高水平創(chuàng)新型工科人才培養(yǎng)下的水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革探索

摘要：在建設(shè)高水平工科專業(yè)的新形勢下，文章概述水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程存在的問題，采取提高學(xué)生參與度、量化實(shí)驗(yàn)操作步驟、優(yōu)化教學(xué)過程方向等措施，在分內(nèi)容準(zhǔn)備、分模塊講解、分過程評價(jià)的策略輔助下，保證學(xué)生參與度、教學(xué)滿意度和實(shí)踐能力提升度的多贏，以期助力地方高校高水平創(chuàng)新型工科人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新型工科人才；水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)目標(biāo)

水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等工科院校給水排水工程專業(yè)的必修課，該課程的教學(xué)目標(biāo)有三個(gè)，即掌握水處理微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)；具備生物水處理工藝處理過程中的問題分析能力；掌握微生物學(xué)基本原理，具備設(shè)計(jì)、分析水處理微生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的能力。針對上述教學(xué)目標(biāo)，水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)主要設(shè)計(jì)了酵母菌分離純化與鑒定、校園河道水質(zhì)檢測和生活飲用水中大腸桿菌發(fā)酵檢測實(shí)驗(yàn)等課程內(nèi)容。這些課程內(nèi)容不僅具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，還對培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)思維具有很好的支撐作用。

筆者以蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)為例，針對當(dāng)前實(shí)驗(yàn)課程準(zhǔn)備、教學(xué)過程、學(xué)生操作過程、實(shí)驗(yàn)成績評價(jià)四個(gè)方面存在的問題，提出優(yōu)化改革方案，旨在提高水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果依賴于充足的實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備、精彩的教學(xué)過程、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作步驟、合理的學(xué)生成績評價(jià)體系等。無論是哪一方面出現(xiàn)問題，對確保教學(xué)效果都是不利的。本文在仔細(xì)梳理、回顧課程教學(xué)全過程的基礎(chǔ)上，將具體教授過程中出現(xiàn)的問題主要?dú)w為四個(gè)方面，并闡述其產(chǎn)生的原因與背景，旨在為增強(qiáng)課程教學(xué)效果提供合理可行的有效措施。如圖1所示。

（一）學(xué)生預(yù)習(xí)沒保障，參與度不高

良好實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的達(dá)成，需要有學(xué)生的預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)耗材試劑的準(zhǔn)備、合理的實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排等。水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程因涉及無菌操作和滅菌過程，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長，有些學(xué)生在滅菌等待時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)，沒有熟悉和消化實(shí)驗(yàn)原理與操作步驟。同時(shí)，教師為了在有限的課時(shí)完成教學(xué)任務(wù)，提前配制部分實(shí)驗(yàn)所用的培養(yǎng)基和試劑，學(xué)生參與度不高，教學(xué)效果不理想。另外，滅菌過程、培養(yǎng)基配制凝固過程等等待時(shí)間較多，學(xué)生無所事事，不利于課堂紀(jì)律的維持和學(xué)生積極性的調(diào)動(dòng)。

（二）理論講解內(nèi)容多，教學(xué)優(yōu)化實(shí)效不佳

一般實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過程是教師進(jìn)行理論講解、操作演示、學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、教師解答操作過程中的問題、學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)，流程多、時(shí)間長、理論講解內(nèi)容多，初次接觸實(shí)驗(yàn)的學(xué)生獲取的信息往往是片面的、宏觀的，對細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)的理解不到位，容易出現(xiàn)一邊翻看實(shí)驗(yàn)報(bào)告，一邊根據(jù)指示進(jìn)行操作的現(xiàn)象，這樣會(huì)削弱實(shí)驗(yàn)操作對學(xué)生動(dòng)手能力和科學(xué)思維的訓(xùn)練實(shí)效。此外，水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課在課程教學(xué)中的占比為25%，實(shí)驗(yàn)課還沒有建立統(tǒng)一、規(guī)范的教學(xué)質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)，影響了教學(xué)過程的優(yōu)化。

（三）分工不明確，細(xì)節(jié)量化不到位

由于實(shí)驗(yàn)人數(shù)多，空間和設(shè)備數(shù)量有限，水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課一般2～3人為一小組，小組內(nèi)人員分工不明確，不能很好地保證學(xué)生的參與度。同時(shí)，因?yàn)榉止げ幻鞔_，學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)較差，耗材和試劑取用秩序雜亂無章，尤其是多組同時(shí)開展實(shí)驗(yàn)時(shí)，課堂秩序不好維持，實(shí)驗(yàn)進(jìn)程慢。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中關(guān)于操作步驟的描述不夠精細(xì)，缺少對關(guān)鍵步驟的量化標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作的理解不統(tǒng)一，導(dǎo)致不同的學(xué)生操作同一實(shí)驗(yàn)的成敗不可控，實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)目標(biāo)難以達(dá)成。

