劉 欣，唐燕超，朱華清，李家科

(景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403)

環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)具有極強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性[1]，能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)的能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，是培養(yǎng)卓越環(huán)保工程師必需的教學(xué)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課多是對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證與鞏固，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，以綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為輔[2-3]。對(duì)于大多數(shù)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書操作便能較好地完成實(shí)驗(yàn)，但這樣不利于培養(yǎng)學(xué)生的分析問題能力和解決問題的能力[4]。

成果導(dǎo)向教育(OBE)是基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式[5]，我國(guó)的卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃、工程教育專業(yè)認(rèn)證便是以O(shè)BE理念為基礎(chǔ)，注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)，通過(guò)學(xué)習(xí)成果反向進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)從以教為中心到以學(xué)為中心的轉(zhuǎn)變。

景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，形成了以環(huán)境監(jiān)測(cè)、水污染控制工程、大氣污染控制工程、噪聲污染控制工程、環(huán)境工程微生物學(xué)等為基礎(chǔ)的一批專業(yè)實(shí)驗(yàn)，總計(jì)超150學(xué)時(shí)。近年來(lái)，為了適應(yīng)新時(shí)代對(duì)環(huán)保應(yīng)用型專業(yè)人才的要求[6]，景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)以工程專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，取得了較好的教學(xué)效果。本研究將OBE理念引入教學(xué)，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、評(píng)價(jià)方式等方面開展了持續(xù)的課程改革探索與實(shí)踐。

1 構(gòu)建遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

OBE理念要求從預(yù)期成果出發(fā)，反向推導(dǎo)各課程為滿足目標(biāo)達(dá)成所需要的知識(shí)、能力和素質(zhì)要求。根據(jù)能解決復(fù)雜環(huán)境工程問題的專業(yè)要求，景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)對(duì)原來(lái)的環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，構(gòu)建起前后延續(xù)且具有一定連貫性的遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系。按照教學(xué)大綱的安排[7]，環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)共四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：實(shí)驗(yàn)一是光學(xué)顯微鏡的使用和微生物個(gè)體形態(tài)的觀察，實(shí)驗(yàn)二是微生物大小和數(shù)量的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)三是微生物的染色，實(shí)驗(yàn)四是培養(yǎng)基的制備與滅菌及純菌種的分離、培養(yǎng)和接種技術(shù)，共計(jì)16學(xué)時(shí)(其中實(shí)驗(yàn)四由三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組成)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的先后順序進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)所需的一些材料均由教師事先準(zhǔn)備好，這就包括實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二及實(shí)驗(yàn)三需要用到的活體微生物，而實(shí)驗(yàn)四的主要內(nèi)容便是培養(yǎng)微生物，可以考慮改變實(shí)驗(yàn)的先后順序，將實(shí)驗(yàn)四調(diào)整到最前面，即實(shí)驗(yàn)從微生物的培養(yǎng)開始，這樣學(xué)生既完成了實(shí)驗(yàn)四的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又為實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三準(zhǔn)備了所需的實(shí)驗(yàn)材料，即實(shí)驗(yàn)中用到的微生物由學(xué)生自己培養(yǎng)，可以讓學(xué)生體會(huì)到更強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)參與感。如圖1所示，整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由“微生物的培養(yǎng)→微生物的觀察→微生物的測(cè)量→微生物的鑒定”組成，每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立但前后又有較好的連貫性，前一個(gè)實(shí)驗(yàn)是后一個(gè)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備，后一個(gè)實(shí)驗(yàn)是前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的延續(xù)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層層遞進(jìn)，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 優(yōu)化教學(xué)方法

在探索遞進(jìn)式教學(xué)內(nèi)容改革的同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)方案，即在實(shí)驗(yàn)中增加設(shè)計(jì)性的元素。例如，在純菌種的分離、培養(yǎng)和接種技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，教師對(duì)所培養(yǎng)的微生物不作硬性規(guī)定，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好選擇某一微生物進(jìn)行培養(yǎng)，要根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件制訂出可行的個(gè)性化實(shí)驗(yàn)方案，可以小組的形式完成實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力及團(tuán)隊(duì)合作精神，把實(shí)驗(yàn)課從單純進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)的科學(xué)研究，為學(xué)生將來(lái)畢業(yè)課題的開展及今后從事相關(guān)領(lǐng)域的研究打下基礎(chǔ)。

