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环境工程微生物实验教学改革的探索

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  摘 要:环境工程微生物学实验课程是一门应用实践性很强的实验课程,为提高学生的实验技能、培养创新意识,以《工程教育认证标准》为指导,对微生物实验教学进行了改革探索和尝试:明确本课程的培养目标、进行多元化教学摸式及教学方法改革、优化实验项目、建立多元化考核体系。通过教学过程评价和改革效果检测,教学改革初见成效,达到了应用型专业人才的培养目标。
  关键词:微生物实验工程教育认证教学改革
  环境工程微生物学是环境工程和环境科学专业一门非常重要的专业基础课程,实验教学是环境工程微生物学课程必不可少的重要组成部分,也是不断提高学生动手能力及操作技能的主要教学形式。环境工程微生物学实验课程[1]涉及的实验原理和实验操作技术内容多,信息量大,而目前学生只是按部就班地完成实验,实验教学效果不理想。为此,以我校工程教育认证工作实施为背景,以《国标》、《工程教育认证办法》、《工程教育认证标准》为指南,借鉴兄弟院校优秀的教改经验,尝试对“环境工程微生物学实验”课程的教学进行了探索和改革,使之更好地顺应学科发展,应用于污染物控制与治理。旨在为环境工程技术人才进入从业领域提供预备教育质量保证,所培养的专业人才适应科技进步和地区发展特色的需要。通過近两年的教学实践,取得了良好的效果。
  一、结合《工程教育认证标准》,明确本课程的培养目标
  结合《工程教育认证标准》并综合考虑我校的师资力量、实验室硬件条件、学生素质水平和学生就业方向等情况,明确了本课程的培养目标,即 “依据社会专业人才需求,注重应用能力培养”。加强对实验课程的认识,注重学生应用微生物技术能力的培养,实现“所学为所用”。近年来,我院一直将环境微生物学理论教学与实验环节进行有机结合,重视实验技能的训练,认识到以本科生教学为主的工科类院校实验教学是提高专业学生综合素质、科研创新能力以及储备专业技术后备力量的重要环节。同时,环境工程微生物实验也是培养学生形成良好科学习惯的重要途径[2-3]。培养出具备较强实践应用能力的学生,一方面可为后期教学、研究生教育等提供基本技能保障,另一方面可为学生毕业就业打下良好的专业基础。
  二、多元化教学摸式及教学方法改革
  传统微生物实验教学,以注入式教学为主,虽然学生可以掌握操作技术,但在实验过程中没能进行独立思考,更不能充分发挥学生的积极性、主动性和创造性,教学效果不够深入。[4]目前的现状是,社会对本科毕业生实验设计和操作技能的要求越来越高,这种传统的教学模式已经难以满足社会发展的需要。因此,我们从社会专业人才需求出发,依据工程教育认证的指导思想,进行微生物实验教学模式、教学方法改革的探索与实践。
  1.应用互联网+多元化教学手段激发学生的学习动力和兴趣,丰富环境工程微生物学知识
  在课前,我们借助互联网在线教学工具软件-雨课堂,推送预习材料和预习
  要求到学生微信(可附带语音讲解),并实时查看每个学生预习进展统计。在课上,增加多媒体教学工具的运用,采用丰富多样的教学手段,提高课堂教学的生动性。例如,生动形象的动画、显微照片、图片展板拓宽学生的认知视野。教师演示实验、实验操作视频帮助学生掌握正确的实验操作和理解相应的实验理论基础。借助微生物学的重大实验发现和重大实验成果的历史小故事,如巴斯德和柯赫的重大贡献、弗莱明发现青霉素等,图文并茂地激发同学的学习兴趣,培育同学创新思维的萌芽。[5]通过“雨课堂”将课上教学课件推送到学生手机,便于学生课后复习。我们还使用课堂互动轻应用教学小程序-微助教,进行有趣味性的课堂互动,以游戏化思维鼓励学生对实验结果、样本和实验设计方案进行展示,积极参与课堂互动,对实验过程中出现的问题以弹幕投稿形式在虚拟论坛发言及时讨论,以此来吸引学生的专注力并调动学习兴趣。在课后,我们借助“雨课堂”中的Padlet分享墙进行师生交流、在线答疑、实验设计方案讨论等。应用互联网+多元化教学手段科学地覆盖了课前-课上-课后的每一个教学环节,为师生提供完整立体的数据支持,丰富环境工程微生物学知识。
