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1.引言
《环境工程微生物学》是环境工程专业一门重要的专业基础课，是一门专业必修课，同时又是一门应用性和实践性很强的课程。该课程对学生的知识架构以及应用技能的培养起到了重要的支撑作用。通过对本课程的学习，学生不仅要掌握微生物学的基本理论、基本知识和基本技能，更要具备一定的实践能力。在认识观察一般微生物种类的基础上，掌握常见微生物的生长代谢规律和一般检测方法，注重培养学生观察问题、分析问题和解决问题的能力，令学生养成理论联系实际的学风和脚踏实地的思想作风。所以学好环境工程微生物学，会为以后学习其它专业课和专业基础课打下良好的基础，并能够在其它课程的学习过程中灵活运用微生物学，这正是地方工科院校环境工程微生物学课程教学与育人所面临的共同任务。但是，目前地方工科院校环境工程微生物学教学过程中存在诸多弊端，具体表现如下：
1.1课程基础知识内容繁多，知识点碎杂分散
环境工程微生物学理论课中要给学生们讲大量的有关微生物的基本概念、基础知识和基本理论，课程讲授基本按教材的格局展开，所涉及的微生物种类众多齐全。课堂教学中，教师往往像播音员一样一味地讲，学生枯燥地听，教师围着电脑转，学生只是盯着黑板看，有时还走神，师生之间缺乏情感交流。学习一段时间后，学生感觉，课程知识点分散，重点多，繁琐重复，而且课程内容似曾相识，易混淆，难记忆。这样的教学内容和方式容易让学生在乏味中不堪忍受，许多同学因此而失去学习兴趣和动力，放弃课堂上的主动认知，错过的教育时机。主要表现在：不能按时上下课，会有迟到早退的现象；课前不认真预习，上课时跟不上教师的节奏。往往这门课程才上不到一半，很多学生就对这门课程丧失了信心，失去对环境工程微生物的学习兴趣。
1.2课程有些基础知识和专业关联度不大，缺乏近期相关专业前沿动态
环境工程微生物学理论课中有些内容和环境工程专业的关联度不是很大，在环境工程领域的应用有限，许多学生对这些内容的学习缺乏主动性和积极性，课堂上自然就缺少和老师的互动和反馈，导致老师也容易出现讲课精力不集中的状况，影响表达的流畅性和趣味性，不仅降低授课效果，还可能进一步导致教不好与学不专的恶性循环。
1.3课程内实验教学时数少，缺乏设计性和综合性实验
由于时间和条件的限制，目前课程内实验教学仍然采用传统的“遵循式”教学方法，以验证性实验和演示性的实验为主，教师按照编制好的实验指导书，每次上课对实验目的、原理、方法、步骤作详细介绍，然后学生按指导书要求进行实验操作。这种教学方法既不能迅速调动学生对此课程的浓厚兴趣和挖掘学生的求知欲，也不能充分训练学生的分析问题和解决问题的能力，导致学生的参与性不高，往往做实验的态度不积极，出现个别学生不按要求课前预习，对要验证的内容或涉及的知识点不熟悉，操作时又机械地重复实验步骤，草草了事，对实验结果不分析、不讨论和不总结，因此很难达到理想的教学效果。介于此，为了改善教学现状，激发学生学习兴趣，提高教学质量，我们就环境工程微生物学这门课分基础理论教学和实验教学两个方面进行教学改进。本项目通过删舍一些和环境工程专业相关度较低的基础知识和添加环境领域一些涉及微生物技术的前沿研究成果和一些热点应用案例，优化教学内容，使教学内容更具新颖性，能紧紧抓住学生的注意力，能在较少的课时下提高教学效果；同时，针对不同的教学内容采取不同的教学方法，且让学生充分参与课堂教学，通过思考、讨论从方法上引导学生，吸引学生；增设综合性实验、设计性实验，使学生喜欢上微生物学。从而，开启学生进入专业领域的大门，激发学生学习兴趣，使同学们兴致勃勃地汲取知识，从陌生好奇到疑问思考，再到理解探索。使学生由早期自控、被动的学习逐渐变为后续的自主学习，坚定了学好本专业的信心。
2.基础理论教学改进
2.1教学内容优化
2.1.1保留和主讲特色微生物学基础知识
