吳龍華 吳士筠 汪婷婷

摘 要：本文以武漢工商學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)為例，從實驗教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法和教學(xué)考核辦法三大方面著手，結(jié)合實驗室廢物綜合利用的管理手段，對環(huán)境工程微生物實實驗教學(xué)體系改革和研究，不僅讓學(xué)生掌握了環(huán)境工程微生物實驗操作技能，同時提高學(xué)生分析、解決實際問題的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：微生物實驗；實驗教學(xué)；改革；創(chuàng)新

環(huán)境工程微生物學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的一門主干課程。它作為一門邊緣學(xué)科，是運用環(huán)境工程的手段和方法來加速和強化自然界中污染物的循環(huán)、轉(zhuǎn)化和降解，以充分發(fā)揮微生物降解、轉(zhuǎn)化污染物的巨大潛力，實現(xiàn)環(huán)境工程的高效、穩(wěn)定和資源的再生利用，消除人類活動對環(huán)境所造成污染的一門學(xué)科。[1]環(huán)境工程微生物實驗是對于鞏固環(huán)境工程微生物學(xué)基本理論知識、培養(yǎng)學(xué)生運用微生物技術(shù)分析、解決環(huán)境問題的能力及開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力至關(guān)重要的實踐環(huán)節(jié)。

1 實驗課程體系的系統(tǒng)化

1.1 實驗課程體系的建立

環(huán)境工程微生物實驗是一門專業(yè)必修課程，獨立授課。為了使實驗教學(xué)內(nèi)容體系具有層次性和系統(tǒng)性，在教改中通過對教學(xué)內(nèi)容的重新組織和安排，使學(xué)生在從基本技能操作型實驗到綜合型實驗、再到設(shè)計型實驗的學(xué)習(xí)過程中，逐級提高，具備能獨立設(shè)計和完成基礎(chǔ)環(huán)境微生物實驗的能力，并能有所創(chuàng)新。將環(huán)境工程微生物實驗由原來32學(xué)時增加到96學(xué)時，保證學(xué)習(xí)時間。該課程體系分為四個部分，第一部分為基礎(chǔ)技能操作實驗，在環(huán)境工程專業(yè)本科第一學(xué)期開設(shè)，32學(xué)時，必做；第二部分為綜合型實驗，在環(huán)境工程專業(yè)本科 第四學(xué)期開設(shè)，32學(xué)時，必做；第三部分為設(shè)計型實驗，在環(huán)境工程專業(yè)本科 第六學(xué)期開設(shè)，32學(xué)時，必做。第四部分為創(chuàng)新型實驗，鼓勵引導(dǎo)學(xué)生把實驗教學(xué)與科研、競賽緊密相結(jié)合的創(chuàng)新性實驗項目。

1.2 實驗項目的合理選擇與安排

在進行實驗項目的選擇和編排時，我院環(huán)境工程微生物實驗教學(xué)小組對其他本科院校進行了充分的調(diào)研，總結(jié)了過去十年本課程實驗教學(xué)的經(jīng)驗，分析了實驗教學(xué)效果，以及結(jié)合實驗室的硬件情況，保留了曾經(jīng)開設(shè)過的教學(xué)效果良好的經(jīng)典實驗項目，并根據(jù)各階段的實驗教學(xué)目標(biāo)不同，進行了開設(shè)順序的優(yōu)化。此外也增加了一些新的實驗項目，在正式開設(shè)前，實驗指導(dǎo)教師首先對新設(shè)實驗項目進行了大量的預(yù)備實驗和探索實驗，充分考慮了學(xué)生理論課的學(xué)習(xí)進度和學(xué)習(xí)的循序漸進、由淺入深，同時結(jié)合了實驗室廢物的綜合利用的管理手段，從實驗原料的選取、實驗環(huán)節(jié)的設(shè)計的實驗廢物的處理等方面進行合理設(shè)計，并通過統(tǒng)計實驗過程中各知識點的覆蓋程度，優(yōu)化新設(shè)實驗項目的安排，力爭提高教學(xué)效果。經(jīng)過本課程實驗教學(xué)組的認(rèn)真討論和研究，確定了本課程實驗項目的開設(shè)方案，具體見右表。

2 實驗教學(xué)方法的多樣化

2.1 實驗課堂教學(xué)方法的創(chuàng)新[2][HT]

