周本軍 陳冬

摘? 要：培養(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才是當前工科教學改革的方向。環(huán)境工程微生物學是高等院校環(huán)境科學與工程類專業(yè)主干課程之一，課程組從教學內(nèi)容的優(yōu)化，教學難點與重點的設(shè)計，課程考核評價體系的構(gòu)建等方面對課程教學進行探索，突出對學生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力、工程意識、工程思想、實際動手能力和項目管理能力等方面的綜合培養(yǎng)。實踐表明，改革后的課程教學能充分激發(fā)學生學習主動性，促進學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，取得較好的教學效果。

關(guān)鍵詞：新工科；環(huán)境工程微生物學；教學改革；課程評價；綜合培養(yǎng)

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）S2-0141-04

Abstract： Cultivation of strong ability of engineering practice， strong creative ability， high qualified compound type talents of new engineering with international competitiveness are the current direction of the teaching reform of engineering. Environmental Engineering Microbiology is one of the main courses of environmental science and engineering major in colleges and universities. To meet the requirements of talent training under the background of new engineering， course team discussed the optimization of the teaching content， construction of assessment and evaluation system， design of teaching difficulties and key， which highlights the comprehensive cultivation of students' ability to find and solve problems， engineering awareness， engineering thinking， practical and project management ability. The practice indicated the reform of teaching fully stimulated the students' learning initiative， promoted the cultivation of students' innovative ability， and achieved better teaching result.

Keywords： new engineering; Environmental Engineering Microbiology; teaching reform; curriculum assessment; comprehensive cultivation

為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，2017年2月以來，教育部提出了積極推進新工科建設(shè)的要求[1-2]。培養(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才是當前工科教學改革的方向。基礎(chǔ)課（包括專業(yè)基礎(chǔ)課）教學中如何突出新工科的人才培養(yǎng)是課程教學改革的難點。

環(huán)境工程微生物學是高等院校環(huán)境科學與工程類專業(yè)主干課程之一，一般設(shè)置在本科教學的第6學期，是本專業(yè)學生在低年級完成通識教育后進入專業(yè)課程學習前的過渡課程，在整個環(huán)境工程專業(yè)課程體系中起著承前啟后的橋梁作用，是一門綜合性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課。環(huán)境工程微生物學內(nèi)容豐富，涉及面廣， 發(fā)展迅速，包括了微生物學的基礎(chǔ)知識以及微生物學相關(guān)原理技術(shù)方法在環(huán)境領(lǐng)域中（尤其是污染控制、生態(tài)修復(fù)）的應(yīng)用[3]。課程在突出理論知識傳授的同時強調(diào)實踐教學，配套的環(huán)境工程微生物學實驗教學，要求每個學生通過動手做實驗，學會規(guī)范地使用實驗儀器，準確地完成實驗操作步驟，合理地解釋實驗數(shù)據(jù)，進而加深對理論課程內(nèi)容的理解和記憶。

本文對環(huán)境工程微生物學課程教學的研究與實踐進行了總結(jié)與探索，旨在為新工科的人才培養(yǎng)提供參考。

一? 優(yōu)化課程教學內(nèi)容

近年來，環(huán)境工程微生物學理論和技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，研究成果層出不窮，并在環(huán)境科學與工程上得到了應(yīng)用[4]?；谂囵B(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才的現(xiàn)實需求，環(huán)境工程微生物學的課程教學不僅要關(guān)注基礎(chǔ)知識的傳授，也要追蹤環(huán)境工程微生物學學科發(fā)展與應(yīng)用前沿動態(tài)，拓寬學生視野，培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力，這使得教師授課內(nèi)容更為繁多，但課程教學學時極為有限，與繁多的課程內(nèi)容沖突嚴重，產(chǎn)生脫節(jié)等問題。為了教學內(nèi)容的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、完整性，結(jié)合學科的特點和發(fā)展趨勢，近年來合肥工業(yè)大學環(huán)境工程微生物學課程組對講授的環(huán)境工程微生物學課程教學內(nèi)容進行了系列優(yōu)化。

課程組選用的教材為高等教育出版社出版的《環(huán)境工程微生物學》第四版（周群英，王士芬編著），共32 學時（2 學分）。該教材達400余頁，理論教學內(nèi)容分為“微生物學基礎(chǔ)”“微生物生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程中的微生物作用”二篇，共12個章節(jié)[3]。在教學課時有限的前提下，如果照搬教材的內(nèi)容和順序，極易造成主次分不清，往往使學生在上到后面時不記得前面講了什么，難以激發(fā)和滿足學生的求知欲和主動學習的興趣。因此，實際教學過程中，教學團隊對教學內(nèi)容進行了重新梳理與調(diào)整，調(diào)整后的課程教學以“微生物的結(jié)構(gòu)”為切入點，“微生物的代謝”為難點，“污染控制微生物原理與技術(shù)”為重點，將選用教材的內(nèi)容和順序進行了合理串接。例如，在介紹教材第二章“菌膠團”知識點時，同步與第九章“菌膠團的作用”知識點進行銜接；而在介紹第四章“無氧呼吸”知識點時，同步與第十章“微生物脫氮”相關(guān)內(nèi)容進行銜接；如此等等。通過這種調(diào)整，實現(xiàn)了教學內(nèi)容的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、完整性，保證了有限學時條件下，能夠完整、系統(tǒng)地完成全部教學內(nèi)容。由于教學內(nèi)容的融會貫通，對學生有了更多的引導和啟發(fā)，促進了學生知識、能力、思維和素質(zhì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，提高了教學效果。