环境工程微生物学在整个环境工程专业培养方案中的定位是一门专业基础课，是为后续课程学习提供基础。在有限的教学时数下，要保留和讲授的内容包括微生物学最经典的、具特色的、其他课程不可能讲或没有能力讲授的内容，如病毒、细菌、古菌、真菌等微生物的形态结构、生理特性等这些基础知识。
2.1.2外延知识点，扩大其应用范围
本课程除了让学生了解、掌握微生物的基础知识和基本原理外，还应针对不同的知识点进一步扩大它在其他课程中的外延。如在讲授原核生物有关章节时，增加大肠杆菌、产甲烷菌、硝化细菌与反硝化细菌等常见微生物在环境监测、环境污染治理与资源化过程中的作用及原理。再比如，在讲解原生动物章节时，增加污水生物处理过程中以及环境监测中原生动物所起的重要指示作用和净化作用原理。2.1.3删舍和自学相关度较低的基础知识第六章是微生物的遗传和变异，而第八章是物质循环，这两部分内容对环境工程专业的学生的重要性有限，和专业关联度相对来讲不是很大，因而，这两部分内容删舍，课堂不进行讲授，要求学生自学。
2.1.4增添环境工程微生物学学科领域前沿新的发现和进展
本课程除了让学生了解、掌握微生物的基础知识、基本原理外，应有针对地聚焦环境工程微生物学科领域前沿发展动态。环境工程微生物学学科领域近几年知识的更新速度不断加快，可以说是日新月异。对新的发现和进展要区别对待，有些是环境工程微生物学必须要讲授的，如古菌，并且要从问题的发现到古菌的细胞结构详细讲解；还有一些基于新发现开发的新技术要重点讲授，如短程硝化工艺等。通过这些新内容激发学生对环境工程微生物的学习兴趣，为其将来在专业领域深入开展研究创造良好的学术氛围。
2.2教学方法的改进
教学方法和手段的改革是最受关注的教改内容，各种各样的改进方法已被提出了，例如提问启发式、渐进研究式、情景模仿式、互动讨论式、案例分析式、归纳对比式、课堂辩论、学术报告竞赛、五步教学法、翻转课堂、PBL(Problem-basedlearning)[5-6]及现代教学手段(多媒体技术、慕课、微课、SPOC课程)的应用等[7-8]。这些方法和手段对提高教学效果或多或少均起到了一定作用。但对于环境工程微生物学而言，应该在最基本、最有效和最实用的传统的教学方法基础上，根据不同的教学内容，再采取灵活多样的教学方法和手段进行多种方式相结合的综合教学。“环境工程微生物学”课程内前五章涉及到微生物学的基础知识，包括微生物大家族成员的组成，每位成员的形态、结构、特性及应用等，对于学生构建其微生物学知识体系非常重要，这部分教学内容教师一定要作详细的讲解。第六章是微生物的遗传和变异，第八章是物质循环，这两部分内容对环境工程专业的学生的重要性有限，和专业关联度不大，因而，这两部分内容要求学生自学。第七章、第九章及之后的章节的内容主要是微生物基础知识在环境工程领域的应用，这些内容的教学穿插在讨论课程和专业实习环节来实施。
2.2.1教师主讲和学生自学相结合，扎实基础知识
搞好课堂教学，是实现“教书育人”宗旨的重要途径，课堂教学是实现教学目的、完成教学任务的基本形式，是教师与学生“双边活动”和“双向交流”的主要场所。教师课堂主讲“环境工程微生物学”课程内前五章的内容，采用多媒体结合板书的教学手段，向学生展示各种菌体图片，辅以微生物知识小视频演示播放。课前，教师用3到5min的时间将上节课的重点和难点进行回顾复习，以加深学生对这些知识的理解和记忆；课中教师要多与学生互动，常提问，让学生紧跟教师讲课步伐，及时沟通交流，提高教学效率。第六章和第八章和专业关联度不大，要求学生自学，并写出读书笔记。
2.2.2增设讨论课堂，促进主动学习
讨论课堂一共设置4个学时，分组进行，每组6人左右，老师指定组长，由组长负责组里每名学生的分工(包括查询资料、课件制作、讲解)，督促每位组员按自行预定的时间完成题目确定、资料查找、组内讨论和PPT制作等任务，保障每个步骤的具体实施。讨论内容一般由教师给定，有涉及微生物学在环境工程中应用的课本内容，有涉及环境工程微生物学相关问题；或由学生自行选题。学生制作课件，课堂交流成效，依据每组内容组织、内容重点、PPT质量和演讲质量综合评定小组总评成绩。
