何秋香　崔喜勤　鄭耀通

［摘要］ 依據(jù)開放式、研究性教學(xué)和學(xué)習(xí)理念設(shè)計了一套環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)內(nèi)容，即將基本技能訓(xùn)練、自主選擇實驗項目的設(shè)計與實施等各個環(huán)節(jié)有機(jī)地融合在一起，成功構(gòu)建了一個實驗教學(xué)的“開放式、研究性教學(xué)和學(xué)習(xí)”平臺。通過這個平臺，在綜合學(xué)科知識及實驗技能、培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維等方面效果顯著。

［關(guān)鍵詞］ 環(huán)境微生物；自主研究性；實驗教學(xué)；開放式；教學(xué)改革

［中圖分類號］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］ A

［文章編號］ 1008-2549(2016) 11-0075-03

環(huán)境工程微生物學(xué)實驗對于鞏固理論知識、培養(yǎng)學(xué)生運用微生物的技術(shù)分析、解決環(huán)境問題能力非常重要[1，2]，然而傳統(tǒng)環(huán)境微生物學(xué)“驗證性”的實驗內(nèi)容及“程式化”的教學(xué)方法，卻極大地抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主創(chuàng)新能力，也無法使學(xué)生真正了解實驗的意義及微生物在污染控制中的作用[3]。改革環(huán)境工程微生物學(xué)的實驗內(nèi)容，構(gòu)建新的教學(xué)模式已成為環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)改革的首要目標(biāo)[4]。近年來，我們在環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)中進(jìn)行了一系列自主研究性、開放式實驗教學(xué)改革方面的有益探索。

一環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的現(xiàn)狀

原先我校環(huán)境工程微生物學(xué)實驗也是采用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，即課前教師先準(zhǔn)備好實驗材料與實驗器材，課中學(xué)生按照設(shè)定的內(nèi)容和程序驗證實驗結(jié)果，課后再提交實驗報告的模式。這種教學(xué)模式將學(xué)生局限在有限的時間、空間和知識框架內(nèi)，使學(xué)生過多地關(guān)注實驗結(jié)果，而不重視實驗過程，難以發(fā)揮學(xué)生的實驗積極性和主動性。學(xué)生雖然也能掌握一定的微生物操作技能，但缺乏對環(huán)境工程微生物學(xué)理論和技術(shù)的融會貫通，缺乏獨立分析與解決問題的能力[5-6]。我校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)是福建省重點專業(yè)，“環(huán)境工程微生物學(xué)”和“環(huán)境生物技術(shù)”是該專業(yè)兩門重要的專業(yè)必修課，配套的環(huán)境工程微生物實驗課程能讓學(xué)生更好的將理論與實踐相結(jié)合，并為適應(yīng)工作崗位提供保證。我們原先的實驗內(nèi)容并未突出環(huán)境工程與科學(xué)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，大多是基礎(chǔ)性實驗和少量的綜合性實驗，且在教學(xué)方法上也是采用傳統(tǒng)的微生物實驗教學(xué)方法。這種現(xiàn)狀與素質(zhì)教育的要求格格不入，改革勢在必行，只有改革現(xiàn)有的環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新實驗教學(xué)方法才能使環(huán)境工程微生物實驗的教學(xué)質(zhì)量真正得到提高。二環(huán)境工程微生物學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的自主研究性改革自主研究性學(xué)習(xí)是指在教師指導(dǎo)下，學(xué)生自主選題進(jìn)行研究，并在研究過程中主動地獲取知識、應(yīng)用知識、解決問題的一種學(xué)習(xí)活動[7]。實施自主研究性教學(xué)改革，既要重新認(rèn)識教師與學(xué)生關(guān)系及其教學(xué)方式，又要改革教學(xué)制度和管理方式[8]。因此，我們在總結(jié)實驗教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，從實驗教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新、教學(xué)方法和手段的改革等方面，就如何建立科學(xué)的、體現(xiàn)專業(yè)特色的環(huán)境工程微生物學(xué)新的實驗教學(xué)體系，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性等方面進(jìn)行了一些探索和嘗試。

