新工科背景下的環境工程微生物學實驗教學改革

［摘 要］在教育部推出“新工科計劃”前，國內原有環境工程微生物學實驗教學過程中存在學生獨立創新思考能力欠缺、實驗教學軟硬件陳舊落后以及教學流程形式單一低效等問題，嚴重影響環境工程微生物領域人才的培養質量。根據“新工科計劃”對新時代工程人才的知識體系、創新教育方式與手段、教育開放融合新生態的新要求，環境工程微生物學實驗教學亟須改革。針對目前環境工程微生物學教學體系中存在的典型問題，新工科背景下的環境工程微生物學實驗教學改革應當從實驗教學基礎、實驗教學實踐、校企合作實踐以及實驗教學德育出發，構建新工科背景下的環境工程微生物學實驗教學體系，培養出能夠解決實際工程問題兼具工程道德倫理的愛國人才。

［關鍵詞］新工科；環境工程微生物學；實驗教學改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）14-0029-05

為適應新一輪科技革命和產業變革的新趨勢，緊緊圍繞國家戰略和區域發展需要，教育部針對新工科的發展需求印發了多份文件，規定了新時代背景下具體的新工科研究與實踐項目以及人才培養的實施總則。除了大力發展新興產業需求的工科專業，也包括對傳統工科專業進行升級改造。新工科更強調學科的實用性、交叉性與綜合性，其內涵在于通過思維創新、機制創新、學科交叉與思想融合等不同方式與途徑進行教育改革，進而推動新工科專業結構調整和人才培養質量提升，最終培養出能適應新時代產業革命和經濟發展需求的高素質人才。

面臨世界百年未有之大變局的國內外形勢和更加復雜嚴峻的生態環境形勢，生態文明和美麗中國建設、實現碳達峰碳中和等目標任務對生態環保人才工作提出了更高要求。目前，我國生態環保人才隊伍在數量規模、結構層次、制度政策上仍然不能適應生態環保新形勢新需求。

環境工程微生物學作為環境專業的軸心學科，是一門涉及環境學、微生物學、化學、藥學等領域的交叉學科，研究應用用途廣泛，在環保、新能源、新材料等多個領域中發揮著至關重要的作用[1]。開展環境工程微生物學實驗教學改革，不僅順應“新工科計劃”中培養新興人才的需求，也符合我國新興生物科技領域亟待建設發展的國情。

在環境工程專業學生的課程設置中，環境工程微生物學實驗是一門專業必修課，同時也是基于理論課的一門非常重要的實踐課程，主要研究自然環境中的微生物形態、結構，微生物之間的相互關系以及微生物與環境間的關系，進而考察微生物對環境的影響。該課程是環境學科的一個重要課程，與水及污水處理微生物學、土壤微生物學、環境化學、環境監測等學科密切相關。除此之外，環境工程微生物學實驗具有很強的技術性、實踐性和專業性，需要扎實的專業基礎知識及熟練的操作技能，包括懂得顯微鏡的使用、微生物形態的觀察、微生物的計數及測量、微生物的染色、培養基的制備與滅菌、微生物的純種分離以及菌落的觀察與鑒別等。同時，開展環境工程微生物學實驗，是將理論知識與實踐應用相結合的重要手段，也是培養環境工程類專業學生觀察能力、鑒別能力、動手能力、協作能力、運用能力等的重要途徑。

一、環境工程微生物學實驗教學中存在的問題

一是學生獨立思考問題能力偏弱，應對實際問題的創新力不足。現今有的環境工程微生物學實驗教學往往依舊遵循傳統實驗教學方式，內容仍局限于肉眼觀察到的微生物活動跡象，缺乏引導學生深化對實驗本質的理解，更不能運用原理舉一反三來應對實際問題[2]。長此以往，學生的獨立思考能力和創新思維發展會受到影響，更趨向于簡單的“拿來主義”，僅從教師的實驗講解過程中獲取知識。學生在未來參與社會實踐活動以及面對實際工程問題過程中，往往因缺乏獨立剖析問題的能力而難以發現問題的根源。因此，新工科背景下的環境工程微生物學實驗教學改革應著重培養學生獨立思考問題的能力，在原有知識體系的基礎上加強培養學生應對實際問題的創新思維。