可以在常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增設(shè)開放創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。針對(duì)景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)只對(duì)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)和實(shí)驗(yàn)資源利用率相對(duì)較低的問題，實(shí)驗(yàn)中心開設(shè)了基于抗菌陶瓷的微生物開放性實(shí)驗(yàn)、顯微鏡的使用與微生物的觀察這兩個(gè)開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。顯微鏡的使用與微生物的觀察對(duì)全校學(xué)生開放，學(xué)生可通過(guò)網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)約，預(yù)約成功后在平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)前的學(xué)習(xí)(了解并熟悉相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)，然后在預(yù)約時(shí)間打開門禁系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)室門禁與監(jiān)控系統(tǒng)Fig.2 Laboratory access control and monitoring system

基于抗菌陶瓷的微生物開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要向材料科學(xué)與工程學(xué)院的學(xué)生開放，該開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)的陶瓷特色與微生物相結(jié)合，也是材料與環(huán)境兩專業(yè)的結(jié)合，拓寬了學(xué)生的視野，擴(kuò)大了學(xué)生知識(shí)面，提高了實(shí)驗(yàn)資源的利用率。對(duì)開放性實(shí)驗(yàn)采用全開放式的教學(xué)模式，學(xué)生可自主預(yù)約、自擬方案、自組團(tuán)隊(duì)、自我解決實(shí)驗(yàn)中的問題并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師只需在監(jiān)控室關(guān)注實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)向，必要時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式指導(dǎo)，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作精神[8]。

3 豐富教學(xué)手段

現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展帶動(dòng)了傳統(tǒng)教學(xué)手段的更新，在理論教學(xué)方式方法發(fā)生巨大改變的同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)也要跟上改革的步伐[9-11]。環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的大部分內(nèi)容都需要用到光學(xué)顯微鏡，傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡通過(guò)光學(xué)鏡頭將觀察物放大，在物鏡下觀察被測(cè)物體。以第二個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目微生物大小和數(shù)量的測(cè)定為例，由于待測(cè)定的微生物個(gè)體小，人肉眼無(wú)法觀察，只有借助顯微鏡才能完成該實(shí)驗(yàn)，但傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡無(wú)法讓教師全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，不能充分進(jìn)行交流與互動(dòng)。而數(shù)碼顯微鏡能夠通過(guò)CCD或CMOS系統(tǒng)把圖像傳到電腦屏或電視屏幕上觀測(cè)被測(cè)物，可以讓教師快速方便地監(jiān)控學(xué)生顯微鏡里的微生物圖像，從而進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)，提升教學(xué)效率[11-12]，如圖3所示。景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的基礎(chǔ)上構(gòu)建了數(shù)碼顯微互動(dòng)平臺(tái)，可以達(dá)到更理想的教學(xué)效果。

圖3 大屏顯示的數(shù)碼顯微鏡Fig.3 Digital microscope with large screen display

4 完善評(píng)價(jià)方式

OBE理念要求對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)做出有效的產(chǎn)出性評(píng)估，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)價(jià)對(duì)教學(xué)進(jìn)程進(jìn)行引導(dǎo)并完善。景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的考核主要包括三部分，即實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，三者所占比例為3∶4∶3。以往的成績(jī)?cè)u(píng)定對(duì)于實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)這部分，若學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容完整、字跡工整，一般都能拿到比較高的分值。而構(gòu)建了遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中引入了新的考核內(nèi)容，即實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，它包括實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)原材料的制作等內(nèi)容。對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作，除了考查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的具體操作外，一些安全性常識(shí)(如用電安全)也被引入到評(píng)價(jià)體系中。對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不僅要求學(xué)生給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，分析產(chǎn)生誤差的可能原因并提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方法。這樣的評(píng)價(jià)體系內(nèi)容更豐富，能全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有助于提高學(xué)生對(duì)課程的重視程度和自身的學(xué)習(xí)自覺性。

5 結(jié)語(yǔ)

在新工科和工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，基于OBE教學(xué)理念，景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)針對(duì)性地開展了環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究，通過(guò)構(gòu)建遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法、豐富教學(xué)手段、完善評(píng)價(jià)方式這幾方面來(lái)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。