針對課程教學知識點多，內(nèi)容繁雜瑣碎且抽象，學生學習的積極性難以調(diào)動，學生學習處于被動地位， 缺乏主動性和靈活性的教學實際，課程組將國際前沿學術(shù)進展、最新研究成果和實踐工程案例融入課程教學內(nèi)容中，如在講授“古菌”相關(guān)內(nèi)容時，如果只是局限于選用教材中古菌的特性、細胞結(jié)構(gòu)、呼吸類型和生活習性等，由于內(nèi)容比較枯燥，對學生來說又是看不見、摸不著的基礎(chǔ)知識點，因此難以激發(fā)學生的學習興趣。課程組根據(jù)學生在課堂上的聽講效果反饋，結(jié)合課下與學生的交流意見，在授課中融入“酸性礦山廢水的形成、危害及治理”“硫酸鹽還原菌的特性及其在酸性礦山廢水治理中應(yīng)用”等最新學術(shù)進展、研究成果和工程案例，使課程教學進一步壓縮了微生物學基礎(chǔ)知識的講授，強化了學生對于污染控制微生物原理與技術(shù)方法的理解和應(yīng)用能力培養(yǎng)，通過引導和啟發(fā)，將以老師教為主的授課方式改為以學生學為主教學方式，較好地改善了教學效果，促進了對學生的創(chuàng)業(yè)意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等方面培養(yǎng)。在各章節(jié)知識點的介紹中有機融入學科領(lǐng)域最新進展的研究成果，工程案例，滿足按專業(yè)方向進行模塊化、立體化教學的要求，是在有限的教學時限下提升教學深度與廣度的重要手段，在今后教學中需要不斷完善和持續(xù)改進的重要內(nèi)容。

二? 突出實踐能力培養(yǎng)

新工科建設(shè)的理念之一為要求加強研究和實踐[5]，強調(diào)的是提高人才綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學生運用所學知識技能解決實際問題的能力。而專業(yè)課程教學更多關(guān)注的是知識傳授，理論素養(yǎng)的培養(yǎng)。許多課程教學知識點內(nèi)容細碎，課程內(nèi)容與實際工作崗位的專業(yè)技能需求差距比較大。這對教師提出了新的要求，尤其是專業(yè)課堂教學過程，需要堅持不斷探索教學模式改革創(chuàng)新，努力探索構(gòu)建“以學生為中心”的課程教育體系；更新教學內(nèi)容和評價方法，探索學科前沿與產(chǎn)業(yè)案例融入課程教學的路徑；融合科研思維，培養(yǎng)學生創(chuàng)新性和批判性思維等。

圍繞上述目標，課程組近年來做了積極有益的探索，如在講授“藻類”相關(guān)內(nèi)容時，如果只是局限于選用教材中藻類的形態(tài)、特點，以及主要分布領(lǐng)域等，由于內(nèi)容過于繁雜瑣碎，學生往往不感興趣，教學效果不理想。為此，課程組在授課中融入“與富營養(yǎng)化有關(guān)的藻類是哪些，如何應(yīng)對？”“太湖、巢湖等水體中藻類的去除方法”等最新學術(shù)進展、研究成果和工程案例，并在此基礎(chǔ)上，課程組結(jié)合課程教學內(nèi)容，聯(lián)系生產(chǎn)生活實際，指導本科生申報了合肥工業(yè)大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“富營養(yǎng)化水體中氮磷比對藻毒素產(chǎn)生菌的影響（2017CXCY346）”。在介紹微生物培養(yǎng)基相關(guān)內(nèi)容時，圍繞氧化硫桿菌的營養(yǎng)類型、培養(yǎng)基成分，配置方法等課程教學內(nèi)容，課程組在授課中結(jié)合當前由于工業(yè)廢水、廢氣和廢渣的大量排放，以及農(nóng)藥、化肥的大量廣泛使用等人為因素，導致環(huán)境污染、生態(tài)破壞日趨嚴重，尤其是農(nóng)田土壤重金屬污染已經(jīng)成為最為關(guān)注的環(huán)境熱點問題之一，多種技術(shù)方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于重金屬污染土壤的修復(fù)而利用微生物將土壤中重金屬浸出的生物淋濾技術(shù)，因?qū)ν寥澜Y(jié)構(gòu)破壞小、運行成本低、重金屬提取效率高以及適應(yīng)性強等優(yōu)點而越來越受關(guān)注這一學科相關(guān)前沿進展，指導本科生申報了大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“生物淋濾法修復(fù)重金屬污染土壤試驗研究”（2018CXCY381）。在課程教學中，基于相關(guān)知識點內(nèi)容傳授，幫助學生從教學內(nèi)容中提煉出科學問題，引導學生提出創(chuàng)新性的想法或點子，組織討論論證后鼓勵學生積極申報相關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，不僅可以進一步激發(fā)學生的學習興趣，促進學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)及團隊合作能力培養(yǎng)，還能充分激發(fā)學生的學習興趣，調(diào)動學生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學生獨立思考、綜合分析和解決問題的能力，豐富課程教學的教學案例資源，促進該門課程體系的建設(shè)與持續(xù)改進。

