环境工程微生物学课程教学改革探讨
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摘 要：《环境工程微生物学》是我校环境工程专业的专业主干课，该课程主要包含微生物学的基础理论知识和环境污染控制工程中有关的微生物学原理等，课程内容繁多且微生物不可见、不直观，导致教学过程中知识传递略显枯燥乏味，学生的学习兴趣不高。笔者结合自己多年的教学经验，说明了在教学中存在的主要问题，并通过课程体系建设、教学内容优化、教学方法运用等几个方面进行了改革探索与实践，以期提高教学质量，达到培养高素质应用型人才的目标。
关键词：环境工程微生物学;课程体系;教学内容;教学方法
一、引言
环境工程微生物学是一门涉及微生物学、工程学、环境科学、经济学等新兴的边缘学科，也是环境科学、环境工程及市政工程等本专科专业的一门非常重要的专业基础课，其特点是涉及面广，发展迅速，是一门具有很强实验性和应用性的学科[1]。该课程主要包含微生物学的基础理论知识和环境污染控制工程中有关的微生物学原理等，课程内容繁多且微生物不可见、不直观，导致教学过程中知识传递略显枯燥乏味，学生的学习兴趣不高。本文就如何开展环境工程微生物学课程教学改革，激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效果，进行了探讨，旨在进一步提高教学质量，达到培养高素质应用型人才的目标。
二、教学中存在的主要问题
（一）学生的学习兴趣不高
微生物具有形态微小，结构简单，无法用肉眼直接观察的特点，是一类复杂而特殊的生物体[2]。通过多年的教学发现，学生大多认为《环境工程微生物学》课程的知识点多，理论性强，易懂难记，对微生物的认识较模糊，学习难度较大。因此，部分学生上课学习积极性不高，疲于应付，如何激发学生的学习兴趣和主观能动性是教学中急需解决的问题。
（二）教学内容与时代发展比较存在滞后性
当今，国际上环境污染控制技术发展迅速，新理论和新技术不断涌现[3]。而在目前的教学内容中更偏重于成熟和经典理论的讲解。因此，课程体系和教学内容必须进行大刀阔斧的调整和改革，方能适应时代的发展。学生通过学习不仅要熟练掌握基础知识，微生物治理环境污染的原理，更需要了解微生物新能源的开发与利用，微生物絮凝剂的开发与应用，生物处理新技术与新工艺等学科前沿知识。
（三）内容广泛，学时有限
我校环境工程微生物学的理论教学学时为48学时。教学内容较广泛，涉及到微生物的基础知识，微生物的营养代谢、生长繁殖、遗传变异，微生物在环境污染治理中的应用等，其中基础性知识的授课需一半以上的课时，而关于微生物治理技术和微生物修复工程等知识则难以拓展讲解。因此，仍需不断优化教学内容，重点培养学生运用微生物学理论知识解决环境污染问题的能力和实践应用能力。
三、课程体系建设
《环境工程微生物学》课程体系建设包括教学大纲、教案、多媒体课件、教材、实验、课程资源库、微视频资源库等内容。
（一）课程性质、目的和任务
《环境工程微生物学》课程是我校人才培养方案中规定的学科基础课（必修）。本课程以培养学生的专业基础知识、企业所需的污水处理实践能力为目的。
《环境工程微生物学》既包含微生物学的基本理论和基础知识，又具有微生物在环境工程中的应用及对有害微生物的检测与控制等知识。该课程不仅为环境工程专业的后续专业课打好必要的微生物学知识的基础，而且也是实践技能训练的一个重要教学环节。
通过课程的学习旨在让学生了解微生物的类别、营养代谢方式、生长繁殖规律等基础理论知识，具备一定的微生物筛选与育种方面的能力;同时了解污水治理的方法，掌握污水处理的几种典型的工艺，拓展学生的学习面，理论联系实际工程案例，培养学生的工程实践能力。让学生初步了解污水处理技术及生物处理技术中微生物生长条件的控制（即污水处理运营管理）等实践知识，具备一定的工程实践能力，能从事污水厂的运营管理等方面工作。为达到较好的教学效果，要求任课教师不仅要熟悉课本知识，同时应具备一定的实践应用基础，将理论知识与工程案例结合，让学生学会活学活用。
（二）课程教学内容
本课程按照教学大纲的要求讲授绪论、原核微生物、真核微生物、病毒等形态、结构、营养代谢、生长繁殖、遗传变异等内容，重点介绍水污染控制微生物工程、有机固体废物处理微生物工程、废气污染控制微生物工程、污染环境微生物修复工程等生物处理技术的应用知识。