（一）環(huán)境工程微生物學(xué)實驗自主研究性教學(xué)模式的組織與實施

1總體設(shè)計框架

我們的環(huán)境工程微生物實驗課開在三年級上學(xué)期，共36學(xué)時。為充分調(diào)動和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，我們從2013年開始進(jìn)行了自主研究性實驗教學(xué)模式改革的實踐。首先將實驗內(nèi)容調(diào)整為二個層次即規(guī)定內(nèi)容與自主選擇內(nèi)容，第一個層次由5次實驗和一次期末操作考核組成，占總成績的50%（其中實驗與考核各占60%和40%）。學(xué)生通過完成2個一體化的實驗鏈掌握微生物實驗基本原理、方法和技能，并為開展第二個層次的實驗打下基礎(chǔ)。這2個實驗鏈分別以顯微鏡操作與無菌操作為主線，前者是環(huán)境中微生物的檢驗技術(shù)，由油鏡使用、微生物簡單與復(fù)合染色、形態(tài)觀察、直接計數(shù)與大小測定等知識點，2個完整的實驗組成；后者則將玻璃器皿包扎與滅菌、培養(yǎng)基配制與滅菌、無菌操作、微生物接種與培養(yǎng)、菌落形態(tài)描述等整合為第二個實驗鏈。通過這兩個實驗鏈的完成著重使學(xué)生建立無菌概念，強(qiáng)化對微生物的感性認(rèn)識，掌握微生物研究的基本操作技術(shù)。第二個層次是自主設(shè)計研究性實驗，讓學(xué)生結(jié)合各自的興趣，設(shè)計一個與環(huán)境微生物學(xué)有關(guān)的實驗方案并完成實驗方案，寫出小論文，這部分內(nèi)容也占總成績的50%。通過自主研究性實驗的完成使學(xué)生獨立創(chuàng)新能力得到提高，為今后從事生產(chǎn)活動與科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

2自主研究性實驗內(nèi)容框架與組成

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)個人興趣自主選擇實驗內(nèi)容，但為了避免自主選題的盲目性，我們根據(jù)環(huán)境工程微生物的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，設(shè)置了三個模塊供學(xué)生參考：即不同環(huán)境中微生物的檢測與分析、功能性微生物的分離和篩選、如何資源化處理廢棄物培養(yǎng)微生物。在微生物檢測模塊，讓學(xué)生檢測自己最關(guān)心、最感興趣的環(huán)境中微生物，諸如對校園不同地點自來水及不同品牌飲用水進(jìn)行衛(wèi)生微生物學(xué)檢測和評價；對不同宿舍、教室、功能區(qū)、食堂與超市、圖書館等不同生活場所空氣中的微生物進(jìn)行監(jiān)測，并評價校園環(huán)境與微生物的關(guān)系；分析校外人口密集的公共場所如公共汽車、醫(yī)院、電影院、大型廣場等空氣中微生物存在狀況；不同類型有機(jī)廢水生物處理構(gòu)筑物中的微生物群落構(gòu)成調(diào)查及其與廢水處理效能的相關(guān)性分析等。第二個模塊是功能性微生物的分離和篩選實驗，涉及到如何從難降解有機(jī)物或重金屬污染的環(huán)境中采樣篩選與分離功能性微生物，并對其性能做出初步評價。可供選擇的項目包括：持久性有機(jī)污染物（多環(huán)芳烴、有機(jī)農(nóng)藥等）降解菌的篩選及性能測定；典型重金屬污染微生物吸附劑的制備及應(yīng)用；生物表面活性劑產(chǎn)生菌的篩選、制備及性能測試；生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選及其絮凝條件優(yōu)化等。而在廢棄物微生物資源化利用方面主要有：環(huán)境中纖維素分解菌的分離、純化與應(yīng)用；利用發(fā)酵工業(yè)廢水如味精、酒精，食品工業(yè)如豆、乳制品廢水等資源化生產(chǎn)有機(jī)物或單細(xì)胞蛋白等。上述這三個模塊基本涵蓋了環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容與熱點，作為自主研究性實驗教學(xué)內(nèi)容改革的主要范圍。

