基于OBE理念的環境工程微生物學實驗教學改革探索與實踐
——以景德鎮陶瓷大學為例

劉 欣，唐燕超，朱華清，李家科

(景德鎮陶瓷大學 材料科學與工程學院，江西 景德鎮 333403)

環境工程微生物學實驗具有極強的實踐性和應用性[1]，能夠培養學生綜合運用理論知識的能力、實踐動手能力和團隊合作意識，是培養卓越環保工程師必需的教學環節。傳統的實驗課多是對理論知識的驗證與鞏固，以驗證性實驗為主，以綜合設計性實驗為輔[2-3]。對于大多數驗證性實驗，學生只需要按照實驗指導書操作便能較好地完成實驗，但這樣不利于培養學生的分析問題能力和解決問題的能力[4]。

成果導向教育(OBE)是基于學習產出的教育模式[5]，我國的卓越工程師培養計劃、工程教育專業認證便是以OBE理念為基礎，注重對學生學習成果的評價，通過學習成果反向進行課程設計，實現從以教為中心到以學為中心的轉變。

景德鎮陶瓷大學環境工程專業經過多年發展，形成了以環境監測、水污染控制工程、大氣污染控制工程、噪聲污染控制工程、環境工程微生物學等為基礎的一批專業實驗，總計超150學時。近年來，為了適應新時代對環保應用型專業人才的要求[6]，景德鎮陶瓷大學以工程專業認證為契機，以OBE理念為指導，進行了一系列實驗教學改革，取得了較好的教學效果。本研究將OBE理念引入教學，從實驗內容、教學方法與手段、評價方式等方面開展了持續的課程改革探索與實踐。

1 構建遞進式的實驗內容

OBE理念要求從預期成果出發，反向推導各課程為滿足目標達成所需要的知識、能力和素質要求。根據能解決復雜環境工程問題的專業要求，景德鎮陶瓷大學對原來的環境工程微生物學實驗內容進行了調整，構建起前后延續且具有一定連貫性的遞進式實驗教學內容體系。按照教學大綱的安排[7]，環境工程微生物學實驗共四個實驗項目：實驗一是光學顯微鏡的使用和微生物個體形態的觀察，實驗二是微生物大小和數量的測定，實驗三是微生物的染色，實驗四是培養基的制備與滅菌及純菌種的分離、培養和接種技術，共計16學時(其中實驗四由三個實驗項目組成)。實驗時，通常按照實驗項目的先后順序進行，實驗所需的一些材料均由教師事先準備好，這就包括實驗一、實驗二及實驗三需要用到的活體微生物，而實驗四的主要內容便是培養微生物，可以考慮改變實驗的先后順序，將實驗四調整到最前面，即實驗從微生物的培養開始，這樣學生既完成了實驗四的實驗內容，又為實驗一、實驗二和實驗三準備了所需的實驗材料，即實驗中用到的微生物由學生自己培養，可以讓學生體會到更強的實驗參與感。如圖1所示，整個實驗內容由“微生物的培養→微生物的觀察→微生物的測量→微生物的鑒定”組成，每個實驗內容相對獨立但前后又有較好的連貫性，前一個實驗是后一個實驗的準備，后一個實驗是前一個實驗的延續，實驗內容層層遞進，更容易激發學生的學習興趣。

2 優化教學方法

在探索遞進式教學內容改革的同時，鼓勵學生設計個性化的實驗方案，即在實驗中增加設計性的元素。例如，在純菌種的分離、培養和接種技術實驗中，教師對所培養的微生物不作硬性規定，學生可根據自己的興趣愛好選擇某一微生物進行培養，要根據相關文獻資料和實驗室現有條件制訂出可行的個性化實驗方案，可以小組的形式完成實驗并對實驗結果進行分析總結，調動學生的積極性和主觀能動性，培養學生設計實驗方案的能力及團隊合作精神，把實驗課從單純進行實驗技能訓練轉變為基礎的科學研究，為學生將來畢業課題的開展及今后從事相關領域的研究打下基礎。

