OBE理念下的《環境工程微生物學實驗》教學改革與實踐

宋曉紅 李艷紅 張立浩 朱宗強 曾鴻鵠 張琴 梁延鵬

摘? 要：在新工科建設和環境工程專業認證背景下，基于OBE教學理念，文章從學生培養質量出發，圍繞著實驗教學全過程，從實驗教學平臺、實驗教學大綱、實驗教學內容、實驗教學方法、實驗教學隊伍、實驗教學考核與質量評價等方面，針對性地開展了教學改革研究與持續性改進，有效實現了教學互長，提高了《環境工程微生物學實驗》的教學效果。

關鍵詞：環境工程微生物學實驗;OBE教學理念;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）07-0136-03

Abstract： Under the background of new engineering construction and accreditation of engineering education， we carried out an educational reform based on the mode of outcomes-based education （OBE）. We focused on the learning results of students and performed the research and reform in a targeted manner surrounding the whole process of experimental course， namely the experimental teaching platform， experimental teaching outline， experimental teaching content， experimental teaching method， experimental teaching team， experimental teaching evaluation and quality assurance， which effectively realized the mutual learning of teachers and students， and also improved the educational effect of "Environmental Engineering Microbiology Experiment".

Keywords： Environmental Engineering Microbiology Experiment; OBE teaching concept; educational reform

在“新工科”建設背景下，國家社會與環境事業發展新時代對工程應用型人才的培養提出了新需求。要培養應用型的創新人才和具有時代特征的卓越環保工程師，必須重視和強化實驗教學在人才培養中的基礎作用，跟蹤行業發展和學科前沿，不斷開展實驗教學改革與實踐，以培養學生獨立發現問題、分析問題和最終解決問題的能力。

OBE（Outcomes-based Education），基于學習產出的教育模式，從20世紀80年代發展至今，已成為美國、加拿大和英國等國家教育改革的主流理念[1]。我國教育部以OBE理念為基礎發起了卓越工程師教育培養計劃、工程教育專業認證和新一輪的高等院校審核評估，以實際工程應用為導向，滿足行業人才需求為目標，注重對學生學習成果的評價，引導教師不斷完善教學方法，培養了大批應用型創新工程人才。

《環境工程微生物學實驗》課程是高等學校環境科學與工程專業的重要專業核心必修課，該課程將微生物學的基本原理、方法、技術與環境工程專業知識相結合并應用于環境工程實踐，有助于培養學生的實踐能力、創新意識和科學素養，為提高工程治理效果和環境微生物的研究奠定堅實的基礎，也是認識和解決環境問題的重要武器。受地方高校場所、經費、師資等條件限制，環境工程微生物實驗課程主要存在實驗內容陳舊、與實際環境問題聯系不緊密、實驗教學手段單一、實驗教學考核方式不科學、實驗課程不受重視、師資隊伍配套參差不齊等問題[2，3]。

桂林理工大學環境工程專業已被列入“國家卓越工程師教育培養計劃項目”與“教育部地方高校第一批本科專業綜合改革試點專業”，2017年通過了中國工程教育專業認證協會認證?；贠BE理念，本課程教師結合日常的實驗教學實踐情況以及評估過程中專家組的建議，堅持以學生為中心，以學習效果為導向，圍繞著該課程的教學全過程，從完善實驗教學平臺、優化實驗教學體系、改進實驗教學評價方式等方面，開展了持續改進的課程探索、改革與實踐。

一、利用現代信息技術完善實驗室平臺建設，為實驗教學提供保障

隨著現代信息技術的高速發展，傳統的教育模式、教學方法、教學手段等正在轉變，高校師生的學習習慣和思維方式也發生了較大改變。要跟上“互聯網+教育”的發展步伐，必須加強軟硬件建設，為實驗教學現代化的發展提供保障。在水污染控制國家級實驗教學示范中心以及環境污染防治與生態保護虛擬仿真國家級實驗教學中心的建設基礎上，本學院在本科教學實驗室安裝了智能門禁系統和數字化視頻安全監控系統，配套建設了實驗室安全培訓與管理系統，實現實驗室的7×24模式全天候開放與信息化管理，為開放性和創新性實驗項目的開展提供了硬件支持。