通過建立實驗前查閱資料設(shè)計實驗方案、實驗中獨立規(guī)范完成實驗全過程、實驗后獨立分析實驗結(jié)果并能展開討論的實驗教學(xué)方法，創(chuàng)建課前課上課后系統(tǒng)科學(xué)的實驗教學(xué)方法（方法參見下圖）。在課程改革中，運用學(xué)生與教師合作的方式，使教師的角色從傳統(tǒng)的信息完全提供者變?yōu)閷W(xué)生求知過程中的團隊中一員。對綜合性特別是創(chuàng)新性實驗，由教師確定課題方向，引導(dǎo)學(xué)生主動查閱資料，根據(jù)文獻自主設(shè)計并獨立開展實驗。這種學(xué)生由被動到主動的轉(zhuǎn)換，可有效激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生文獻查閱、實驗操作、實驗數(shù)據(jù)采集及實驗結(jié)果分析的能力。使學(xué)生養(yǎng)成獨立思考的習(xí)慣，掌握系統(tǒng)有序的開展科研工作的方法，還可培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科研工作態(tài)度和團結(jié)協(xié)作精神。

2.2 開設(shè)環(huán)境工程微生物實驗虛擬仿真實驗項目[3][HT]

我院目前已建成了三個仿真實驗室，可開設(shè)70余項仿真實驗項目。以實驗教學(xué)內(nèi)容、方法改革和建設(shè)共享優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源為核心，堅持“虛實結(jié)合、以虛補實，虛實交錯”的原則，對于工程性強、綜合性強的實驗項目，仿真實驗較傳統(tǒng)實驗教學(xué)具有明顯的優(yōu)勢，因而在高校環(huán)境專業(yè)實驗教學(xué)中存在很大的發(fā)展空間。開設(shè)仿真實驗，對傳統(tǒng)實驗、實訓(xùn)課程的不能覆蓋的知識點是一個有效的補充。通過仿真實驗，不但可以使學(xué)生實現(xiàn)對基礎(chǔ)型實驗內(nèi)容的預(yù)習(xí)，更可使學(xué)生通過條件與參數(shù)的改變，實現(xiàn)不同實驗過程，獲得重要技術(shù)工藝的實驗結(jié)果，驗證理論知識，培養(yǎng)科研熱情，鍛煉創(chuàng)新思維。例如城市污水處理工藝虛擬仿真系統(tǒng)，主要包含水處理實訓(xùn)AAO工藝、水處理實訓(xùn)SBR工藝、水處理實訓(xùn)氧化溝工藝等五個仿真單元。以環(huán)保水處理工藝為原型，模擬水處理工藝正常操作、常見設(shè)備故障操作、常見工藝事故處理操作，利用動態(tài)模型實時模擬真實工藝反應(yīng)裝置現(xiàn)象和過程，通過仿真工藝反應(yīng)裝置進行互動操作，產(chǎn)生和真實工藝處理一致的結(jié)果。通過模擬工廠實際的仿真實驗，使學(xué)生深入了解和掌握城市污水處理工作原理和崗位操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐分析問題和解決問題的能力。

2.3 探索實驗課外的教學(xué)方法 [45][HT]

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及專業(yè)興趣， 讓學(xué)生走出課堂， 始終堅持 “產(chǎn) 、學(xué) 、研 ”相結(jié)合的教改模式 ，明確實踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)指導(dǎo)思想 ，切實推行實踐教學(xué)環(huán)節(jié)課程改革。具體措施如下：

（1）學(xué)院對科技創(chuàng)新活動有濃厚興趣、學(xué)有余力的普通全日制本科二、三年級學(xué)生均可參與申報校內(nèi)大學(xué)生科技創(chuàng)新項目?？萍紕?chuàng)新項目不限學(xué)科專業(yè)，鼓勵學(xué)生開展跨學(xué)科、跨年級合作研究。學(xué)生可以個人或團隊申報，每名學(xué)生只能參加1個項目，每個團隊原則上不超過5人，給予一定經(jīng)費支持和2個創(chuàng)新學(xué)分獎勵。

（2）學(xué)院加強大學(xué)生校內(nèi)外學(xué)科競賽項目的管理與監(jiān)督，為學(xué)科競賽提供必要的場所、儀器設(shè)備等方面的支持，并對競賽項目的進展情況進行跟蹤管理。鼓勵學(xué)生可以個人或團隊申報，每個團隊原則上不超過5人，給予一定經(jīng)費支持和2個創(chuàng)新學(xué)分獎勵。

（3）專業(yè)教師可以結(jié)合自己的科研項目或研究方向，由學(xué)生自己選擇實驗內(nèi)容，獨立設(shè)計實驗方案，在教師的指導(dǎo)下完成相關(guān)實驗。這種方式可激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的興趣，提高學(xué)生的積極性，讓學(xué)生盡早的接觸科研，了解科研的方法和特點，拓寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生認(rèn)識到自己的不足之處，從而有利于學(xué)生確定自己的努力方向。同時通過不斷的解決科研過程中出現(xiàn)的問題，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

