環境微生物課程教學改革探索與實踐

摘 要：基于新工科建設要求，課程以社會需求為導向，力求達到以創新型工程技術人才培養為核心的教學目標，進行教學改革與創新。課程堅持“科教融合、校企融合、理政融合”三相融合促進教學目標達成；重構理論與實踐教學內容，實現知識與應用的有機結合；課程構建德育和能力同步育人的教學體系，整個教學過程融德育、能力、知識于一體，全方位培養學生；通過學生特長融入課堂參與的方法，增強學生學習的興趣，充分培養學生的自主學習能力和團隊協作意識。改革的實施，促進學生實踐創新能力和科研素養的提升，為實現復合型工科人才培養目標奠定基礎。

關鍵詞：新工科；環境微生物；環境工程專業；實踐創新能力；教學體系構建

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）23-0039-04

Abstract： Based on the requirements of new engineering construction， this course Environmental Microbiology is oriented to social needs， and strives to achieve the teaching goal of cultivating innovative engineering and technical talents， so as to carry out teaching reform and innovation. This research insists on the integration of "science and education integration， school-enterprise integration， management and administration integration" to promote the achievement of teaching objectives， reconstruct the theoretical and practical teaching content， and realize the organic combination of knowledge and application. We have built a teaching system of simultaneous education of moral education and ability， so that the whole teaching process integrates moral education， ability and knowledge， and trains students in an all-round way. Through the method of integrating students' strengths into class participation， we enhance students' interest in learning， and fully cultivate students' independent learning ability and teamwork consciousness. The implementation of this reform has promoted the improvement of students' practical innovation ability and scientific research accomplishment， and laid a foundation for the realization of the training goal of composite engineering talents.

Keywords： new engineering; Environmental Microbiology; environmental engineering; practice and innovation ability; construction of teaching system

2017年教育部高等教育司印發了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，提出開展新工科研究與實踐的要求[1]，自此推進了新工科教育模式的發展。新工科是傳統工科專業的改革、改造與升級，開展新工科建設是高等工程教育內涵發展的必然要求[2]，要求教育理念和思路、人才培養模式、教學質量評價等的改革與創新，為未來較長時期內工程教育的改革與發展提供了思路與方向[3]。在新工科教育背景下，教學改革應同時從專業建設和課程改革兩方面開展，課程改革是專業改革的核心內容，課程質量直接決定人才培養質量，課程應積極面向新工科建設要求，進行改革與創新，培養具有工程創新能力的工程科技人才[4-5]。

環境微生物課程是微生物在環境領域中的應用型學科，學生實踐能力要求高，是多數高校環境類專業的必修課程[6]，課程主要讓學生掌握微生物在環境保護、治理和監測中的作用。我們教學團隊根據新工科建設要求，對標社會和企業對環境工程專業人才的需求，對臨沂大學（以下簡稱“我?！保┉h境微生物省一流課程[7]進行教學改革與實踐，本文重點分析我校環境微生物課程教學改革措施與成效，為相關專業的相關課程提供借鑒與指導。

一 環境微生物課程基本情況

環境微生物是我校環境工程專業的核心課程，該課程在大二第一學期開設，是學生接觸的第一門專業課，課程包括理論課48學時和實驗課16學時。通過課程的學習，學生掌握微生物與環境的相互作用關系，深刻理解傳統及新興污染控制與治理技術中所涉及的微生物學原理，逐步掌握環境微生物學研究的基本方法，掌握微生物在環境工程中的應用及相關的實驗技術，為從事相關領域的科研和實踐打下必要的基礎。課程教學過程主要存在學生主體地位發揮不充分和實踐技能培訓有待提升的問題。針對這些問題，我們開展了環境微生物課程的改革，并取得一定的成效。

二 環境微生物教學改革措施

（一） 組織三融合教學實施，促進課程目標有效達成

基于社會對專業人才的要求，以實現創新型工程技術人才培養為目標，課程堅持科教融合、校企融合、理政融合，組織教學實施，重點培養學生的實踐創新能力、工程應用能力、擔當責任意識。

1 堅持科教融合，提升學生科研創新能力

對本科生科研素養的培養，在社會發展中起著重要的作用[8]，環境微生物教學過程中積極將科研成果轉化成理論教學。例如在教學過程中，將教師科研中應用較多的產鐵載體細菌篩選培養基制備、耐鎘細菌篩選培養基制備、微生物菌肥的應用和功能微生物分離純化等相關科研工作引入理論和實踐教學過程，加大探究性、創新型課堂教學設計，增強學生對學科前沿的了解，培養學生大膽質疑和勇于創新的精神與能力，有效達成理論創新的育人目標。