本課程的一個基礎實驗項目是“顯微鏡的使用、主要微生物類群（細菌、放線菌、藻類、酵母菌、霉菌）的形態觀察及活性污泥中活體微生物的觀察”。微生物個體微小、種類繁多，肉眼無法直接分辨，需借助微生物染色技術和顯微鏡才能觀察其形態結構。在實際教學中，需實時觀察活性污泥中微生物的活性形態、測定微生物的形態大小和數目，但傳統的光學顯微鏡無法讓教師掌握學生的學習動態。本學院構建了數碼顯微互動實驗室，36臺套數碼顯微鏡系統保證了學生的100%使用率，教師可以快速方便的實時監控學生顯微鏡的微生物圖像，從而增強指導的針對性，提升教學效率，達到更理想的教學效果。為結合工程實際，教師為學生準備了不同污水處理廠的活性污泥樣品，學生鑒別活性污泥中微生物種類并開展活性污泥活性評價是該實驗項目的重點與難點。學院建立了典型活性污泥微生物圖庫與鑒別指南，為學生提供真實形象的參考依據，有效提高了學生對知識點的掌握程度。

二、緊跟學科前沿與行業發展，契合人才培養目標優化實驗教學體系

（一）注重課程發展，修訂實驗教學大綱

教學大綱內容老化、與實際聯系不緊密是本課程傳統教學中存在的一個重要問題。若只注重微生物的基本理論和技能，不與實際環境問題相結合，學生不具備運用微生物處理環境問題的能力，將無法體現環境工程專業學生的特色，也難以提高學生的學習熱情。

在新工科發展背景下，本學院與時俱進更新教學理念，以學科評估和專業工程認證為契機，結合學生畢業需求，理論課教師與實驗課教師共同研究課程新方向，優化培養目標，重構實驗課程體系，修訂實驗課教學大綱。本課程根據不同的學習要求與培養目標，按照環境工程專業卓越班與普通班開展分類培養。自2015年起，本門課程全部獨立成課，增加學時至16學時1學分，納入環境工程專業核心課程。歸納課程知識點與實驗操作要點，重新整合實驗項目，將實驗項目分為必修與選修兩部分，構建了基礎性實驗-提升性實驗-綜合創新實驗多層次教學體系，通過基礎、示范、綜合與設計4個模塊循序漸進的學習過程[4]，為學生提供自主選擇和自主學習的空間，進一步培養學生的科研思維、創新能力和團隊合作意識。

（二）契合行業需求，更新實驗教學內容

根據實驗大綱，重新編撰和修改實驗教材，實驗教材的內容分為基礎性實驗、綜合性實驗和現代環境微生物實驗。根據實驗內容的方向和實驗報告的質量，分類匯總歷年的綜合實驗報告，為學生提供參考依據;將科研成果融入實驗教材，根據環境微生物方向的科研項目方案、最新成果與實踐動態，開展了特色實驗匯編整理;增強與污水廠、環保單位及企業的交流，根據行業發展前沿，及時更新實驗內容。

例如，圍繞水質標準中微生物的檢測指標，參考相關企業單位的監測實踐，本課程運用最新的國標法設計和開展了水中細菌總數測定與大腸菌群數的測定實驗，使學生掌握最新的環境微生物檢測方法，有效連接了課堂與工程實際，激發了學生的學習興趣，具有良好的實踐效果;分子生物學技術在環境微生物的學習和研究中具有重要的作用，教師可以引導學生在綜合實驗的開展中融入相關內容，譬如細菌質粒DNA的提取和PCR擴增實驗等，拓展學生的知識面和專業技能。

