程，獲得重要技術工藝的實驗結果，驗證理論知識，培養科研熱情，鍛煉創新思維。例如城市污水處理工藝虛擬仿真系統，主要包含水處理實訓AAO工藝、水處理實訓SBR工藝、水處理實訓氧化溝工藝等五個仿真單元。以環保水處理工藝為原型，模擬水處理工藝正常操作、常見設備故障操作、常見工藝事故處理操作，利用動態模型實時模擬真實工藝反應裝置現象和過程，通過仿真工藝反應裝置進行互動操作，產生和真實工藝處理一致的結果。通過模擬工廠實際的仿真實驗，使學生深入了解和掌握城市污水處理工作原理和崗位操作技能，培養學生的工程實踐分析問題和解決問題的能力。

2.3 探索實驗課外的教學方法 [45][HT]

為了激發學生的學習熱情及專業興趣， 讓學生走出課堂， 始終堅持 “產 、學 、研 ”相結合的教改模式 ，明確實踐教學環境建設指導思想 ，切實推行實踐教學環節課程改革。具體措施如下：

（1）學院對科技創新活動有濃厚興趣、學有余力的普通全日制本科二、三年級學生均可參與申報校內大學生科技創新項目。科技創新項目不限學科專業，鼓勵學生開展跨學科、跨年級合作研究。學生可以個人或團隊申報，每名學生只能參加1個項目，每個團隊原則上不超過5人，給予一定經費支持和2個創新學分獎勵。

（2）學院加強大學生校內外學科競賽項目的管理與監督，為學科競賽提供必要的場所、儀器設備等方面的支持，并對競賽項目的進展情況進行跟蹤管理。鼓勵學生可以個人或團隊申報，每個團隊原則上不超過5人，給予一定經費支持和2個創新學分獎勵。

（3）專業教師可以結合自己的科研項目或研究方向，由學生自己選擇實驗內容，獨立設計實驗方案，在教師的指導下完成相關實驗。這種方式可激發學生對專業的興趣，提高學生的積極性，讓學生盡早的接觸科研，了解科研的方法和特點，拓寬學生的視野，讓學生認識到自己的不足之處，從而有利于學生確定自己的努力方向。同時通過不斷的解決科研過程中出現的問題，提高學生的創新能力和解決問題的能力。

（4）學院還先后與湖北科亮生物工程有限公司、湖北君集水處理有限公司等5家掛牌成立校外實習基地，讓學生在校期間就能接觸到環境工程專業的工作崗位，通過實訓，能切實的學習到專業崗位所需的一些必備技能，加深他們對專業知識的理解和運用，提升學生的解決實際問題的能力。

3 教學考核方式的設置

該實驗課成績單獨記分，凡實驗成績不及格者，必須重修。

本課程的第一部分和第二部分實驗考核采取考勤、平時實驗操作、實驗技能操作考核、實驗報告完成情況相結合的方式，按百分制綜合評定成績，采取預習報告10%、考勤10%、平時實驗操作成績20%、實驗技能操作考核20%和實驗報告完成情況40%。

本課程的第三部分實驗考核采取考勤、實驗方案設計、平時實驗操作、數據記錄及處理過程和小論文完成情況的方式，按百分制綜合評定成績，采取考勤分10%、實驗方案設計20%、操作分20%、數據記錄及處理過程10%、小論文40%。

對課外學生參加第四部分創新型實驗，可根據學生或以小組為單位提交科研實踐總結報告，或撰寫相關學術論文，取得較好研究成果或在期刊上發表科技論文者可直接給予2學分獎勵。

生產實習考核采用實習期間綜合表現10%、實習記錄10%、實習報告40%、筆試閉卷考試（主要考核實習企業污染物治理工藝流程、各處理單元的功能以及常用的工程參數等）40%。

4 教學效果反饋

2013年至今本校環境工程專業的學生已執行了表1的教學計劃，在經過四個階段的實驗課程的學習后，實驗指導教師和畢業論文指導教師明顯感受到學生不論實驗操作技能、熟練程度還是設計實驗方案、解決實際問題的能力都較前幾屆有了大幅的提升，學生也普遍覺得收獲良多，實驗技能的提升也加深了他們對理論知識的理解，設計型實驗拓展了他們對這門學科的應用方向，對他們今后工作或者深造奠定了扎實的基礎。同時盡早讓學生接觸了本專業的科研和工作，有助于學生加深對行業的認識，以便他們對自己的職業生涯規劃更為清晰、合理。因此，該實驗教學體系改革后，教學效果良好，得到了廣大師生的一致好評。

5 結語

通過對實驗課程體系的優化、實驗教學方法的多樣化以及考核評價體系的多元化的一系列改革， 始終堅持虛實相結合和“產”、“ 學”、“研”相結合的原則下，讓學生從課堂走到課外再走進企業的循序漸進的教學課程體系，大大提高了實驗教學效率，大大地激發學生的學習興趣， 特別是設計型實驗涉及新技術、新知識和將專業理論知識與實際想聯系的企業實習在實驗教學中的滲透， 加深了學生對專業的了解， 拓寬了他們的視野， 提高了學生分析問題和解決問題的能力及實驗技能， 增強了科研意識及專業信心。

參考文獻：

[1]代群威，楊麗君，李瓊芳.環境工程微生物學實驗教學新探[J].西南科技大學《高教研究》，2011，（3）：5961.

[2]鮑立寧，凌琪，王莉. “層次一體化”教學模式在《環境工程微生物學實驗》課程改革中的應用[J].生物 學雜志，2013，30（4）：110112.

[3]段鳳魁，賀克斌，楊宏偉，等.環境專業仿真實驗教學的建設探討[J].實 驗 室 研 究 與 探 索，2016，35（4）：101103.

[4]金杰，吳克，蔡敬民，等. 應用型院校生物與環境工程專業校外實習基地建設[J].生 物 學 雜 志，2010，27（2）：9698.

[5]李玲玲，褚衍洋，白卯娟.關于指導環境工程專業生產實習的幾點體會[J]. 廣 東 化 工，2013，40（13）：238.

基金項目：武漢工商學院教學改革研究項目（項目編號： 2016Y08）

作者簡介：第一作者：吳龍華（1983），男，漢族，本科，實驗師，研究方向：水處理；第二作者：吳士筠（1950），女，漢族，本科，高級實驗師，研究方向：微生物工業。

*通訊作者：[HT K]汪婷婷（1983），女，漢族，本科，實驗師，研究方向：環境影響評價。