二是實驗設備陳舊，交叉融合平臺欠缺。工欲善其事，必先利其器。陳舊的實驗設備不能夠將微生物所生存的微觀環境清晰地向學生展現出來，會制約學生由好奇心驅動的探索行為[3]。“新工科計劃”強調新時代學科發展需要大力推動學科交叉融合，促進理工結合、工工交叉、工文滲透，孕育交叉專業，推進跨院系、跨學科、跨專業培養工程人才。部分環境工程微生物學實驗教學不夠重視學科交叉，無論是教學內容還是實驗設備與生物、化學、材料學等主流學科均聯系不夠緊密。有效構建新工科背景下環境工程微生物學實驗教學的融合交叉平臺，需要教學相關人員完善環境工程微生物學實驗教學學科交叉所需的資料與設備，逐步實現“新工科計劃”對傳統學科進行升級改造的目標。

三是考核形式單一，實驗設計缺乏工程背景。現有環境工程微生物學實驗教學考核形式單一，實驗成績主要分為出勤/預習情況、課堂實驗操作、實驗報告三方面。這種以實驗報告為重點的考核形式忽視了充分發揮實驗操作在培養學生從事自然科學工作所需嚴謹細致、實事求是的作風以及觀察、分析和解決問題的綜合素質與能力的作用。此外，實驗的安排多數僅以完成對教科書內容的展示任務為主，與教科書蘊含的用知識服務實際生產實踐的理念脫節。僅僅將觀察到的實驗結果作為學生實驗教學的結束，學生不能將實驗結果與實際生產應用相聯系，不利于培養學生的工科思維和工程實踐能力。

二、開展環境工程微生物學實驗教學改革的必要性

環境工程微生物學是高校環境工程相關專業學生必修的一門基礎課，重點引導學生學習系統的微生物學知識和實驗操作技能。環境工程微生物學技術已經廣泛應用于現代農業、工業發酵、生物工程、食品、環境和醫學衛生等領域。“新工科計劃”背景對環境工程微生物學實驗教學體系提出了更高的要求，主要包括以下幾方面：（1）樹立工程教育新理念， 提升學生解決工程問題的能力；（2）創新工程教育教學組織模式， 推動學科交叉融合；（3）完善多主體協同育人機制，推進產教融合、校企合作的機制創新。此外，新工程背景下的環境工程微生物學實驗教學應在實踐教學過程中引入企業的指導，培養出更符合行業、企業需求的復合型人才。因此，開展環境工程微生物學教學尤其是實驗教學方面的改革勢在必行。

三、新工科背景下的環境工程微生物學實驗教學體系改革探索

根據新工科對傳統學科升級改造的要求，應把實踐教學放在教學工作中的突出位置。同時，針對目前環境工程微生物學實驗教學體系中已存在的問題，新工科背景下實驗教學體系的構建需要對實驗教學過程的各個階段、內容進行改革。根據其需要改革的不同部分可將實驗教學體系分為四個模塊即實驗教學基礎模塊、實驗教學實踐模塊、校企合作實訓模塊和實驗教學德育模塊。雖然不同模塊包含的內容有所區別，但模塊之間環環相扣、互相影響，每個模塊對于新工科背景下環境工程微生物學實驗教學體系的構建都是不可或缺的一環。

（一）實驗教學基礎模塊

實驗教學的順利開展需要堅實的基礎作為支撐，主要包括實驗理論知識教授途徑、教師科研成果傳播平臺、自主開發實驗教學設備和數字化實驗教學平臺。整個模塊以學生為中心，為學生提供廣闊的教學平臺、優秀的教師資源以及先進的實驗設備，建立新工科所必需的實驗教學基礎，保障環境工程微生物領域人才培養質量。

（二）實驗教學實踐模塊

實驗教學實踐模塊包括自主實驗設計環節、學生實驗實踐環節以及實驗教學考核制度。改變傳統實驗教學流程，讓實驗教學不再局限于加深學生對課本理論知識的理解，更多的是要培養學生自我探索、實事求是的工科精神，同時結合針對性強的考核制度，培養學生自主發現問題并動手設計方案與解決問題的能力。