可以在常規實驗的基礎上增設開放創新性實驗項目。針對景德鎮陶瓷大學環境工程微生物學實驗只對環境工程專業學生開設和實驗資源利用率相對較低的問題，實驗中心開設了基于抗菌陶瓷的微生物開放性實驗、顯微鏡的使用與微生物的觀察這兩個開放性實驗項目。顯微鏡的使用與微生物的觀察對全校學生開放，學生可通過網上預約系統進行預約，預約成功后在平臺完成實驗前的學習(了解并熟悉相關實驗內容)，然后在預約時間打開門禁系統進入實驗室進行實驗操作，如圖2所示。

圖2 實驗室門禁與監控系統Fig.2 Laboratory access control and monitoring system

基于抗菌陶瓷的微生物開放性實驗項目主要向材料科學與工程學院的學生開放，該開放性實驗項目將景德鎮陶瓷大學的陶瓷特色與微生物相結合，也是材料與環境兩專業的結合，拓寬了學生的視野，擴大了學生知識面，提高了實驗資源的利用率。對開放性實驗采用全開放式的教學模式，學生可自主預約、自擬方案、自組團隊、自我解決實驗中的問題并分析實驗結果，教師只需在監控室關注實驗室的動向，必要時對學生進行啟發式指導，這樣可以培養學生的創新意識、創新能力及團隊合作精神[8]。

3 豐富教學手段

現代信息技術的高速發展帶動了傳統教學手段的更新，在理論教學方式方法發生巨大改變的同時，實踐教學也要跟上改革的步伐[9-11]。環境工程微生物學實驗的大部分內容都需要用到光學顯微鏡，傳統的光學顯微鏡通過光學鏡頭將觀察物放大，在物鏡下觀察被測物體。以第二個實驗項目微生物大小和數量的測定為例，由于待測定的微生物個體小，人肉眼無法觀察，只有借助顯微鏡才能完成該實驗，但傳統的光學顯微鏡無法讓教師全面掌握學生的學習動態，不能充分進行交流與互動。而數碼顯微鏡能夠通過CCD或CMOS系統把圖像傳到電腦屏或電視屏幕上觀測被測物，可以讓教師快速方便地監控學生顯微鏡里的微生物圖像，從而進行針對性指導，提升教學效率[11-12]，如圖3所示。景德鎮陶瓷大學材料科學與工程學院在國家級實驗教學示范中心的基礎上構建了數碼顯微互動平臺，可以達到更理想的教學效果。

圖3 大屏顯示的數碼顯微鏡Fig.3 Digital microscope with large screen display

4 完善評價方式

OBE理念要求對學生的學習做出有效的產出性評估，通過對學習結果的評價對教學進程進行引導并完善。景德鎮陶瓷大學環境工程微生物學實驗的考核主要包括三部分，即實驗預習、實驗操作、實驗報告，三者所占比例為3∶4∶3。以往的成績評定對于實驗預習這部分，若學生的預習報告內容完整、字跡工整，一般都能拿到比較高的分值。而構建了遞進式的實驗內容后，在實驗預習中引入了新的考核內容，即實驗準備，它包括實驗方案的設計、實驗原材料的制作等內容。對于實驗操作，除了考查學生在實驗過程中的具體操作外，一些安全性常識(如用電安全)也被引入到評價體系中。對于實驗報告，不僅要求學生給出實驗結果，還要對實驗進行總結，分析產生誤差的可能原因并提出改進實驗的方法。這樣的評價體系內容更豐富，能全面地反映學生的學習情況，有助于提高學生對課程的重視程度和自身的學習自覺性。

5 結語

在新工科和工程教育專業認證的背景下，基于OBE教學理念，景德鎮陶瓷大學針對性地開展了環境工程微生物學實驗教學改革研究，通過構建遞進式的實驗內容、優化教學方法、豐富教學手段、完善評價方式這幾方面來提高實驗教學質量，同時培養學生的實踐動手能力。