3自主研究性實驗?zāi)Ｊ礁母锏膶嵤┻^程與管理

自主研究性實驗教學(xué)通過采用學(xué)生自行查找資料、自選題目并設(shè)計實驗方案(包括研究方法、技術(shù)路線、進(jìn)度安排)、自己準(zhǔn)備材料和配制試劑、自己安排與動手實驗并解決實驗中出現(xiàn)的問題、最后提交規(guī)范的研究論文等教學(xué)過程[9]。為使學(xué)生有充足的時間準(zhǔn)備與開展實驗研究，我們不僅安排了過半的學(xué)時用于自主研究性實驗項目的實施，而且在實驗課還沒有開始前就把實驗教學(xué)改革的總體思路告訴學(xué)生，并公布選題方向及注意點。要求學(xué)生在2周時間內(nèi)，先以3~4名同學(xué)自由組合成一個實驗小組，選出小組長并確定實驗主要內(nèi)容與題目，教師對匯總的項目進(jìn)行審核并根據(jù)需要作適當(dāng)調(diào)整，并要求小組長負(fù)責(zé)在3周時間內(nèi)按規(guī)定格式提交科學(xué)規(guī)范的實驗項目計劃書，包括立項依據(jù)(目的和意義、國內(nèi)外動態(tài)、主要參考文獻(xiàn)等)，提出研究方案(目標(biāo)、主要內(nèi)容、方法、技術(shù)路線、需要解決的關(guān)鍵問題、進(jìn)度安排、預(yù)期結(jié)果等)，并列出經(jīng)費預(yù)算。提交的計劃書由指導(dǎo)教師根據(jù)實驗方案的可行性和實驗室條件等提出補充與修改意見，學(xué)生進(jìn)行修改并在2周時間內(nèi)形成最終實驗方案。確保能在第 8 周開始自主研究性實驗。全程采用開放式教學(xué)，實驗室對學(xué)生全面開發(fā)，實驗室人員提供儀器、藥品，教會學(xué)生使用和維護(hù)基本儀器，并與指導(dǎo)教師、研究生助教一起共同負(fù)責(zé)實驗室安全和學(xué)生管理。學(xué)生以課題研究小組為單位，根據(jù)自己設(shè)計的實驗方案，合理安排實驗時間。在實施過程中，要求學(xué)生密切注意觀察實驗現(xiàn)象，及時記錄實驗數(shù)據(jù)，遇到不能解決的問題要及時與指導(dǎo)教師交流。所有實驗小組盡量在第 13~14 周內(nèi)完成實驗研究，實驗結(jié)束后，要求按科學(xué)規(guī)范的格式分析實驗數(shù)據(jù)、評價實驗結(jié)果并得出結(jié)論，最后以小組為單位共享其實驗數(shù)據(jù)，但每人必須獨立完成實驗結(jié)果的分析及論文的撰寫。

（二）自主研究性實驗教學(xué)模式改革實施的保障條件

主要通過以下幾個措施確保實驗教學(xué)改革的順利實施并達(dá)到預(yù)期改革效果。

1采用多種教學(xué)手段強(qiáng)化基礎(chǔ)性實驗教學(xué)效果為實現(xiàn)加強(qiáng)基礎(chǔ)、強(qiáng)化能力、開拓創(chuàng)新性實驗?zāi)芰Φ膶嶒灲虒W(xué)改革目標(biāo)，我們采取了3種教學(xué)方法提高基礎(chǔ)性實驗教學(xué)質(zhì)量。首先是執(zhí)行課前預(yù)習(xí)制，提前一周向?qū)W生預(yù)告下次實驗內(nèi)容，要求學(xué)生撰寫預(yù)習(xí)報告并提交，再在上課時花5~10分鐘提問抽查并記入平時成績；其次是合理利用多媒體手段，使抽象教學(xué)概念形象化，使微觀世界宏觀化，將教學(xué)中很難表達(dá)的內(nèi)容或能見度小的實驗形象生動直觀地顯現(xiàn)出來；第三是要求每位同學(xué)獨立完成實驗并現(xiàn)場評定單次實驗成績，避免出現(xiàn)個別同學(xué)在實驗中“袖手旁觀”，沒有積極參與實驗的現(xiàn)象。通過這3種教學(xué)措施確保學(xué)生能掌握微生物基礎(chǔ)實驗操作技能，并為下步的自主研究性實驗開展打下基礎(chǔ)。

2自主研究性實驗采用開放式教學(xué)模式

自主研究性實驗采用教學(xué)內(nèi)容、手段和過程等均以“學(xué)生自主，教師為輔”的開放式教學(xué)方法。這種開放式主要體現(xiàn)在兩個方面：即學(xué)生自主選題并完成實驗，第二是全面開放實驗室。實驗室對學(xué)生實行全面開發(fā)，學(xué)生可隨時開展實驗，實驗員提供儀器、藥品，教會學(xué)生使用和維護(hù)儀器，學(xué)生根據(jù)自己的實驗合理安排時間。全面開放實驗室是實施自主研究性實驗教學(xué)的前提，于是我們建立了開放型環(huán)境工程微生物實驗室平臺，并在實驗室堅持值班制度（由指導(dǎo)教師、實驗員及研究生助教輪流值班），從人力、物力上保障學(xué)生的研究性實驗進(jìn)行。

（三）開放式實驗教學(xué)必須重視的幾個問題

實驗室是實施素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要基地，實驗室對學(xué)生開放，是教育改革的重要內(nèi)容[10]。全面開放實驗室是實現(xiàn)自主研究性實驗教學(xué)改革的關(guān)鍵，但實驗室開放，給實驗室和實驗教學(xué)管理帶來了新的問題，不僅涉及到實驗人員的安排以及設(shè)備、場地、低值易耗品等方面的協(xié)調(diào)問題，而且還增大了實驗室的工作量、實驗材料消耗和儀器設(shè)備的磨損率[11]。因此，必須通過有效的措施充分調(diào)動實驗室人員和實驗教師參與實驗室開放的積極性，細(xì)化實驗室開放的相關(guān)制度，確保環(huán)境工程微生物實驗室開放的正常有效運轉(zhuǎn)。

