以創新能力培養為導向的環境工程微生物學教學改革探索

陳勝男 陳興都 杜紅霞

[摘 要]創新思維能力對于當代大學生來說至關重要，只有具有創造性思維能力的人才可以給國家、社會和世界創造更大的價值。環境工程微生物學作為環境科學專業重要的專業基礎課，項目組以創新能力培養為導向，基于教學實踐，提出通過精心準備教學設計、用心設計好課堂教學導語、激發學生的學習動機和學習興趣、板書和PPT有機結合、科研和教學相結合、互聯網+背景下現代教學方式的運用等手段提高教學效果，為培養創新型人才打好基礎。

[關鍵詞]環境工程微生物學；創新能力；教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）10-0217-03

環境工程微生物學是我校環境科學專業的一門非常重要的專業基礎課，是一門理論性和實踐性都很強的課程。環境工程微生物學以普通微生物學和生物化學課程等為重要理論基礎，它在研究微生物學基礎知識的同時，更注重研究微生物與人類及其生存環境之間相互作用、相互影響的規律，特別注重研究微生物生態與環境生態工程中的微生物作用。日本學者尾形學在20世紀70年代曾說過“在近代科學中，對人類福利最大的一門科學，要算是微生物學”，所以，環境工程微生物學是一門保護和改善環境、造福人類的基礎學科。

習近平總書記指出：“惟改革者進，惟創新者強，惟改革創新者勝”。大學生是民族的希望、祖國的未來，創新思維能力對于當代大學生來說至關重要，只有具有創造性思維能力的人才可以給國家、社會和世界創造更大的價值。伴隨著互聯網技術的迅速發展，微課、慕課、翻轉課堂等新教育模式已經誕生，開啟了課程改革的新時代。在網絡化的教學互動平臺上，師生之間的交流互動性增強。如何在互聯網+理念的推動下，激發學生的學習興趣、培養學生的創新能力是當今教育教學改革亟待解決的問題。

一、激發學生的學習動機和學習興趣

著名科學家愛因斯坦曾說過“興趣是最好的老師”，學習興趣是學習動力最重要的源泉。因此，第一堂課緒論部分的講授至關重要。緒論是一門課的入門向導，在整個教學環節中起著不可忽視的作用。環境工程微生物學緒論部分介紹首先舉例說明，如1g土壤中細菌數達108個，人類每個噴嚏的飛沫含0.45×104～15×104個細菌等，讓學生體會到人類無時無刻不生活在微生物的海洋中。給學生介紹微生物與人類的關系，引入日常生活實例，比如微生物對大家有益的影響，可以介紹我們日常食用的酸奶、饅頭、面包、啤酒等都是由微生物發酵生產而來的；微生物對大家有害的影響，可以介紹由各種病毒引起的流感、禽流感、手足口病等疾病，讓學生明白微生物是一把“雙刃劍”，對人類既有有益的一面，也有有害的一面。通過學習本門課程，讓學生了解如何利用微生物的有益之處造福人類，同時讓學生掌握如何將微生物學與環境工程有機結合起來，應用微生物學的原理解決實際工程中的生態環境問題。在講授微生物學的建立與發展過程時，講述微生物學的奠基人——偉大的科學家法國人巴斯德和德國人柯赫，介紹他們為微生物學研究做出的杰出貢獻，啟迪學生探索學習的靈感。同時介紹目前環境工程微生物學研究中的熱點和難點，研究熱點比如高效環境微生物制劑的開發，介紹日本琉球大學研制的EM菌劑（由光合細菌、放線菌、乳酸菌、酵母菌等80多種微生物組成），應用于農業生產起到多種促增效果，讓學生分組討論還可以開發哪些微生物制劑，在活躍課堂氣氛中激發學生的求知欲。在講授的過程中應努力做到使抽象深奧的內容變得通俗易懂，調動起學生學習本門課程的興趣和主動性。