（三）緊跟時代發展，豐富實驗教學方式

教學是教與學的雙向互動過程，傳統的教學方法往往以教師為中心，學生被動的接受灌輸和開展實驗。教師講述實驗原理、實驗步驟，現場演示操作，強調相關注意事項后，學生按部就班地完成實驗。由于課時的限制，學生通常只能按流程把實驗完成，若出現操作失誤或微生物污染等情況導致實驗失敗，也無法在課堂上從頭再來，這種一遍體驗式的實驗教學方法，難以保障學習效果。

本課程根據基礎性實驗、提升性實驗和綜合性實驗開展不同的教學方式。學生在基礎性實驗和提升性實驗環節學習不同的基礎性微生物實驗操作技能，并適當引導學生拓展思維，了解微生物實驗技術在環境工程中的應用，學會分析實驗數據，開展實驗總結。綜合性實驗要求學生分組查閱資料，圍繞著土壤、水環境和空氣3種不同介質的微生物，在基礎性實驗和提升性實驗所學習的實驗技能基礎上，設計和撰寫實驗方案，教師負責把握實驗方案的方向和可行性，將需要掌握的知識點全部納入實驗方案中，學生根據修改完善的方案，在教師監督下進入實驗室開展和完成實驗內容。

除了現場演示、操作示范等教學方式，本課程也利用在線課程、慕課、微課等媒介，拓展學生學習的廣度與學習時空，通過生動的動畫與視頻演示、精確的仿真模擬和形象的多媒體展示等教學形式，分解繁瑣的實驗步驟，將抽象的微生物具體化，使復雜的變化過程可視化，虛實結合提升學生對實驗原理的理解，增強其對實驗內容的感性和理性認識，以更深入地掌握相關知識點和注意事項，增強學生對實驗技能的掌握。

（四）鼓勵繼續教育，優化實驗教學隊伍

根據不同學校的辦學情況與師資力量，實驗教學隊伍通常可分為三種，即理論/實驗課兼任型，理論課教師同時完成實驗教學任務，實驗室教師只做教輔工作，負責實驗設備與試劑的準備工作;理論/實驗課分開型，理論課教師與實驗室教師各司其職，分別完成理論課與實驗課任務;理論/實驗課貫穿型，理論課教師與實驗室教師分工合作，共同完成實驗教學任務。此外，國外高校普遍把實驗課的教學任務交給了研究生，而國內也有高校將部分實驗教學環節單獨交予研究生助教，教學效果難以保證。

本課程堅持教授或高級職稱教師授課制度，由高級職稱教師帶領中級職稱教師、由理論課教師和專職實驗室教師共同完成實驗教學任務。完善教師隊伍質量提升與管理制度，提高實驗教學隊伍準入門檻和考核指標，以培訓促成長，以考核促進步，提高教師隊伍素質。授課教師每年開展教學改革研究，探討教學過程中發現的問題，改善教學方法，更新或改進實驗教學設備;參加學校組織的慕課、精品網絡課程、在線開放課程、教學沙龍、優秀教學經驗分享會、教學名師講座等活動，不斷提高專業技能;參加全國高校實驗室安全管理會議、實驗教學示范中心會議、虛擬仿真實驗教學項目建設交流會等，學習與掌握實驗教學的最新發展動態與先進方法，提高專業水準。鼓勵教師出國訪學、繼續教育，到相關企業、事業單位、兄弟院校交流學習或掛職鍛煉，學習優秀的教學方法、拓展專業知識面、豐富實踐經驗。目前，本課程的1/2授課教師有出國訪學的經歷。

三、結合實際教學情況加強實驗教學過程管理，改進教學考核與質量評價方式

（一）細化實驗教學考核方式

本課程的教學考核分為實驗操作和實驗報告兩部分。實驗報告分為基礎實驗報告和綜合實驗報告兩部分，其中綜合實驗報告按照科技論文的形式撰寫，包括摘要、前言、實驗材料與方法、實驗結果、討論和參考文獻等部分，有效提高了學生分析問題和解決問題的能力，有助于培養學生的科研素養。

