基于應用型人才培養模式的水處理生物學課程教學改革

摘 要：水處理生物學是給排水科學與工程專業的基礎必修課。當前課程教學存在教學過程缺乏知識主線、教材內容與實際工程應用脫節、實驗教學效果不佳等問題。為解決這些問題，通過梳理課程主線，構建知識體系、更新補充教學內容，以及突出“以學生為中心”的實驗教學，探索基于應用型人才培養模式的水處理生物學課程教學改革路徑，為后續課程教學提供參考。

關鍵詞：水處理生物學；應用型人才培養；教學改革

水處理生物學主要研究水處理工程和環境水體水質凈化、保持過程中涉及的生物學問題，即水中污染物的遷移、分解與轉化過程，重點聚焦微生物學問題。該課程將微生物學基礎理論與水處理專業知識深度融合，具有學科發展迅速、實踐應用性強等特征。然而，如何在有限學時內幫助學生構建完整的知識體系，使其既能緊跟學科前沿與行業動態，又能圍繞水處理專業特性，將所學知識應用于工程實踐，仍是當前教學面臨的難題。

一、水處理生物學課程教學存在的問題

（一）教學過程缺乏知識主線

水處理生物學課程知識點繁多且內容零散抽象，學生在學習過程中難以把握學習重點，容易產生厭學情緒。這就要求教師在教學過程中幫助學生構建知識框架，理清各部分內容的內在聯系，梳理知識主線，便于學生理解知識邏輯，在有限學時內高效完成學習任務。

（二）教材內容與實際工程應用脫節

近年，微生物學知識不斷更新，內容愈加豐富。但在教學過程中，教師大多局限于教材既有內容的講授，導致學生難以接觸微生物學前沿知識及在水處理中的應用熱點。這種教學方式使學生對知識點的掌握較為刻板、單一，更遑論實現知行合一、學以致用。鑒于此，教師在教學過程中應結合行業發展動態，融入相關前沿知識和熱點問題，及時更新和補充教學內容，幫助學生更好地掌握水處理技術的發展趨勢和研究方向。

（三）實驗教學效果不佳

通過實驗教學，教師可以引導學生將所學理論知識應用于水處理工程實踐。然而，在教學過程中，教師往往側重理論課，卻忽視了實驗課的重要性。在實驗過程中，普遍采用“填鴨式”教學模式，教師指定實驗項目、實驗原理、實驗方法以及實驗儀器，甚至提前告知實驗結果，學生只需按照固定實驗步驟進行操作即可，這造成學生缺乏獨立思考和主動學習的機會，難以達到預期的知識、能力和素質培養目標。同時，實驗成績考核僅依據學生的實驗報告完整性和書寫質量，而對學生在實驗過程中的基本操作技能和掌握情況關注不足。針對上述問題，教師應改進教學方式、豐富教學手段、完善評價方式，探索“以學生為中心、重視實踐、注重能力培養”的水處理生物學課程實驗教學模式。

二、水處理生物學課程教學改革內容

（一）梳理課程主線，構建知識體系

水處理生物學課程涵蓋微生物學基礎知識、水處理中主要微生物及其作用機理、水質安全檢測以及微生物學實驗基礎等內容，知識點繁多，學生難以系統掌握知識點之間的聯系。為此，教師應以“微生物的形態—微生物的生理—微生物的應用—微生物的研究法”為課程主線，幫助學生梳理課程主線，構建知識體系，繪制水處理生物學知識圖譜，進而解決“微生物是什么、長什么樣、有什么特點，如何培養微生物，微生物有什么用及如何用”等問題。

（二）更新與補充教學內容

水處理生物學課程內容龐雜，對于部分學生已經掌握或比較容易理解的知識點，教師可精講、少講或不講，從而將節省下來的時間用于重難點知識的詳細講解。同時，教師應關注學科前沿，結合行業發展需求，引入微生物及相關生物技術在水處理應用中的最新成果與案例，及時融入課堂教學。此外，教師應在課前向學生提供典型的水處理工程案例，融入當前微生物在水處理領域的新理論、新方法和新進展，幫助學生把握水處理領域的最新發展趨勢和研究方向，為今后工作和研究奠定良好基礎。

（三）突出“以學生為中心”的實驗教學

水處理生物學實驗是銜接學生基本理論知識和實際操作技能的橋梁紐帶。在實驗教學中，教師應摒棄傳統“填鴨式”教學模式，鼓勵學生自主設計實驗流程。鑒于水處理生物學課程實驗內容較多的問題，教師可提前向學生推送實驗演示視頻，引導學生自主預習，掌握實驗基本操作技能，接著嘗試設計與水處理相關的綜合性實驗。通過讓學生自主設計實驗方案、動手操作、觀察現象，發現問題并分析解決問題，能夠在實踐中幫助學生加深對理論知識的理解，掌握基本的實驗技能。