二、精心準備教學設計

當代著名教學論學者賴格盧特認為，教學設計是一門關注理解和改進教學過程的學科，任何設計活動的宗旨都是提出達到預期目的的最優途徑，因此，教學設計主要是關于提出最優教學方法的一門學科。梅里爾等人在《教學設計新宣言》中認為，教學是一門科學，而教學設計是建立在這一科學基礎上的技術，因而教學設計也可以認為是科學型的技術。教學設計的目的是為了提高教學質量和教學效率，從而實現“以生為本”的目標。教學設計的主要環節包括學生的學習需要、學習內容、學習目標、學習效果評價等方面的分析。教案是課堂教學思路的提綱性方案，本文以教案的設計為例說明是如何精心準備的。首先，學生討論現在的大氣污染狀況、霧霾的危害，用2～3分鐘觀看大氣污染的圖片、視頻，然后思考問題：霧霾顆粒中有多少微生物？這樣激發學習興趣，引發思考， 引申出本節內容：①空氣的生態條件；②空氣微生物的種類、數量和分布（請幾位同學談談空氣微生物種類和人類健康）；③空氣微生物檢測（攜帶幾個固體平板培養皿，打開靜置，帶回實驗室培養）。 最后利用3分鐘總結出空氣微生物生態特點，安排3道課后作業題和1道思考題：下節課把培養皿帶來，看看培養皿上會有什么變化。經過精心的教學準備，學生對每堂課的知識能夠理解深刻、掌握扎實，學習熱情提高了，學習的信心增強了。同樣，每節課內容不一樣，側重點各有不同，在以后的教學過程中，要不斷探索研究如何設計才能讓學生學得更多、更好，以提高學生學習的主觀能動性。

三、用心設計好課堂教學導語

人們常說：“良好的開端是成功的一半”。因此，一節好的環境工程微生物學課當然要有一個吸引學生的教學導語，激發學生學習知識的興趣和渴望。環境工程微生物學課堂教學如何設計導語？實踐中筆者總結出以下幾種類型：

（一）懸念導入式

在課堂教學的開始，科學、藝術的提問，給學生制造懸念，開啟學生思維的大門，吸引學生的注意力，激發學生進一步探討的熱情和興趣。例如，在講病毒這一章時，先給學生們介紹，15世紀末，美洲大陸居住著2000萬～3000萬原住民，約100年后，原住民人口剩下不到100萬。原因是什么呢？原來，歐洲殖民者把天花患者用過的毯子送給了印第安人。隨后，瘟疫肆虐，腮腺炎、麻疹、霍亂、淋病和黃熱病等也接踵而至。被史學家稱為“人類歷史上最大的種族屠殺”不是靠槍炮實現，而是天花，聽起來好像不可思議，如何理解這些復雜的歷史事件呢？這樣學生就會產生極大的好奇，這時展示病毒感染人體、植物或動物之后的一些圖片，把學生領進知識的海洋，告訴他們通過學習微生物學，在生產、生活中如何利用微生物趨利避害是學生的學習目標。

（二）故事導入式

環境工程微生物學課程內容比較繁雜瑣碎、枯燥抽象，但是在微生物學的建立發展歷程中有許多饒有趣味的故事。大多學生愛聽故事，可在教學中抓住學生的這一心理特點，在導語設計中注意運用故事來吸引學生，激發學生的學習興趣與求知欲。如在講到溫度對微生物的影響一節，介紹了巴斯德幫助治療酒病的故事。1865年，法國里爾一釀酒廠廠主請求巴斯德幫助解決啤酒變酸的問題，化學家出身的巴斯德答應并開始研究這個問題。他在顯微鏡下發現，未變質的葡萄酒和啤酒中只有一種圓球狀的酵母細胞，而變酸的葡萄酒和啤酒里有一種細棍似的乳酸桿菌，就是這種“壞蛋”在啤酒里繁殖，使啤酒“生病”。經過反復試驗，他找到了有效而簡便的“治病”方法：把酒放在50℃～60℃下加熱30分鐘，就可殺死酒里的乳酸菌，這就是著名的“巴氏消毒法”。現在，大家喝的牛奶利用的就是這種消毒方法。學生聽后好奇心與積極性就被調動起來了，學習的興趣也隨之提高。