（三）校企合作實訓模塊

為培養學生的工科思維與工程實踐能力，高校應與企業合作實施校內實訓和校企聯合實訓環節，為學生提供真實的工程實踐環境，使學生能夠得到真實的工程體驗，引導學生對工程進行認知，提升學生的工程實踐能力，為未來環境工程微生物領域人才進入企業工程實踐、科技創新鋪設道路。

（四）實驗教學德育模塊

本模塊不僅包括正確專業道德觀教育、工程師職業操守教育以及科學家榜樣形象樹立，還包括將愛國主義教育以及學校的人文精神、人文情懷融入實驗教學。如果培養出的學生學識淵博但不能將他的知識運用在正確的方面，就會給社會帶來不良影響[4]。在教學過程中應引導學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，培育學生愛國精神，樹立愛國科學家榜樣形象，讓學生用所學所長服務他人、為社會做貢獻，提高自身社會價值。同時，利用學校文化底蘊優勢，培養具有獨特人文氣質的環境工程微生物領域人才。

四、新工科背景下的環境工程微生物學實驗教學體系建設探索

“新工科計劃”賦予工科人才培養新的意義，對人才的定義不僅僅指某些領域內擁有卓越能力的人，更多的是指具有專業職業素養并作為科研人員榜樣、發揚科研精神、奉獻自我服務社會、助力國家發展的復合型人才，能夠向世界展示中國領先的科研能力以及富有人文底蘊的科研大國形象。因此要根據“新工科計劃”中的具體相關要求，建設新工科背景下的環境工程微生物學實驗教學體系中的各個模塊，通過實驗實踐過程培養學生扎實的專業基礎，加強校企合作和工程教育，培養有能力、有素養的環境工程微生物領域人才。

（一）實驗教學基礎建設

在互聯網時代，教育行業應突破線下教學局限，開辟線上教學新天地。實驗教學雖然需要大量線下實踐操作，但這并不意味著實驗教學不能利用互聯網資源。上實驗課時，學生在學習過程中往往會有所疏漏，特別是較為精細的實驗操作。這時學生可利用互聯網平臺補充知識。在現有慕課、學習通等不同端口學習平臺甚至是多媒體網站[5]，教師可上傳理論知識資料用于學生預習、復習以加深理解，也可上傳更多實操實驗視頻，助力學生拓寬視野、提高科研興趣。此外，可在互聯網平臺上展示教師研究成果與特色，讓學生接觸環境工程微生物領域的前沿研究，加強學生與教師之間的學術聯系。平臺硬件建設與師資軟件建設兩手抓，為學生創造良好的學習條件，培養復合型的環境工程微生物領域人才。

（二）實驗教學實踐建設

在新工科背景下，應讓理論學習不再專注于知識點的灌輸，充分調動學生的主觀能動性，將理論與實踐相結合，將課本內容對應的環境工程微生物學實驗同現實中的用途和應用相聯系，為基礎實驗增添相應的拓展實驗。例如開展生態環境中微生物的檢測與分離實驗，選擇特殊生態環境將微生物分離出來后提供特定生存環境，定向篩選出環境耐受性的微生物。此外，為滿足學生對環境工程微生物學實驗的需求，相關實驗設備也應及時更新，首先應更新老舊的設備，提高設備精度，保證微生物培養環境多樣性，結合課本實驗流程配備相關實驗設備，調動學生主觀能動性，提高學生專業實操能力。結合現有環境工程微生物應用，可搭建簡易環境微生物反應器、環境微生物產品生產流水線供學生參考，幫助學生加深了解環境工程微生物學的實際工程應用。