三、水處理生物學課程教學改革思路與實施措施

水處理生物學課程教學改革主要圍繞梳理課程主線，優化教學內容，突出教學重點，融入前沿知識，突出微生物在水處理中應用的專業特性，將水處理相關生物學知識和水處理專業知識深度融合，提高學生知識融通與工程實踐能力。同時，強化實驗教學和過程性考核，提升學生的工程實踐能力和自主學習能力，以滿足社會和行業對給排水工程專業人才的需求。

（一）課前準備階段

1.搭建豐富的教學資源庫。由于微生物無法通過肉眼直接觀察，概念較為抽象，教師需建立微生物圖庫和視頻資源庫，以便學生直觀了解微生物的形態，加深認知。同時，制作實驗操作演示視頻，將實驗操作步驟與技巧直觀呈現，幫助學生掌握實驗細節，提升學生的實驗操作技能。

2.構建完善的網絡教學平臺。教師需上傳豐富的教學資料，包括課程講義、微生物圖庫、動畫視頻，以及相關拓展資料。同時，優化課程內容的組織方式，以知識點為核心，對資源進行結構化重組，構建知識點微學習單元，建設課程知識圖譜。此外，搭建師生互動平臺，教師能夠隨時了解學生的學習情況和知識掌握程度，增強教學互動性，幫助教師進行課堂反思。

3.優化教學內容。例如，將“藻類對水環境和給水工程的影響”與“水體富營養化及水華控制”合并講解，將“病毒的基本特征”“水污染防治”與“水中病原微生物的控制”合并講解，幫助學生理清知識點之間的內在聯系。又如，在講授“活性污泥法、生物膜法、生物脫氮除磷等”內容時，教師應主動與水質工程學任課教師溝通，共同梳理兩門課程知識點的交叉。針對重復內容，明確其所屬范疇，進而有選擇性地將教學重點聚焦于微生物的特性和作用機理。同時，對于學生已經掌握或比較容易理解的知識（如原核微生物和真核生物的基本結構、微生物遺傳、微生物在環境中的分布等），教師可將其設置為課前自學任務，通過課堂提問或作業的形式，檢驗學生對這些知識點的掌握情況。此外，在講授不同種類的原核微生物或真核生物時，應重點講解該類微生物在水處理中的應用，讓學生體會到所學知識與水處理領域之間的緊密聯系，鼓勵學生利用微生物的特性分析和解決實際工程問題，提高學生的工程應用能力。

（二）課堂教學階段

1.梳理課程主線，引構建知識體系。水處理生物學課程涵蓋章節眾多，知識點繁雜。因此，在首次授課時，教師應結合教材目錄，幫助學生梳理課程主線，如“微生物的形態—微生物的生理—微生物的應用—微生物的研究法”。同時，依托課程知識圖譜，引導學生厘清知識脈絡，構建系統的知識體系，從而更加全面、準確地掌握課程知識點。

2.更新教學內容，緊跟行業前沿。教師在組織教學時，應以教學大綱為主，結合學科發展前沿和行業發展動態，更新與補充教學內容，及時融入微生物在水處理工程中的最新研究進展和應用熱點。例如，教師在講解“生物脫氮除磷基本原理及其主要微生物”時，可根據污水處理技術的發展狀況，強化對厭氧氨氧化菌、反硝化除磷菌生理特性的講解，并將其與傳統生物脫氮除磷中的主要微生物進行比較，強調這類微生物在水處理領域的優勢。又如，鑒于水體污染控制已從“有機污染物控制”轉變為“有機物、氮、磷同步去除”以及“污泥的同步處理處置”，教師應增加無機污染物生物分解與轉化及其主要微生物的相關內容。再如，教師在講解遺傳工程在水污染控制中的應用時，應重點介紹基因工程菌，如具有降解石油能力的“超級微生物”在水處理中發揮的強大作用。

3.創新教學方法，激發學習興趣。傳統的教學模式下，學生的學習積極性和教師的教學熱情普遍不高。為激發學生的學習興趣，教師應采用問題驅動教學法。例如，在講授傳統生物脫氮原理時，好氧條件下，硝化細菌將氨氧化成硝酸鹽，再利用反硝化菌將硝酸鹽還原為氮氣。然而，在這一過程，有機物降解周期長，耗氧量大，且存在有機物降解（需在有機物濃度較低時才能啟動脫氮）與需求（往往需要添加有機碳源）之間的矛盾，那么該如何解決這些問題呢？這就要求教師在講授病毒相關內容時，設置一系列問題引導學生思考，如水中存在哪些微生物？哪些微生物具有致病性？在水處理過程中，應如何去除這些病原微生物？拋出這些問題后，鼓勵學生自主查閱資料拓展學習內容，并嘗試對相關技術的發展提出自己的想法或預設，以此培養學生的學習能力和解決問題的能力。同時，教師還可依托實際工程案例進行講解。例如，在講授活性污泥中主要微生物及微生物引發的相關工程問題時，教師可以從不同污水廠采集水樣，結合微生物形態和特殊結構的觀察實驗，組織學生開展活性污泥鏡檢活動。在鏡檢過程中，引導學生仔細觀察菌膠團的結構、顏色、原生動物類群等，進而判斷活性污泥法的運行狀況及水處理效果。