（三）視頻、圖片、教具導入式

現代科學證明，人類有80%的信息是通過視覺獲得的。在課堂教學中，運用電教媒體播放視頻、圖片導入新課，生動形象，直觀清晰，化抽象為具體，可為學生提供豐富的感性經驗，使學生對所學知識印象深刻。比如，講到污水的生物處理一節，先播放一段處理污水的視頻，當看到一池污水經過一道道工序的處理，最終出水清澈，學生們不禁思考，到底是誰在其中起到了不可替代的作用？學生對此產生了極大的新鮮感和好奇心，激發起繼續學習一探究竟的興趣。在后來的污水處理廠實習期間，教師帶領學生們參觀了污水處理的流程，講解了微生物在污水處理過程中的作用，增強了學生們的專業自豪感。在講到細菌的形態時，通過PPT播放球狀、桿狀、螺旋狀、絲狀等代表菌株的圖片，使學生對細菌形態印象深刻。同樣，在講好氧活性污泥的定義時，先通過PPT放映組成活性污泥的各種細菌、真菌、藻類、原生動物等的圖片，學生們接受了感官刺激，在記憶活性污泥的定義時就可以聯想到圖片，印象加深，容易掌握。面對課程中大量枯燥抽象的定義，課前筆者都會搜集大量圖片，以增加學生的感性認識，加深理解和記憶。在講微生物的培養、培養基、細菌的生長曲線等內容時，從實驗室攜帶固體培養皿、試管斜面培養基、三角瓶液體培養基等，以加深學生對這門實踐性很強的課程的理解和思考。視頻、圖片、教具的運用使這門課程鮮活起來，學生的學習熱情和興趣得到了極大提高，教學效果良好。

還有最常用的承上啟下導入式、循序漸進引入式、激發想象式、提問式等方式，每堂課的內容不一樣，同樣導入方法也不能千篇一律。在實際教學過程中要不斷探索每堂課的最佳導入方式，讓所有學生自覺快樂地進入微生物的學習世界，并能學以致用，最終達到最佳的教學效果。

四、板書和PPT有機結合

傳統的板書主要優勢是簡便、靈活，有利于學生思考、記筆記，使學生處于主動地位，增強學生和老師之間的互動性，學生通過黑板上的內容就能夠知道本節課都講了哪些內容，本節課的重點難點是什么。其缺點是沒有PPT教學手段信息量涵蓋大、速度快。

環境工程微生物學課程，尤其在微生物學基礎篇，需要結合大量圖片學習細菌、真菌、放線菌、酵母菌等特征，PPT在課堂上能給學生呈現大量教學圖片和視頻資源，能引導學生生動、直觀地學習課程內容，提高課堂的節奏和效率。但是過分依賴PPT會忽視學生的主體地位，而且學生反饋說，如果課堂一直播放PPT，就像放電影一樣，信息量大，他們能聽懂，但是記不住，筆記也記不完整，自己獨立思考的時間很少。

因此，我們應該將傳統板書和現代多媒體有機結合起來，互相取長補短，才能達到最佳的教學效果。可以在PPT播放關鍵節點適時使用板書，這樣可以給學生留出思考、記憶的時間。板書的內容不能和PPT的內容一樣，可以把整節課的框架結構、系統化的知識體系呈現出來。而PPT的內容也要不斷更新完善，充分利用網絡資源搜集相關的資料，查找最新的環境工程微生物學領域的研究熱點和難點，圖片、視頻、文字等資料的選取要和環境領域結合起來，讓學生及時知曉學科前沿信息。