三? 強化過程考核，融入思政元素

新工科強調(diào)培養(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強和具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才，這就需要在課程考核中更加突出能力的考核與評價，引導提高學生獨立思考、綜合分析和解決實際問題能力培養(yǎng)的課程教學改革方向?；诖耍陙?，課程組在環(huán)境工程微生物學的課程教學中不斷強化教學過程管理，嚴格過程考核，持續(xù)改進多元化、全過程、綜合性考核評價方法，設(shè)計學生形成性學習評價體系，力求全面考查學生的綜合能力[6]。考核評價中，將課程期末成績占比設(shè)定為40%，平時成績的考核所占比例為60%。平時的過程考查要體現(xiàn)多元化，包括課程作業(yè)、研究報告撰寫、課堂演講、隨堂測試、提問與討論、課件制作與課堂小組討論以及大作業(yè)等多種方式，每種考查方式通常不超過15分。期末考試應(yīng)突出考查學生對知識的掌握程度、知識的遷移能力、獨立獲取知識、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)他們的開拓創(chuàng)新精神。近年來，課程組通過在期末試卷命題中對設(shè)置開放式無標準答案試題的方式進行了有益的探索，如“如何理解廢水生物處理與微生物培養(yǎng)的關(guān)系”“從土壤中分離出耐鎘菌種，你如何設(shè)計實驗”等考題都凸顯了能力考查的趨向，學生需要根據(jù)自己的知識積累，在考試中充分發(fā)揮。

作為專業(yè)課，環(huán)境工程微生物學有著其自身的特點，也有可被挖掘的思政元素[7]。課程組基于合肥工業(yè)大學“工程基礎(chǔ)厚、工作作風實、創(chuàng)業(yè)能力強”的工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式要求，著眼于培養(yǎng)和造就工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型環(huán)境工程專業(yè)人才，立足水污染控制、礦山環(huán)境修復(fù)等本學科特色與優(yōu)勢，挖掘?qū)I(yè)課程思政資源，在環(huán)境工程微生物學課程教學中，圍繞課程教學目標，探究符合課程思政要求的課程教學方式，合理調(diào)整教學內(nèi)容，將思政育人目標有機融入課程教學中，構(gòu)建思政映射與融入點，將思想政治教育內(nèi)容有機融入專業(yè)知識技能教育內(nèi)容的領(lǐng)域，使課堂教學成為專業(yè)知識講授與思政育人目標相結(jié)合的過程。并設(shè)置有效的考核方式，以考察思政教學效果。如在“緒論”的教學過程中，通過突出“我國古代人民對微生物世界的認識史”的講解，提高學生們的民族自豪感和文化自信。在學習“真核微生物的形態(tài)特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容時，讓同學們圍繞“冬蟲夏草”的生成、采挖與周邊環(huán)境的關(guān)系展開討論，探討經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的關(guān)系，學習微生物的生態(tài)課程內(nèi)容時，以微生物與微生物的關(guān)系為基礎(chǔ)，將教學內(nèi)容拓展，增強學生的生物多樣性保護意識。在“微生物在物質(zhì)循環(huán)中作用”的教學過程中，通過突出“微生物作為分解者，在生態(tài)平衡中的重要作用”，強調(diào)生態(tài)平衡遭破壞后環(huán)境污染問題的嚴重性，讓學生切實感受到踐行“綠水青山就是金山銀山”的社會現(xiàn)實意義等。這些哲學思辨、愛國主義情懷、生態(tài)文明理念和“四個自信”等思政內(nèi)容的融入，使課堂教學成為專業(yè)知識講授與思政育人目標相結(jié)合的過程，進而引導青年學生將信仰、信念、信心的力量轉(zhuǎn)化為奮進的力量，自覺地投入建設(shè)社會主義現(xiàn)代化強國、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的奮斗之中。