2.2.3利用网络资源，丰富课外阅读
教学中积极应用网络技术和多媒体技术，教师备课、课堂教学及学生课后学习等环节中都能充分利用视频技术、计算机和网络等手段。师生共建微信群，随时提问和讨论环境工程微生物学相关问题，也会分享一些微生物学近期研究动态。同时还为学生介绍了国内外一些知名的有关微生物学相关的网站，通过浏览这些网站，学生们既可以补充完善微生物学方面的知识，还可以了解本学科近期发展动态。2.2.4结合专业实习，强化实践教学考虑到本课程应用性非常强的特点，尤其是在水污染控制中应用相当广泛，所以我们在教学中适当的重视理论教学的同时，更加强调实践教学。我们积极与杨家堡污水处理厂、北郊污水处理厂以及呼延水厂合作，创建了科研与教学紧密结合的创新型科技人才培养基地，可以更充分发挥实践教学环节在培养大学生创新精神和开拓能力中的作用。通过组织学生参观认识实习，使学生了解不同的废水处理工艺(A2O和奥贝尔氧化沟)中微生物的种群组成、分布及不同工况各构筑物中微生物的组成结构、分布状况。同时，结合工艺，现场讲解脱氮除磷微生物学原理和污泥丝状膨胀的原因以及防治措施等。使学生们利用所学的微生物学知识和实际工程应用相结合，深刻了解不同的污水处理工艺及不同工况中各种微生物强大的去污作用，既加深了学生对工程实践中的实际问题和工作原理的了解，又强化了对基础理论知识的理解记忆。
2.2.5加写课程论文，提高综合素质
教学中要求学生撰写一篇课程论文。论文主要论述环境工程微生物学相关的某一热点问题。论文题目由学生自己拟定，论文格式按照一般学术论文的格式要求，需要手写，2000字左右。论文需要附上与撰写内容相关的6篇参考文献首页，其中必须有一篇英文参考文献。期末依据论文选题、内容组织、文献相关性、前沿性及论文总体质量评定成绩。
3.实验教学改进
实验教学是环境工程微生物整个教学过程中的重要教学环节；同时，实验教学也是培养学生实践技能和创新能力的重要手段。减少验证性实验，增加设计性和综合性的专业实验是实验教学改革的重要内容，也是巩固学生专业知识、提高学生实验技能、培养学生创新能力的重要举措。
3.1实验内容优化
为了让学生们能在有限的课时内提高理论知识的学习效率，并能紧跟科技发展前沿，具备扎实的动手能力及理论联系实际的能力，我们要经常对实验内容进行优化调整。首先开设一些验证性的基础实验，如培养基配制和灭菌、微生物接种技术、微生物培养、显微镜操作、微生物染色和微生物形态观察等，让学生通过基础实验课程掌握基本的实验操作技能和知识理论，然后增设一些设计性实验，如环境中微生物多样性检测实验和水质微生物学检验等，通过接触一些现代微生物技术和微生物检测与处理技术了解环境工程微生物学学科领域发展过程中的近期科研成果，设置综合性实验，如淀粉废水制备单细胞蛋白、活性污泥中分离高效脱氮菌株等废弃物资源化培养微生物实验等，通过环境中污染物微生物处理与资源化专题应用，让学生深刻理解在环境监测与环境污染治理中微生物区别于动植物的独特作用和重要地位。这些实验内容环环紧扣、循序渐进，将分散的知识点有机地结合，组织成连续的、系统的、针对性的综合性实验。在完成大纲要求基础教学的前提下，既挖掘了环境工程微生物学实验的深度，丰富了教学内容，又拓展了学生的知识体系，增强了科学研究意识。为培养具有探索意识、创新精神、实践能力、充分掌握所学知识并融会贯通的环境工程类复合型人才奠定坚实的基础。
3.2教学方法改进