4.改革實驗教學，突出學生主體地位。打破傳統實驗教學模式，突出“以學生為中心”的理念。鑒于課時有限，要求學生獨立設計所有實驗方案不太現實。因此，對于培養基的配制、細菌的純種分離、微生物的染色等基礎性實驗，要確保學生在掌握理論知識的同時，重點訓練基本的實驗操作能力。同時，在進行生活飲用水中總大腸菌群數測定時，在確保實驗安全和嚴格遵守實驗流程的前提下，允許學生根據自己掌握的知識充分發揮主觀能動性，提出不同見解。教師的角色轉變為引導者，鼓勵學生按照“查閱資料—發現問題—尋求解決方案—完成實驗方案設計—準備實驗所需材料—獨立完成實驗操作—進行數據分析—完成實驗報告”的流程進行實驗。在這一過程中，充分發揮學生主觀能動性，培養學生良好的實驗習慣，提升學生的實驗設計和操作能力，增強學生的團隊合作意識。

5.融入課程思政，實現全面育人。教師應適當融入課程思政元素，將知識傳授與價值觀引領有機結合，實現教書與育人相統一。例如，在講解芽孢的特點，即芽孢是休眠體、不具有繁殖能力時，應引入“永生細菌”相關內容。引導學生運用所學知識，對社會上的一些現象和做法（包括科學家的觀點和行為）具備科學思辨、客觀理性判斷的能力，鼓勵學生勇于質疑，做到不盲目跟風。

（三）課后評價階段

科學的考核評價機制能夠檢驗學生的學習效果，幫助教師靈活調整教學策略。具體而言，平時成績考核可從作業完成情況、課堂提問表現、課堂測驗成績等方面，根據學生的課堂參與度和知識掌握程度進行綜合評價。實驗成績考核不能僅局限于對實驗報告質量進行評分，還應增設實驗過程考核，關注學生的實驗方案設計、實驗組織方法、實驗操作基本技能、實驗數據分析和處理能力、實驗習慣以及態度等。期末考試考核應將主觀題與客觀題相結合，既涵蓋對基本知識點的考查，又包含一定比例的對應用能力的考核，以檢驗學生靈活運用所學知識解決問題的能力。卷面成績在一定程度上能夠反映學生的學習成果和教師的教學效果。通過分析學生在每個知識點的得分情況，總結出學生哪些知識點掌握不夠，進而判斷是學生學習方法存在問題，還是教師教學方式有待改進。同時，教師也要反思教學過程中的不足之處，便于后續持續改進教學。

四、水處理生物學課程教學改革成效

通過課程改革，不僅建成了包含微生物圖庫、動畫、視頻、知識圖譜、實際工程案例等在內的教學資源庫，構建了完備的知識體系，優化更新了教學內容，還拓寬了學生的專業知識面，強化了學生的專業意識，激發了學生的學習興趣，培養了學生的學習能力。同時，改革打破了單純為驗證理論而開設實驗課的傳統實驗教學模式，突出學生的主體地位，讓學生主動參與實驗過程，綜合運用水處理生物學知識，實現理論和實踐能力雙向提升。

五、結語

針對水處理生物學課程教學中存在的問題，通過梳理課程主線，構建知識體系、更新與補充教學內容，以及突出“以學生為中心”的實驗教學等舉措，激發學生的學習興趣，強化學生的“水處理”專業意識，讓學生能夠緊跟學科前沿與行業發展步伐。同時，在實驗教學過程中，重視實驗教學，突出學生的主體性，提高學生的知識應用能力，以達成應用型人才培養目標。

參考文獻：

[1]教育部高等學校給排水科學與工程專業教學指導分委員會.高等學校給排水科學與工程本科專業指南[S].北京：中國建筑工業出版社，2023.

[2]譚珍珍，張建昆，王宏，等.基于OBE理念的水處理生物學實驗教學模式研究[J].山東化工，2020（23）.

責編：勉 耘

基金項目：山西省教育廳高等學校教學改革創新項目“基于應用型人才培養模式下水處理生物學教學改革”（編號：J20221203）

作者簡介：霍霄妮（1981— ），女，太原學院建筑與環境工程系副教授，研究方向為水污染控制；葛啟隆（1988— ），男，太原學院建筑與環境工程系副教授，研究方向為水和土壤污染治理；劉若男（1992— ），女，太原學院建筑與環境工程系講師，研究方向為污水處理。