四? 課程教學難點重點的設(shè)計

合肥工業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)具備知識寬厚、綜合素質(zhì)高、工程設(shè)計與實踐能力強、富有創(chuàng)新精神，具備水、氣、物理性及固體廢物等污染防治、環(huán)境影響評價、規(guī)劃與管理和生態(tài)修復(fù)等專業(yè)知識；具有污染控制工程設(shè)計及從事環(huán)境評價與規(guī)劃管理能力；具有環(huán)境工程領(lǐng)域新理論、新工藝和新方法研發(fā)能力的高級專業(yè)技術(shù)人才；具備科學、工程素質(zhì)與能力及倫理道德素養(yǎng)，德才兼?zhèn)洹⒛芰ψ吭?，自覺服務(wù)國家生態(tài)環(huán)境保護事業(yè)的骨干與領(lǐng)軍人才。因此，對工程實踐能力的培養(yǎng)尤為重要，這包括對學生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力、工程意識、工程思想、實際動手能力和項目管理能力等方面的綜合培養(yǎng)，幾乎涵蓋了未來實際工作需要的所有業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)[8-9]。環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，需要具體課程的支撐，環(huán)境工程微生物學是環(huán)境工程專業(yè)核心課程，必須根據(jù)專業(yè)特色與培養(yǎng)目標，對課程教學內(nèi)容細化，使課程教學目標映射與融入專業(yè)培養(yǎng)目標，讓學生們堅定信念，明確方向?；诖耍n程組確定了環(huán)境工程微生物學的課程教學目標：通過本課程的學習，要求學生掌握環(huán)境工程中常見的微生物的基本知識，基本理論和基本技能，以便為后續(xù)專業(yè)課程打下堅實的微生物基礎(chǔ)。夯實學生環(huán)境工程微生物學知識，培養(yǎng)學生的獨立思考能力和實際動手操作能力，為學生以后從事環(huán)境科學和工程的研究與應(yīng)用打下基礎(chǔ)。圍繞上述課程教學目標，課程組在大綱制（修）定過程中重點關(guān)注課程教學與專業(yè)培養(yǎng)目標的對應(yīng)關(guān)系，提煉出各章節(jié)教學難點，突出工程實踐能力的培養(yǎng)。具體內(nèi)容見表1。

可以看出，按照表1的課程教學設(shè)計，環(huán)境工程微生物學的課程教學弱化了對環(huán)境工程中常見微生物的基礎(chǔ)理論知識的教學，教學內(nèi)容更加偏重于培養(yǎng)學生運用微生物學的相關(guān)知識解決環(huán)境科學研究和環(huán)境工程實際問題的能力，更加偏重于培養(yǎng)學生在環(huán)境工程微生物學方面的獨立思考能力和實際動手操作能力，為學生能夠綜合運用所學專業(yè)知識，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，為以后從事環(huán)境科學和工程的研究與應(yīng)用打下基礎(chǔ)。通過課程教學內(nèi)容難點、重點的重新設(shè)計，使課程教學目標與“具備基本的理論基礎(chǔ)，一定的思辨能力和初步的創(chuàng)新能力”的本專業(yè)的培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求趨于一致，使課程教學內(nèi)容與本專業(yè)培養(yǎng)方案中對知識、能力、素質(zhì)的要求一一映射，極大增強了對學生工程意識、工程思想、實際動手能力和項目管理能力等方面的綜合能力的培養(yǎng)。

五? 教改成果

為全面評價教學改革效果，我們選擇了環(huán)境工程專業(yè)環(huán)境工程微生物學課程改革前（2018級）和改革后（2019級）共計80名學生為研究對象，從期末考試卷面成績分析、學生滿意度調(diào)查兩個方面進行了對比（表2），可以看出，通過1年的教學研究改革與實踐，環(huán)境工程微生物學課程期末考試的平均成績、優(yōu)秀成績顯著提高，學生評價的分數(shù)也大幅增加，說明學生的滿意度明顯提高，對課程的學習興趣明顯增加。

六? 結(jié)束語

通過對環(huán)境工程微生物學當前課程教學的調(diào)整，注重課程相關(guān)內(nèi)容的整合和集成，使課程教學內(nèi)容具有靈活性，滿足按專業(yè)方向進行模塊化，立體化教學的要求，構(gòu)建了能充分激發(fā)學生學習主動性和創(chuàng)新精神的環(huán)境工程微生物學教學體系，通過1年的教學研究改革與實踐，環(huán)境工程微生物學課程教學的質(zhì)量明顯提升，后期將會根據(jù)教學反饋效果進行調(diào)整，持續(xù)改進，使之與培養(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才的“新工科”人才培養(yǎng)要求相適應(yīng)。

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