1開放實驗室的安全管理

開放實驗室要制訂細(xì)化與更高要求的實驗室管理措施與崗位責(zé)任制。微生物類實驗室存在自身的特殊性，除了水、電及有毒、易燃易爆等化學(xué)試劑的安全管理外，還涉及到各種微生物，稍有疏忽，會導(dǎo)致人員感染或?qū)嶒炇椅廴?；各類滅菌設(shè)備是微生物實驗室最常用設(shè)備，使用率高且危險性大，需要按規(guī)定檢測，使用時必須有專人在場；微生物菌種要由專人保管，并建立嚴(yán)格的使用登記制度。安全是開放式實驗室需要特別重視的問題，需要把實驗室安全的教育納入日常工作，要經(jīng)常對實驗人員及學(xué)生進(jìn)行安全教育和安全技能訓(xùn)練，確保實驗室日常工作、實驗教學(xué)安全進(jìn)行。

2開放實驗室的實驗耗材管理

自主研究性實驗需要學(xué)生自行使用各類實驗材料，不僅材料種類繁多，而且在實驗室開放后，學(xué)生多、人員雜，學(xué)生進(jìn)行實驗的時間也不統(tǒng)一等。因此，開放實驗室的實驗耗材、玻璃器皿的使用等也需要有明確的制度規(guī)范。有毒化學(xué)品的管理與使用嚴(yán)格依據(jù)學(xué)校的相關(guān)制度執(zhí)行，常規(guī)的實驗藥品也要分類存放，專人管理，要求所有參與自主研究性的學(xué)生以小組為單位，專人負(fù)責(zé)取用實驗耗材，使用后要及時歸位。嚴(yán)禁學(xué)生未經(jīng)允許使用其他同學(xué)準(zhǔn)備的實驗材料如滅菌的玻璃器皿、培養(yǎng)基等，協(xié)調(diào)使用微生物生化培養(yǎng)箱特別是溫度的控制等。

(四）實驗教學(xué)成績考核

實驗教學(xué)考核是教學(xué)工作的重要組成部分，是檢驗實驗教學(xué)改革成效的一種手段[12]。以往環(huán)境工程微生物實驗考核內(nèi)容與形式單一，考核的改革長期滯后，因此建立一套切實可行的實驗教學(xué)考核體系勢在必行。對于環(huán)境工程微生物實驗的考核，首先明確實驗考核內(nèi)容包括：使用儀器觀察和研究微生物的技能；常用滅菌器械的使用方法和各種器皿的包扎、棉花塞的制作等技能技巧；采集、培養(yǎng)和處理實驗材料的技能；獨立進(jìn)行觀察和實驗設(shè)計的能力等。其次是改革原有實驗教學(xué)考核以實驗報告為主要依據(jù)的模式，最終成績由兩部分組成：包括前期個人對于基礎(chǔ)實驗徒手操作考核，及后期每小組自主研究性實驗過程中的表現(xiàn)，以及所提供的由研究計劃書——中期匯報——1篇小論文為主體的綜合考核體系。學(xué)生的成績考核貫穿于整個實驗課的課前、課中及課后，特別重視自主研究、開發(fā)性實驗實施過程中對學(xué)生的考核，這就要求參與開放式實驗管理的實驗室人員、實驗教師、研究生助教要及時了解并記錄學(xué)生在實驗過程中的平時表現(xiàn)、操作能力與實驗態(tài)度，對表現(xiàn)特別優(yōu)秀及協(xié)調(diào)管理水平高的小組長給予適當(dāng)加分獎勵。三自主研究性、開放式實驗教學(xué)改革的效果

從近幾年的實驗教學(xué)改革效果看，自主研究性實驗是實驗教學(xué)改革、改變傳統(tǒng)教學(xué)模式、有效提高實驗教學(xué)質(zhì)量、切實提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措，是提高學(xué)生實驗技能、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的有效途徑?；A(chǔ)實驗中的人人“獨立操作”和自主研究性實驗小組人員的“分工明確”，有效地提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。通過自主研究性、開放式實驗教學(xué)改革的實施，學(xué)生對微生物學(xué)研究方法和實驗基本操作有了深刻的理解，對微生物學(xué)理論知識有了進(jìn)一步印證，綜合素質(zhì)得到了有效的提升?？傊芯啃?、開放式實驗的開展是應(yīng)用技術(shù)型本科高校發(fā)展的必然趨勢，它能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，更能將學(xué)生的科研、創(chuàng)新能力淋漓盡致的激發(fā)，對于學(xué)生將來的工作能力提升起到重要的作用。參考文獻(xiàn)

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