除通过理论教学外，通过相应实验课程的开设加深学生对所学理论知识的理解和运用，如：显微镜的使用、观察微生物的形态、测定微生物的大小、细胞染色法、分离纯化微生物等技术。
（三）教学资源库的建设
为进一步辅助教学和巩固教学效果，努力建设课程的教学资源库，将课程的重点原理和实践应用知识点录制成微视频，将难点知识制作成Flash动画发布至课程网站，供线下学生观看学习。同时，建设课程的习题库和试题库，加强学生课后和线上练习，巩固所学理论知识点。
四、教学内容改革
（一）教材和参考资料的选择
环境工程微生物学课程是环境工程专业和环境工程技术专业的一门专业基础课，同时也属于专业核心课程。我校选用的是普通高等教育“十一五”国家级规划教材——王国惠主编的《环境工程微生物学》[4]。全书内容主要包括：（1）微生物基础知识，包括环境污染与生物治理工程中涉及的主要微生物类型、个体形态与结构，微生物的营养、生理生化、生长繁殖、遗传变异和环境因素的影响;（2）微生物在环境污染与生物治理中的作用。
该教材课程体系非常合理，从简单到复杂，从基础到应用，从原理到工艺，将理论知识一步步延伸与深化，既有微生物学的基础理论知识，重点突出废水的好氧生物处理技术、厌氧生物处理技术、生物脱氮除磷处理技术、废气的生物处理技术、固废生物处理技术，内容全面，与实际结合紧密，通过各种污染治理工艺将理论知识和实际工程案例完美融合，讓学生的打下坚实的理论基础，同时了解知识的运用，培养学生的工程实践经验，因此本书适宜作为高等院校环境工程、环境工程技术等专业的教材。 为了使学生更全面的了解环境微生物学，向学生推荐了许多其他的参考资料，比如周少奇主编的《环境生物技术》，王家玲主编的《环境微生物学》，顾夏声、胡洪营等编著的《水处理微生物学》;此外还有一些核心课程教学网站，如武汉大学微生物学教学网站、华中农业大学微生物学微生物教学网站等，让学生利用课余时间自主学习和拓展相关知识。
（二）合理优化教学内容
笔者在近7年的教学过程中，总结经验，勇于尝试探索，对所涉及教学内容进行调整优化，期望能获得较好的教学效果。主要教学内容包括：原核微生物、真核微生物在环境污染中的治理原理，如何调整工业废水治理水质营养物质比例，微生物生长繁殖规律在污水处理中的运用，污染环境微生物修复技术等教学内容，精简了病毒，微生物的遗传繁殖，微生物的代谢机理等内容，对教学内容进行整体优化，教学辅助材料及时的更新，旨在突出微生物在水污染治理、固废处理、废气治理中的应用，强调知识的实践运用。具体的优化措施有以下几个方面：
1. 结合专业特色优化教学内容
武汉生物工程学院环境工程专业专业旨在培养适合环保产业发展需要，理论基础扎实，具备厚实的环境工程专业基础知识，熟练掌握污染治理技术、环境监测技术与评价技术，环保设施安装与运营管理技术，能从事污水处理工程的运行管理，特别是垃圾渗滤液、化工制药废水及乡镇污水处理工程的运行管理，实践能力突出、社会责任感强，具备创新精神、创业意识和创新创业能力，德智体美劳全面发展的高素质应用型人才。
因此在教学内容选择上要充分考虑专业人才培养的目标，既要强化基础理论知识的学习，同时要结合工程实践，对知识进行拓展和应用。
2. 结合工程案例突出教学内容的应用性和实践性
高素质应用型人才需要学生具备一定的工程实践能力，本课程在教学过程中，应做到理实结合，比如，在讲解微生物遗传变异与环境工程章节时，可以引入石油污染的环境问题以及科学家如何通过遗传变异的理论知识，探索构建基因工程菌解决石油污染;在讲解微生物生长繁殖与环境工程章节时，结合生长曲线四个时期的微生物特点和污水处理微生物的生长规律，了解不同污水处理工艺如何控制微生物的生长时期，达到较好的处理效果等。通过工程案例的引入，不仅能巩固学生所学的理论知识，同时让学生了解到实际工程案例中知识的运用，从而加深印象，提高學生对于专业的认识。
3. 处理好与后续专业课程的关系
我校《环境工程微生物学》于大一第二学期开设，后续的专业课程有《固体废物的处理与处置》、《水污染控制工程》等。课程内容中的微生物在环境污染治理中的应用部分与专业课程联系紧密，一方面要通过微生物治理污染的原理讲解，使学生了解到微生物在工程实践中的应用;另一方面，不能代替后续的专业课，过多偏重于工艺和设备的讲解，本末倒置。因此，在教学内容的选择上要充分与专业课程统筹安排，相互促进，既为后续专业课的学习打下坚实的基础，同时也避免重复。