（四）成績評價(jià)單一

實(shí)驗(yàn)成績的評價(jià)是以百分制為單位對整體實(shí)驗(yàn)課程評定出一個(gè)總成績。水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課包含4個(gè)實(shí)驗(yàn)，總計(jì)12個(gè)學(xué)時(shí)，不同實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和操作難度不同，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作的接受能力和實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)是不同的。單一地用百分制評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績，難以與學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程相結(jié)合，缺乏評價(jià)的細(xì)節(jié)和支撐體系，所以教師需要建立與實(shí)驗(yàn)過程相匹配的評價(jià)體系，全面反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課成績。

二、實(shí)驗(yàn)改革措施

針對上述問題，教師鼓勵(lì)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)開展的全過程，在調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的同時(shí)，為學(xué)生動(dòng)手能力的鍛煉和思維能力的養(yǎng)成提供依托。針對歷屆學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中容易發(fā)生的失誤操作現(xiàn)象和思維理解誤區(qū)，教師分模塊講解，并對實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)進(jìn)行量化，有針對性地幫助學(xué)生規(guī)避誤區(qū)。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容操作的復(fù)雜程度區(qū)分各實(shí)驗(yàn)部分的難度系數(shù)，將實(shí)驗(yàn)的難度系數(shù)作為實(shí)驗(yàn)成績評價(jià)的重要組成部分，優(yōu)化傳統(tǒng)的百分制實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)體系。基于上述的解決思路，筆者從四個(gè)方面詳細(xì)闡釋解決措施，如圖2所示。

（一）輪流準(zhǔn)備，完善預(yù)習(xí)評價(jià)手段

針對學(xué)生參與度不高、實(shí)驗(yàn)時(shí)間長、操作煩瑣等問題，教師可以建立學(xué)生預(yù)習(xí)評價(jià)制度，在實(shí)驗(yàn)課程開始前設(shè)置預(yù)習(xí)報(bào)告的內(nèi)容和預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備到實(shí)驗(yàn)開展共設(shè)置1～3個(gè)問題，要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)試劑耗材的準(zhǔn)備有清楚的認(rèn)識(shí)，能提綱挈領(lǐng)地概括實(shí)驗(yàn)流程和原理，達(dá)到掌握水處理微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和微生物學(xué)基本原理的目標(biāo)。

教師批改預(yù)習(xí)報(bào)告時(shí)，遇到不符合要求的或者相互抄襲的報(bào)告，應(yīng)要求學(xué)生返工重做，如果屢次不改正的，教師應(yīng)扣除學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告所占比例的實(shí)驗(yàn)成績。在實(shí)驗(yàn)開展前，教師可將4個(gè)實(shí)驗(yàn)分為4批，每個(gè)班30余人，根據(jù)實(shí)驗(yàn)難度和準(zhǔn)備量，每次安排5～10人做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，每個(gè)人都要參與該門實(shí)驗(yàn)課的準(zhǔn)備過程。據(jù)此，在滅菌實(shí)驗(yàn)、無菌操作準(zhǔn)備、發(fā)放耗材和試劑等實(shí)驗(yàn)開展環(huán)節(jié)，由參與準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行分配，協(xié)助各小組完成實(shí)驗(yàn)耗材的領(lǐng)取，提高實(shí)驗(yàn)效率和學(xué)生參與度。

（二）分模塊講解，建立教學(xué)質(zhì)量評價(jià)制度

考慮到實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)多、知識(shí)內(nèi)容易混淆、教學(xué)效果不佳、教學(xué)優(yōu)化方向不明確等問題，教師應(yīng)將實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行內(nèi)容整合，按照學(xué)生對知識(shí)的理解進(jìn)程和實(shí)驗(yàn)操作難度的分布關(guān)系，進(jìn)行分模塊講解；制訂原理理論和操作過程的知識(shí)結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖，依據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖分段進(jìn)行“講解—操作—再講解—再操作”，給學(xué)生留下消化知識(shí)和記憶操作步驟的反應(yīng)時(shí)間，以解決實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)多、學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容易混淆等難題。教學(xué)質(zhì)量評價(jià)制度具體包括教學(xué)規(guī)范評分（40%）、教學(xué)效果評分（40%）、教學(xué)成果評分（20%）三個(gè)方面。其中，教學(xué)規(guī)范評分是指實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及的全過程材料是否按照相關(guān)要求進(jìn)行整理；教學(xué)效果評分是由學(xué)生網(wǎng)上評教、學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行的同行評分、學(xué)校督導(dǎo)聽課評分三個(gè)部分組成；教師根據(jù)各方面涵蓋的內(nèi)容在教學(xué)質(zhì)量評價(jià)中的比重訂定評分細(xì)則，對教學(xué)質(zhì)量評價(jià)考核分?jǐn)?shù)不低于85分的認(rèn)定為優(yōu)秀，不低于75分的認(rèn)定為良好，并給予不同額度的獎(jiǎng)勵(lì)，鼓勵(lì)教師按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)過程方向。