根據督導組和評估專家組的建議，本課程對基礎實驗報告本進行了更新和改進，改變了以往單一的實驗報告形式，將實驗報告分為預習報告、課堂數據記錄和實驗報告三部分。預習報告在課堂上進行檢查，同時要求學生按時上交實驗報告，教師及時批改下發，并于課堂上對實驗報告情況進行講解和總結，有助于提高學生對課程的重視和學習自覺性。此外，利用學情分析系統開展成績分析和學情預警，開展有效的課程監督。

（二）強化實驗教學過程管理

受實驗室場所限制，兼顧教學效果，實驗課一般根據課程容量采取分批上課的形式，學生與教師的交流時間有限，導致學生與教師的交互性不強，也為課堂表現與實驗操作的評價帶來了困難。本課程教師根據校內外與國內外實驗課的聽課學習經驗，因地制宜的探索了一些有助于提高課堂教學質量和教學考核的方法。例如，圖1列舉了目前國內外常見的幾種不同本科教學實驗室布局，其中位置隨機類型（a和c）的布置滿足了學生自由選擇的意愿，但不利于課堂表現和實驗操作技能成績的考核;位置固定類型（b和d）有助于實驗課程的分組操作與過程考核，卻限制了學生的選擇。本課程設計了銘牌制度，學生上課需在身上佩戴自己的銘牌，可以靈活的選擇實驗操作位置與分組合作，有效解決了位置與學生隨堂考核之間的矛盾，也能增強學生對實驗課程的融入感和歸屬感。

實驗課課堂是實驗室安全教育的最佳場所，教師可在課堂上結合實驗內容融入實驗安全知識，例如，在介紹高壓蒸汽滅菌鍋和烘箱的使用注意事項時，將實驗室安全知識納入講解，能提高學生的重視。微生物的實驗操作極為精細講究，需要引導學生養成良好的實驗習慣，為日后的科研工作與工程實踐奠定基礎，教師可將無菌操作、使用顯微鏡、倒平板等是否規范作為實驗操作的重要考核點，引導學生規范操作。

（三）注重實驗教學質量評價

本課程的教學質量評價分為同行評價、督導組檢查和學生網絡評價。新進教師需取得主講教師資格才能走上講臺，新上課的教師必須開展教學內容試講，由其他聽課教師給予意見并改進。堅持聽課制度，每位教師每學期都需聽課8次以上，通過課堂交流和課后總結，改善實驗教學方法。學校設有教學督導組，對實驗課程開展隨機檢查，教務處每學期開展教學檢查，監督實驗教學質量。依托學校的教學質量平臺，學生對實驗課程開展師德評價、網絡評價和隨堂評價等。本課程最終以學生學習效果為依據，反向評價教師的教學方法、教學能力、教學指導與軟硬件資源配置情況，繼而做相應的教學改進，通過“評價-反饋-改進”的工作閉環保障實驗教學質量。

四、結束語

在工程教育專業認證和學科評估要求下，桂林理工大學基于OBE教學理念，以學生培養質量為中心，結合自身實際教學情況，針對性地開展了《環境工程微生物學實驗》教學改革研究，利用現代教育信息技術完善實驗教學軟硬件資源，更新實驗教學內容和目標，綜合運用各種新型的教學手段，優化實驗教學過程管理與質量評價，提高實驗教學隊伍素質與專業能力，持續探索有效的、符合學校人才培養定位和市場需求的環境工程微生物學實驗教學體系，以期提高實驗教學質量，培養學生的實踐能力。

參考文獻：

[1]胡磊，紀靚靚，袁旭音，等.OBE理念驅動的環境監測實驗教學改革嘗試[J].教育現代化，2016（25）：44-45.

[2]周瓊芝，葛飛，劉林，等.基于OBE理念的環境微生物學實驗教學探索與實踐[J].高等教育，2018（10）：164-165.

[3]李雁，沈元，林春綿.基于OBE理念地方高校環境工程專業實驗教學的創新[J].浙江化工，2018，49（10）：32-36.

[4]張琴，劉輝利，靳振江，等.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[J].教育教學論壇，2018（9）：253-255.