  2.要求学生认真做好实验课前预习和实验准备,结合研究模式完成实验教学内容
  实验预习内容和实验准备工作要在课前及时发送给学生,实验预习内容包括本次实验目的、原理、实验方法。实验准备工作包括列出本次实验所需物品的详单、查阅文献列出详细的实验操作流程及实验要求(最好用图示法表示实验操作流程)。例如水中细菌菌落总数的测定实验,需要学生实验前确定并采集好实验水样,依据所采集的实验水样的水质情况,认真查阅文献选择实验方案,设计本次实验的详细操作流程。实验过程中严格按照所选实验方案流程操作,并如实记录结果,分析整理实验数据,实验结束后当场上交实验报告。课后学生针对本次实验过程中出现的问题及疑惑进行汇总,老师给予指导解答。通过这种预习-研究模式完成实验教学内容,[6]不但能使学生充分了解实验内容和操作流程,节省教师课堂讲解时间,增加指导时间,提高实验教学总效率。而且还有助于调动起学生参与热情和主动性思维。
  3.优化、创新组合实验内容,精心设计实验项目
  我院开设的环境工程微生物学实验课程共16学时,学时数有限,精选实验内容格外重要。密切结合专业发展的最新动态和专业技术人才的培养方向,参考其他高校的做法,我们对实验内容进行了优化、创新,减少验证性实验,开设了综合设计性实验和创新研究性实验[7-8]。在有限的实验学时内,我们将环境工程微生物学实验教学课程分为三大部分:基础技能验证型实验教学、综合设计性应用型实验教学和开放性创新研究型实验教学,见表1。
  ⑴ 基础技能验证型实验教学部分,是将相关的理论课教学内容融合到实验的操作技术中,注重培养学生对基本知识、基本技能的掌握。
  ⑵ 综合设计性应用型实验教学部分。先以讲座的视频形式通过“雨课堂”推送给学生实验要求,后分组完成,学生可依据自己的兴趣爱好采集待检测的水样,例如:某个小区、单位、宿舍楼,直饮机的饮用水,某品牌的桶装水,某处理厂的处理出水,江河湖泊的水源水等,也可将检测样品延伸至土壤样品或废液样品。要求每组学生查阅文献资料,参考实验教材,确定实验方法,自主设计实验方案和操作流程,并借助“雨课堂”中的Padlet分享墙在线与实验指导教师讨论并审定。在实验指导老师的指导下,进行实验并完成实验报告。在实验设计过程中,学生也可以大胆创新,增加一些创新项目,例如,学生关心食堂卫生问题,学生饮用水达标状况等等。突出专业特色,拓展环境工程微生物实验技术的实际综合应用的范围,这样在有限时间内使学生获得的信息更多更广。   ⑶ 开放性创新研究型实验教学部分,由于环境工程微生物学实验课时有限,这部分实验不占用实验课时数,以开放性实验形式或实验选修课形式开课。主要鼓励学生申报院级、校级或自治区级大学生课外科技创新项目,或直接参与教师科研项目。同时,为攻读研究生学位的同学打下了良好基础,也为本院研究生的生源做了储备。这部分实验教学根据指导教师的研究方向和学生的兴趣自立课题,也可以选择现有课题,例如,土壤/活性污泥中微生物的筛选、分离与鉴定,某种功能菌的纯化和菌种保藏等。要求学生自行组建课题小组,根据立题内容,查阅相关文献和资料,自主设计实验方案,指导教师参与讨论方案的可行性。学生自主完成试剂、药品的配置、相关仪器设备的使用;学生独立完成实验、整理并分析实验数据、撰写论文或报告研究结果;对实验过程中出现的一些问题做出正确分析和判断;经过这样的独立实验技术的操作和科学研究思想的锻炼,培养学生团队协作精神,实验基本操作技能得到加强、科研能力、综合素质和专业素养均得到提高,突出了个性能力发挥。