（三）明確分工，量化實(shí)驗(yàn)操作步驟

高校對教師年度內(nèi)發(fā)表的教改論文、教學(xué)比賽獲獎(jiǎng)、指導(dǎo)學(xué)生競賽獲獎(jiǎng)、教研項(xiàng)目立項(xiàng)等與教學(xué)相關(guān)的成果按照成果等級進(jìn)行評分。教師明確每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的分工情況，每個(gè)學(xué)生按照分工輪流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)耗材取用、實(shí)驗(yàn)器皿清洗處理、加樣操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察和記錄等工作。這樣一方面，可以確保學(xué)生實(shí)驗(yàn)的參與度，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)；另一方面，可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和邏輯思維能力。教師可以要求學(xué)生仔細(xì)閱讀操作流程，細(xì)化操作過程，量化操作步驟。如革蘭氏染色沖洗至褪色，大概要用多少毫升的水沖洗幾次顏色褪到什么程度，需要加以經(jīng)驗(yàn)性的說明，以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性。

（四）區(qū)分難度，優(yōu)化成績評價(jià)體系

水處理微生物學(xué)課程學(xué)時(shí)由原先的12學(xué)時(shí)增加至24學(xué)時(shí)，用于增設(shè)酵母菌培養(yǎng)觀察與計(jì)數(shù)和活性污泥中的細(xì)菌分離與計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)，學(xué)時(shí)增加后總計(jì)6個(gè)實(shí)驗(yàn)，以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。教師應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)難度和實(shí)驗(yàn)時(shí)長合理安排實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)及該實(shí)驗(yàn)在學(xué)生總成績中的占比，從預(yù)習(xí)（20%）、操作（40%）和報(bào)告（40%）三個(gè)方面來評價(jià)學(xué)生該實(shí)驗(yàn)?zāi)K的成績，然后將6個(gè)實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)難度分別乘以不同的占比，計(jì)算出學(xué)生的最終成績，進(jìn)而從過程角度全面、系統(tǒng)地評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。

三、實(shí)驗(yàn)改革教學(xué)成效

良好的教學(xué)質(zhì)量是培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的前提，在教學(xué)質(zhì)量評價(jià)機(jī)制的規(guī)范下，經(jīng)給水排水科學(xué)與工程學(xué)生與教師的共同努力，近3年水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)質(zhì)量督導(dǎo)聽課和評教環(huán)節(jié)得到了一致好評；水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教師的年度教學(xué)質(zhì)量評價(jià)結(jié)果由2022年的良好等級提升至2023年的優(yōu)秀等級；學(xué)生匿名網(wǎng)上評教平均分保持在94分以上；學(xué)生參加各級各類創(chuàng)新大賽和申請創(chuàng)新項(xiàng)目也取得顯著進(jìn)步。

四、結(jié)語

在理論和實(shí)驗(yàn)協(xié)同培育高水平創(chuàng)新型工科人才思想的指導(dǎo)下，按照水處理微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的特點(diǎn)，教師圍繞實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備、教師講解、學(xué)生操作和成績考核等方面采取一系列的改革措施，旨在為社會(huì)培養(yǎng)高水平、創(chuàng)新型工科人才。

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基金項(xiàng)目：江蘇省教育廳教研教改項(xiàng)目“基于產(chǎn)教融合的工科專業(yè)實(shí)踐數(shù)字化教學(xué)改革與實(shí)踐——以蘇州科技大學(xué)環(huán)境工程為例”，項(xiàng)目編號：2020JDKT122；中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會(huì)/學(xué)位與研究生教育研究課題“地方高校環(huán)境類專業(yè)碩士研究生‘產(chǎn)教科創(chuàng)拓’五位一體培養(yǎng)模式的創(chuàng)新研究”，項(xiàng)目編號：2020MSA258。

（作者單位：蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院）