（4）學(xué)院還先后與湖北科亮生物工程有限公司、湖北君集水處理有限公司等5家掛牌成立校外實習(xí)基地，讓學(xué)生在校期間就能接觸到環(huán)境工程專業(yè)的工作崗位，通過實訓(xùn)，能切實的學(xué)習(xí)到專業(yè)崗位所需的一些必備技能，加深他們對專業(yè)知識的理解和運用，提升學(xué)生的解決實際問題的能力。

3 教學(xué)考核方式的設(shè)置

該實驗課成績單獨記分，凡實驗成績不及格者，必須重修。

本課程的第一部分和第二部分實驗考核采取考勤、平時實驗操作、實驗技能操作考核、實驗報告完成情況相結(jié)合的方式，按百分制綜合評定成績，采取預(yù)習(xí)報告10%、考勤10%、平時實驗操作成績20%、實驗技能操作考核20%和實驗報告完成情況40%。

本課程的第三部分實驗考核采取考勤、實驗方案設(shè)計、平時實驗操作、數(shù)據(jù)記錄及處理過程和小論文完成情況的方式，按百分制綜合評定成績，采取考勤分10%、實驗方案設(shè)計20%、操作分20%、數(shù)據(jù)記錄及處理過程10%、小論文40%。

對課外學(xué)生參加第四部分創(chuàng)新型實驗，可根據(jù)學(xué)生或以小組為單位提交科研實踐總結(jié)報告，或撰寫相關(guān)學(xué)術(shù)論文，取得較好研究成果或在期刊上發(fā)表科技論文者可直接給予2學(xué)分獎勵。

生產(chǎn)實習(xí)考核采用實習(xí)期間綜合表現(xiàn)10%、實習(xí)記錄10%、實習(xí)報告40%、筆試閉卷考試（主要考核實習(xí)企業(yè)污染物治理工藝流程、各處理單元的功能以及常用的工程參數(shù)等）40%。

4 教學(xué)效果反饋

2013年至今本校環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生已執(zhí)行了表1的教學(xué)計劃，在經(jīng)過四個階段的實驗課程的學(xué)習(xí)后，實驗指導(dǎo)教師和畢業(yè)論文指導(dǎo)教師明顯感受到學(xué)生不論實驗操作技能、熟練程度還是設(shè)計實驗方案、解決實際問題的能力都較前幾屆有了大幅的提升，學(xué)生也普遍覺得收獲良多，實驗技能的提升也加深了他們對理論知識的理解，設(shè)計型實驗拓展了他們對這門學(xué)科的應(yīng)用方向，對他們今后工作或者深造奠定了扎實的基礎(chǔ)。同時盡早讓學(xué)生接觸了本專業(yè)的科研和工作，有助于學(xué)生加深對行業(yè)的認(rèn)識，以便他們對自己的職業(yè)生涯規(guī)劃更為清晰、合理。因此，該實驗教學(xué)體系改革后，教學(xué)效果良好，得到了廣大師生的一致好評。

5 結(jié)語

通過對實驗課程體系的優(yōu)化、實驗教學(xué)方法的多樣化以及考核評價體系的多元化的一系列改革， 始終堅持虛實相結(jié)合和“產(chǎn)”、“ 學(xué)”、“研”相結(jié)合的原則下，讓學(xué)生從課堂走到課外再走進企業(yè)的循序漸進的教學(xué)課程體系，大大提高了實驗教學(xué)效率，大大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 特別是設(shè)計型實驗涉及新技術(shù)、新知識和將專業(yè)理論知識與實際想聯(lián)系的企業(yè)實習(xí)在實驗教學(xué)中的滲透， 加深了學(xué)生對專業(yè)的了解， 拓寬了他們的視野， 提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力及實驗技能， 增強了科研意識及專業(yè)信心。

參考文獻：

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[3]段鳳魁，賀克斌，楊宏偉，等.環(huán)境專業(yè)仿真實驗教學(xué)的建設(shè)探討[J].實 驗 室 研 究 與 探 索，2016，35（4）：101103.

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基金項目：武漢工商學(xué)院教學(xué)改革研究項目（項目編號： 2016Y08）

作者簡介：第一作者：吳龍華（1983），男，漢族，本科，實驗師，研究方向：水處理；第二作者：吳士筠（1950），女，漢族，本科，高級實驗師，研究方向：微生物工業(yè)。

*通訊作者：[HT K]汪婷婷（1983），女，漢族，本科，實驗師，研究方向：環(huán)境影響評價。