2 促進校企融合，強化學生工程應用能力

實踐教學過程中針對微生物對污染物的降解與轉化、污水的生物處理、廢渣廢氣的生物處理及污染環境的微生物修復等教學環節，積極開展企業現場教學，通過企業兼職教師及專業技術人員對相關工藝的現場講解，讓學生挖掘實際工藝過程中的瓶頸問題，例如在污水處理廠中，讓學生結合實際工藝，挖掘氮磷處理過程的矛盾，并提出解決辦法，設計開展相關研究與實踐，提高學生的職業素養，強化學生創新思維和工程應用能力，有效達成能力提升的育人目標。

3 秉承理政融合，塑造高端創新人才

環境微生物課程體系，秉承理論知識與思政教育相結合的理政融合理念，針對每個教學章節深入挖掘思政元素，在課程內容中通過案例分析、人物引領、專題研討和實踐創新等方式進行思政的融入，積極弘揚紅色文化，把社會主義核心價值觀融入課程建設全過程，培養學生的家國情懷、工匠精神、辯證思維和擔當意識，幫助學生樹立科學發展觀和保護環境的責任心和使命感，有效達成課程價值塑造的育人目標。

（二） 構建模塊化理論教學體系，強化應用型理論講授

課程理論教學過程中，課程內容多，教學學時少，為實現良好的教學效果，采用模塊化教學方式，將教學內容劃分為六個模塊（圖1），具體內容涵蓋環境微生物學基礎、環境微生物生態、微生物資源化利用、微生物對環境的治理、微生物對環境的污染和微生物對環境的監測六大模塊。六個模塊環環相扣，實現基礎理論到應用理論的逐漸轉變，學生在學習過程中有效地將前后知識串聯，有助于邏輯思維的形成。在相關模塊，重點介紹可降解或轉化環境中有機污染物、氮磷、重金屬等相關的細菌、真菌，以及相關微生物的應用原理、研究進展及生產應用實例等，增強學生在環境污染生物修復方面的知識儲備，為學生的科研創新和工程應用奠定基礎。

（三） 構建層次化實踐教學體系，達成實踐創新能力培養

環境微生物是一門實踐性很強的學科，但16學時的實驗教學安排，難以高質量地完成教學內容，因此課程充分利用第二課堂，設計開放性實驗研究，培養學生發現問題、解決問題的能力，提高學生的主觀能動性[9]。新工科背景下，結合行業對環境工程應用型人才的需求，課程將實驗劃分為“基礎性實驗、創新型實驗、應用型實驗”三個層次，三個層次實驗側重點各不相同，又相互銜接。

基礎性實驗，安排4個實驗，占據10學時，分別為微生物染色技術2學時、培養基制備與滅菌2學時、微生物分離與純化2學時、污染土壤和水體中微生物測定4學時，主要在基礎實驗室完成，要求學生掌握基本理論，規范操作技術。

在本科教學過程中，將教師的科研項目和科研平臺有效應用到本科教學，是教師的重要任務之一[10]?；诖?，該課程依托教師科研項目，安排1個創新型實驗，為CAS檢測培養基的制備及產鐵載體細菌的篩選6學時，該實驗要求學生自己查閱文獻閱讀，完成實驗設計及結果分析。除上述必做實驗之外，根據教學團隊研究方向，引導學生查閱解磷菌的篩選、耐鎘細菌在土壤鎘污染修復中的應用、根際促生菌的篩選及應用相關資料，充分發揮第二課堂的作用，培養一部分學生到科研實驗室進行科研訓練項目，激發學生對專業知識的興趣，系統訓練學生的創造性和科研能力。

根據新工科建設的要求，環境工程學生應具備解決工程應用問題的創新能力。為達到該教學目的，課程設計應用型實驗培養，該部分不占實驗教學學時，主要為第二課堂能力拓展訓練。根據教學內容和教學科研項目，帶領學生參加工程實踐，從企業聘請專職工程師講解生產工藝流程及存在的瓶頸問題，學生根據生產實踐中的認識，回到理論課堂進行討論交流，同時引導學生設計開放性實驗研究，如針對化工廢水、養殖廢水等污水處理廠進行工藝評價與優化，針對氮磷污水進行基因工程菌的開發設計等。并鼓勵學生基于此申請大學生創新創業訓練計劃等開放型實驗項目，培養學生的創新能力和工程素養。

（四） 優化教學設計，實現德育和能力同步育人

立足教學目標達成，課程秉承以學生為中心，堅持成果導向，系統設計了“德能共生”的教學體系（圖2），整個教學過程包括“課前學生領悟，課中教師引導和講授、學生學習、師生討論和教學評價，課后學生融會貫通、教師教學總結與反思”八個環節緊密相連的教學過程，充分體現了課程的創新性、高階性、挑戰度。教學任務的設計在知識傳授的同時，多維度全方位深入挖掘課程思政教學，德育教育覆蓋課前、課中、課后三個環節，實現全過程思政育人。教學過程中多環節、長時間學生參與，學生的自學、創新、探究及協作等各方面的能力得到全面培養，充分體現以學生為中心的教學理念，整個教學過程融德育、能力與知識于一體，學生得到全面發展。