  三、建立多元化考核体系
  考核是教学过程中的重要环节,同时也是实验教学内容的延续。环境工程学微生物实验是一门独立开设的课程,有必要采用一个科学合理、切实可行的多元化综合评分的考核体系。依据《工程教育认证标准》,我们将环境工程微生物实验考核内容分为4个部分,各部分的考核权重及标准在实验课程开始前予以公布,具体考核标准由教师认定。其中,平时成绩由实验教师根据学生课前、课上、课后的综合表现,实验操作动手能力和实验报告情况,可借助 “微助教”小程序当场打分并进行记录,便于老师对学习全过程进行持续观察,作出最后的评价。平时成绩考核、实验室考核和综合设计性实验的评价给予A、B、C、D、E五等級评价,再分别以占综合成绩的权重给予实验总成绩的优、良、中、及格和不及格五等级评分。开放性创新实验的评价,经指导教师核定的实验成绩为合格及以上的同学,获得相应选修课学分。
  这种考核方式与评价方法将实验基本理论知识与实验操作过程管理紧密结合起来,促使学生对基本技能的规范操作足够的重视,对提高微生物实验教学质量起了重要的作用,同时也改变了学生对实验教学蒙混过关的错误思想。
  四、改革效果
  在近两年的教学改革实践中,我们结合学校网上评教系统、“问卷星”互联网平台进行问卷调查,“雨课堂”中的Padlet分享墙匿名评教,在学生中进行了微生物学实验教学过程评价和改革效果检测。调查结果显示,通过现行的实验课程学习,学生的实验设计能力和动手能力得到了很好的提高,学到了课本上学不到的东西。上述实验教学体系改革获得了学生和专业课程教师的一致好评,取得了良好的教学效果。在近两年培养的本科生来看,综合素质得到明显提高,参与并发表了多篇高水平的科研论文,获得多项省部级、校级科技创新项目资助,参加全国、省部级、校级“挑战杯”大学生创业大赛并获奖。同时培养了学生浓厚的研究兴趣,更为积极报考研究生培养目标。但由于时间关系,还未达到《工程教育认证标准》中3届毕业生的调查评价指标。
  结语
  以《工程教育认证标准》为指导,进行的环境工程微生物实验教学改革还处于尝试探索阶段,但已初见成效,在环境工程专业的实验教学中具有很强的应用实践性,望能在今后的教学实践中不断得到改进。以此提升学生的学习兴趣和主动性,激发学生自主创新意识和能力,培养学生的工程意识、独立解决问题能力和协作精神。达到了本课程 “依据社会专业人才需求,注重应用能力培养”的培养目标,符合《工程教育认证标准》的指导思想。
  参考文献
  [1]肖琳,杨柳燕等.环境微生物实验技术[M].北京:中国环境科学出版社,2004.
  [2]王海波,孙青竹.提高实验教学质量的探索与实践[J].实验技术与管理,2011,28(7):174—176.
  [3]孔芳,薛正莲等.环境工程微生物学实验教学改革[J].高师理科学刊,2016,36(1):98-99.
  [4]贾艳萍,张兰河,马姣.立足学科发展的微生物学实验教学改革研究[J].实验技术与管理,2012,29(12):26-28.
  [5]欧杰,贾素中.食品微生物实验教学改革初探[J].高校生物学教学研究(电子版),2017,7(1):58—60.
  [6]王明兹,陈必链等.微生物实验教学实践及改革的几点体会[J].实验室科学,2012,15(4),154-157.
  [7]章军军,崔秀红.创新实验的设计性和自主性[J].实验技术与管理,2008,25(7):23—25.
  [8]张玲.设计性教学法在微生物学实验教学中的应用[J].实验科学与技术,2007,5(5):131—133.
  作者简介
  罗颖(1982),内蒙古人,在读博士,讲师,研究方向:环境工程微生物学。
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