（三）校企合作實訓建設

除了在實驗室開展教學實驗，學校應與企業加強合作，打通校企合作通道。由企業提供實驗課拓展方案、制訂實驗流程，學校依據實驗方案準備相應的實驗設備，讓學生學習環境工程微生物學在企業工程中的實際應用。定期帶領學生參觀企業工程流水線，參加企業科學講座，了解團隊合作進行工程研究與課程實驗的區別所在。此外，企業可增設實習崗位，通過讓有意向的學生報名參與考核、面試來確定崗位人選。若學生實習期間表現良好，經過學校、企業、學生三方面會談，企業可待學生完成學業后直招學生入職。企業可在學校畢業季開放優先崗位招聘，歡迎環境工程微生物學專業學生應聘入職，為學生緩解就業壓力。通過這種模式來培養學生工程思維、提升學生工程實踐能力，可以幫助學生順利進入社會科研行業并成為環境工程微生物領域研究人才，運用所學所見推動環境工程微生物領域發展。

（四）實驗教學德育建設

一是開展工程倫理道德觀教育，培育工程師職業操守。實驗教學過程和實驗前的理論教學都不能忽視工程倫理道德觀教育。理論從實踐中來，又服務于實踐。教師應讓學生銘記環境工程微生物學知識是一把雙刃劍，它可以用于社會生產，提高社會生產力，推動社會發展，造福社會，也可以改變環境引發物種危機，甚至被制成生化武器，危害社會公共安全。學生在校期間應當樹立正確的工程倫理道德觀，步入社會后將所學專業知識與技能運用在正確的地方。同時，教師應實事求是、做事嚴謹，在對學生職業操守培育方面應認真對待，培養學生強烈的責任感和扎實的專業能力。

二是弘揚科研精神，讓愛國精神永流傳。實驗課之余，應當積極開展學生文化活動，豐富學生的文化內涵，要讓未來的科研工作者不僅有精湛的科研技術，也有文化內涵和人文精神。增強學校凝聚力、展示學校特色，讓學生走出學校也能一展母校風采。學校或學院舉辦活動時應當融入環境工程微生物學的相關元素，讓更多非本專業學生、教師甚至校外人員都能領略環境工程微生物學的專業魅力，增強學校環境工程微生物學的專業自信。此外，加強學生愛國主義教育，引導學生向愛國科學家榜樣看齊，未來在自己的崗位上奮勇前進、發光發熱，推動祖國環境工程微生物學科技發展。

五、結語

在當下由科技驅動發展的時代，為培養環境工程微生物領域人才，讓我國的生物科技、生物工程趕超發達國家，根據新工科的要求對環境工程微生物學實驗教學實施改革勢在必行。本文結合新工科的要求，從實驗教學基礎、實驗教學實踐、校企合作實訓和實驗教學德育四個模塊針對傳統環境工程微生物學實驗教學中存在的問題進行相應的實驗教學改革。其中，實踐是培養環境工程微生物領域人才最重要的一個環節，對提高人才工程素養和工程能力起著重要作用。此外，教師在實驗教學環節中應帶領學生投身實踐，增強學生綜合運用所學理論知識和技術手段分析并解決工程問題的實踐能力。同時，高校應與企業密切合作，把企業工程實踐生產融入專業教學，讓學生了解行業情況與國內外發展趨勢，拓寬學生視野。在專業人才培養過程中，應注重在實踐環節中以德樹人，培養學生嚴謹細致、實事求是的科研作風以及服務社會、奉獻國家的高尚情操，推動環境工程微生物學實驗教學效果的提升。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 史春薇，楊占旭，王吉林，等.新工科背景下環境微生物學課程實踐教學育人模式的探索[J].微生物學通報，2020（4）：1202-1209.

[2] 劉小風，曹曉燕，江慎華.新工科下化工原理實驗教學改革的研究[J].化工管理，2023（1）：47-50.

[3] 武秀琴，李印霞，張慶甫.環境工程微生物學實驗教學改革探索[J].中國現代教育裝備，2016（19）：45-47.

[4] 魏桃員，郭紹東，謝世偉，等.新工科背景下的水處理微生物學課程教學改革研究[J].實驗科學與技術，2022（2）：67-72.

[5] 徐升，劉亞敏，陳藝蘭，等.高校在線課程思政建設探索：以環境工程微生物學課程為例[J].大學教育，2021（7）：9-12.

［責任編輯：龐丹丹］