如微生物在環境中的分布及相互關系教學章節。課前，教師在雨課堂及微信群發布學習任務，要求學生預習微生物間相互關系的教學內容，并自主選擇擅長的方式，以小組為單位準備課堂展示分享，培養學生的自主學習能力。課中，教師首先通過紅石灘、移動的石頭等經典案例引入微生物在環境中的分布，對課前學習任務進行考察分析，完成舊知識回顧；借助簡圖板書、茅臺酒的秘密典型案例，分析微生物在土壤、水體及空氣中的分布；然后學生通過課前準備的思維導圖、小組表演、繪畫等形式展示學習的知識，隨后教師組織討論，讓學生糾正學習中的偏差，并對學生的任務完成情況進行評價，培養學生的科學思辨能力和團隊協作精神。課后，教師布置教學任務，讓學生查閱微生物間相互關系的典型案例，并講述案例與實際應用的有機結合，培養學生的科學探索精神和工程應用能力，有效促進教學目標的達成。

（五） 改進教學方法，突出自主學習能力培養

環境微生物課程遵循發揮學生個人特長和興趣，培養學生自主學習能力的原則，綜合運用案例分析、翻轉課堂、小組討論和任務驅動等方式，靈活開展教學。課程緒論部分通過調查問卷的方式，充分了解學生的興趣，并基于此讓學生完成分組，為后續課堂參與做準備。學生任務的參與，不再局限于傳統的多媒體講授，而是發揮學生個人特長，借助思維導圖、團隊表演、演講、相聲及繪畫等形式進行創作，將枯燥的理論知識靈活地展示出來，創作和展示的過程重點突出小組合作，增強學生學習的興趣和積極性，個人自主學習能力和團隊協作效果尤其明顯，掌握知識的同時，團隊協作能力大大提升。

三 教學改革成效

環境微生物創新教學模式，以我校環境工程系學生為實施對象，在教學過程中起到良好的教學效果與影響，課程自改革以來，形成一系列優質教學資源，課堂教學過程中85%以上的同學表示通過課程的學習，創新思維意識和工程實踐創新能力得到很大的提升，深受學生的好評，課程在教學過程中起到良好的教學效果與影響。

（一） 學生學習目標有效達成

整個教學過程取得良好的教學效果，學生成績較理想，根據環境工程專業畢業要求和課程目標達成評價實施辦法對2018級、2019級、2020級學生課程目標達成情況進行評價（圖3），可以看出連續三屆學生課程目標達成度均較高，課程目標達成平均值分別為0.855、0.825、0.863，課程平均達成度均達到優秀水平，學生應用基礎知識對問題的綜合分析能力和實踐創新能力得到有效培養，有效達到課程目標的要求。

（二） 學生實踐創新能力顯著提高

環境微生物實踐創新教學模式的有效開展，激發了學生的科研興趣，學生參加教師科研活動積極性大幅度提高，部分科研能力較強的學生進入拔尖學生培養計劃，開展創新實驗研究。環境微生物團隊教師指導大學生創新創業訓練計劃項目7項、指導學生發表科研論文12篇、指導學生競賽獲獎6項，學生實踐能力和創新能力得到顯著提升，在就業和升學過程中的競爭力明顯增強，基于環境微生物課程學習和參與課程團隊相關研究，學生主持的大創項目和發表的科研論文，在山東大學、南京林業大學、青島理工大學和天津工業大學等學?？佳袕驮嚭脱芯可鷮W習中，獲得充分的肯定，畢業生的創新能力得到就業和升學單位的高度評價。

四 結束語

在新工科建設背景下，環境微生物課程將工科建設要求融合到課程教學改革中，教學改革主要針對環境工程專業學生開展，優化教學理念，創新教學方法，構建教學體系，近年來教學改革有效支撐了專業培養目標，學生學習達成度較高，知識水平和能力素質均得到有效提升。今后課程建設過程中要重點整合線上教學資源，進一步深入開展線上線下教學工作，對標新工科建設要求及專業培養目標，全面考察社會對工科人才的要求，培養與社會接軌的實踐創新型工程技術人才，堅持“以學生為中心，產出導向，并持續改進”的教學理念，為培養一流本科人才提供經驗與參考。

參考文獻：

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基金項目：山東省一流課程“環境微生物”（魯教高函〔2021〕24號）；臨沂大學教學改革與研究項目“校企合作背景下《環境微生物》課程思政系統設計與實施”（G2021SZ31）、“以‘學習環境論’為指導的高校環境類專業課堂有效教學模式的設計與實踐”（JG2023M43）

第一作者簡介：任麗英（1981-），女，漢族，山東聊城人，博士，教授，碩士研究生導師。研究方向為土壤微生物資源開發與應用。

*通信作者：衛靜（1982-），女，漢族，山東濟南人，博士，講師，系主任。研究方向為環境納米材料功能。