（三）创新创业项目与教学内容相结合
笔者在教学过程中，不断深入企业挂职锻炼，学习工程案例新技术和新工艺，将吸纳的工程实践经验融入教学中，如讲解微生物在废物资源化过程中的应用时，举例说明了目前污水处理存在的问题和困难，激发学生对微生物在环境工程中应用的兴趣。在2017年指导的学生团队创业比赛项目《新型环保活性污泥微生物肥料》获2017年国家创新创业项目立项，旨在运用微生物的降解作用，将城市生活污泥变废为宝。通过创新创业项目与教学内容相结合，增加了学生对于行业的认识，激发了学生的创新意识，提高了学生主动学习的积极性。
五、教学方法的改革
（一）教学手段多元化，提高学习兴趣
本课程主要以讲授法讲解基本概念和基本原理;多媒体辅助法把抽象枯燥的微生物类型、生长条件、繁殖规律等转化为直观、生动、形象的多媒体信息，使复杂内容简单化、静态内容动态化，加强学生基础能力培养;案例教学法、自主学习法等方式主要是应用于实际工程的处理技术进行讲解，通过师生互动交流，激活学生思维，培育学生主动学习和探索研究的兴趣;并通过微助教的灵活运用，签到、答题、课堂讨论等方式充分调动学生的课堂积极性，提高课堂效率。
（二）加强教学设计，完善教学导语
教学设计的目的是为了提高课堂教学质量，从而实现“以学生为中心”的有效课堂。比如，讲解废水生物脱氮除磷技术这一节时，先播放一段5min左右的自制视频，视频内容包括：云南滇池水体富营养化的新闻报道，水体富营养化的定义、成因、危害及治理措施，要求学生对比《地表水环境质量标准》调查校园景观水体是否存在富营养化现象。通过视频的观看，结合课程教学内容，引出氮、磷元素的形态、治理方法、处理工艺等知识。经过精心的教学准备，学生能通过不同的课堂导入方式，对所学内容有更直观、更清楚的认识，提高了学生学习的热情，调动了学生学习的主动性。
（三）互联网+课堂，增强教学效果
随着信息化技术的快速发展，微课、MOOC慕课等新的教学形式的涌现，给学生提供了更多线下学习的机会，拓展学生知识面，充分发挥学生的主观能动性和培养学生利用网络资源的自学能力，进一步加强理论课堂的教学效果。
笔者在教学过程中，还使用了由华中师范大学开发的微助教工具，主要使用了签到、答题、小测验等功能。每堂课教学内容完成后进行一次课堂答题，巩固知识;每一章节进行一次小测试，及时的发现学生对于知识的掌握情况，做出教学计划的调整和改进。通过互联网+课堂，加强了老师与学生间的互动，让老师能及时了解学生的学习情况，更能帮助老师推进教学改革，提高教学效果。
（四）理论联系实际，组织参观实习
我校周边有武汉市陈家冲生活垃圾循环经济产业园，其中有4种不同的垃圾渗滤液处理工艺，与我校环境工程专业契合度较高。为加深学生对课程的学习，每学期组织学生到生活垃圾填埋场和垃圾渗滤液处理厂进行参观实习，深入了解生活垃圾填埋的全过程和垃圾渗滤液处理的工艺，掌握知识的实际运用。作为教师更应深入企业学习新理论和新技术，将理论和实际结合相关的知识，准确的、及时的传递给学生，让学生明白知识的实用价值，提高学习的兴趣和积极性。
六、结语
通过课程体系的建设、教学内容的优化、教学方法的改革，一定程度上提高了学生的学习兴趣，培养了学生的自学能力，锻炼了学生的工程实践水平，未来我们仍需不断的尝试改革探索，保证《环境工程微生物学》的理论教学质量，为后续的专业课程学习和实习实践教学打下坚实的基础，为社会培养高素质应用型人才。
参考文献：
[1] 王哲.环境工程微生物学课堂教学改革的体会[J].安徽农业科学，2008，36（36）：16163-16164，16167.
[2] 孙蕾，唐艳葵.《环境工程微生物学》课程教学中存在的问题探讨[J].时代教育，2012，（3）：35-37.
[3] 王厚德.提高工业分析实验教学效果的研究[J].广东化工，2013（7）：154.
[4] 王国惠.环境工程微生物学[M].北京：科学出版社，2011.
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