五、科研和教學相結合

科研和教學是高校發展的源泉與動力，青年教師要處理好教學和科研的關系。教學是基礎，科研是主導，科研為教學服務，只有長期堅持科學實踐研究的教師，才能把本學科最前沿、最熱點的問題以及最先進的分子生物學研究技術傳授給學生。例如在介紹水體富營養化時與藻類暴發聯系起來，筆者正好從事“基于藻細胞代謝功能診斷水庫強化混合抑藻控嗅的分子機制”這一項目的研究，故在講課過程中插入該項目的研究思路、研究方法，以及通過實驗獲得的研究結果，理論與實踐相結合，抽象問題具體化，大大激發了學生的學習和科研創新興趣，學生參加課外學術競賽的積極性很高。在講到土壤微生物生態時和土壤生物修復聯系起來，可結合當前石油污染問題，講述高效降解石油污染菌種的篩選方法、過程，以及利用現代基因工程技術構建高效降解的基因工程菌株，以解決實際投菌降解污染可能存在的問題，同時介紹教研室相關教師正在從事的“石油污染土壤的微生物修復研究”項目。學生對微生物在環境工程中的應用很感興趣，討論熱烈。教學案例與科研項目的融合，開闊了學生的科研視野，激發了學生的創新意識，使學生對自己的專業產生濃厚的興趣。

六、互聯網+背景下現代教學方式的運用

隨著信息技術的發展，課堂教學方式也在悄然發生著變化，相繼出現了微課、MOOC、翻轉課堂等新的教學手段。微課指按照新課程標準及實踐教學要求，運用視頻記錄教師在課堂內外圍繞某個重點、難點、疑點或教學環節而進行的完整的教與學活動的全過程。比如，課程中“細菌的革蘭氏染色實驗”、“細菌的生長曲線”、“微生物的培養技術”等可以制作成微課，讓學生更好地掌握這些知識點。MOOC，即大型開放式網絡課程，又稱為慕課，2012年美國的頂尖大學陸續設立了網絡學習平臺，它的興起給更多學生提供了系統學習的可能。這種教學手段是一種全新的知識傳播模式，MOOC的出現為環境工程微生物學教學改革的發展提供了新的思路。翻轉課堂，又稱為“顛倒課堂”，在這種教學模式下，教師不再占用課堂時間講授知識，強調的是學生課前使用在線視頻學習，課堂上學生分成小組討論學習，共同研究解決問題，然后以做作業、教師單獨輔導進行知識的內化吸收，這種教學模式能發揮學生學習的主觀能動性，學習的決定權從教師轉移給了學生。此外，還有微助教，是由華中師范大學推出的一款課堂互動應用工具，通過微助教，學生可以用手機簽到、答題和討論，出勤率、平時作業和小測驗等都可以記錄下來，教師可以對學生學習全過程進行觀察，最后做出評價。而雨課堂是清華大學與學堂在線共同研發的教學工具，課前教師可以將課程相關的視頻、習題等推送到學生手機上，便于師生溝通與反饋，課后發送考卷，雨課堂實現了課前預習+實時課堂+課后考卷全程教學活動的數據采集，為師生提供完整的數據支持，增強了師生互動，教學相長。在以后的教學過程中，應及時了解學生對教師的教學反饋意見，同時借助這些現代教學手段，推進教學改革，以達到最佳教學效果。

七、結語

當今社會的競爭，與其說是人才的競爭，不如說是人的創造力的競爭。培養大學生的創新意識和創新能力是知識經濟時代的需要。學校應通過教育改革來培養大批具有創新精神和創新能力的、能夠推動社會進步和發展的綜合性創新型人才。高等學校作為先進文化的傳播者和創造者，應突出強調大學生創新能力和創新素質的培養。環境工程微生物學作為環境科學專業重要的專業基礎課，課程負責人有責任和義務對其進行改革優化，在教學過程中不斷總結教學經驗，重視學生教學反饋，探究行之有效的教學方法，以達到最優教學效果，為培養創新型人才打好基礎。

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[責任編輯：鐘 嵐]