根据不同的实验类型采用不同的教学方法。对于验证性实验，教师给定实验指导，集中讲解实验目的、实验原理、实验步骤及注意事项，每位同学独立完成实验内容，并进行中期考核，考察学生的基本实验操作技能。对于设计性实验，由老师指定实验范围，学生分组，查阅资料、选定题目、自主设计实验方案、准备材料和配制试剂、自己动手完成实验、自己观察分析实验结果，并解决实验中出现的问题、撰写出规范的实验报告。教师充当引导者和服务者的角色，引导学生合理选题、制定切实可行的方案，为学生提供仪器和药品，指导学生使用和维护仪器，听取学生汇报实验进程，启发学生解决实验问题，批改实验报告。对于综合性实验，结合大学生创新项目和教师科研项目进行，学生根据自己的兴趣，自行选题或者参与教师的项目研究，整个实验过程在教师指导下独立完成。3.3网络资源的应用
环境工程微生物学不仅包扩环境中的细菌、真菌、原生动物后生动物等常见微生物的基本特性以及其在环境污染物处理中的作用，还包括分子工程、基因工程等的基本理论与原理。最重要的是，本课程还涉及生态学、微生物在各种污染物处理中的作用及各种三废处理的工艺及发展。所以本课程是应用性很强的课程，这就要求在本课程的学习中不仅需要掌握现代生物学近期的发展状况和动态，还需要时时把握各种新生物学技术发展在三废处理工艺中的应用。但是由于教学时数和经费的限制，一些基础实验和关于现代生物学新技术应用的实验课无法开设，针对此，我们在实验教学中，加强网络资源和视频教学的应用，有目的的引入了视频实验等多媒体教学的方法，将一些基础的分解实验操作放给同学观看，这样不仅规范了学生的操作还可以增加实验教学的直观性和趣味性；同时将PCR扩增技术等一些现代新生物技术及应用的视频引入实验课堂，这样同学们不仅了解了学科前沿新技术及应用还增加了学习这门课程的主动性和积极性。
3.4实验室开放
为满足部分学生的好奇心和求知欲，结合大学生创新性项目，在无时间冲突的前提下适当对学生开放实验室，让学生根据自己的兴趣进行多种实验内容的实践学习，并鼓励大家积极参与到此类自主性学习的实践过程中来。这样安排实验课程内容，不仅克服了传统授课的单调性、摆脱了学校课时的局限性，也较大程度上实现了实验室的利用率，更能够充分调动学生积极性和主动性，让其更多地接触、了解环境工程微生物学实验的目的和意义，在基础知识和专业知识的学习过程中增长见识、提高动手能力、培养创造性。
3.5教师科研项目的参与
鼓励学生根据自己的兴趣，在课余时间有选择地参与教师的科研项目。学生自己组织3到5人组成的科研团队，然后在教师的指导下接受教师科研项目的部分研究任务，学生综合运用所学的基础理论知识，查阅大量的专业资料，自行讨论设计研究方案与技术路线，自主动手做实验，分析失败的原因，总结成功的经验，独立完成研究任务。教师在指导学生实验的教学过程中，同时也完成了科研项目的部分研究任务，实现了师生互惠双赢。通过这一系列切切实实的科研训练，充分发挥学生的创新潜能，增强学生的动手能力，不断提高学生的创新能力。
3.6考核评价体系调整
实验教学应注重学生的操作技能、综合运用知识和自主创新的能力，以培养学生分析问题、解决问题的思路为目标。为此，我们调整并建立了新的考核方式与评价方法，将实验成绩与实验操作过程管理紧密结合起来。实验成绩由平时成绩和实验报告成绩两部分组成，其中平时成绩占40%，包括撰写实验预习报告和规范的实验操作。新的考核方式加大了对学生综合能力和实践操作动手能力的考核，更加科学合理，对学生提出了更高的要求，有利于扭转学生长期以来重理论轻实验的现象，提高学生对实验课重要性的认识。
4.结语
环境工程微生物学是一门交叉性的学科，同时又是一门应用性较强的学科，只有着眼于理论教学和实践教学中的全过程中每个环节和细节，才能发掘大学生的创新能力，真正培养具有创新性能力的适应现代化建设需要的综合性人才。在教学活动中充分利用多媒体、网络教学资源，多方式综合运用教学手段，紧紧把握现代生物技术的发展，加强实践教学，突出特色环境工程实践观念培养，增强学生分析和解决问题能力的提升。通过以上各方面的不懈努力才能构建一个完整的环境工程微生物学教学体系，以期达到较好的教学效果。
