以创新能力培养为导向的环境工程微生物学教学改革探索

[摘 要]创新思维能力对于当代大学生来说至关重要，只有具有创造性思维能力的人才可以给国家、社会和世界创造更大的价值。环境工程微生物学作为环境科学专业重要的专业基础课，项目组以创新能力培养为导向，基于教学实践，提出通过精心准备教学设计、用心设计好课堂教学导语、激发学生的学习动机和学习兴趣、板书和PPT有机结合、科研和教学相结合、互联网+背景下现代教学方式的运用等手段提高教学效果，为培养创新型人才打好基础。

[关键词]环境工程微生物学；创新能力；教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）10-0217-03

环境工程微生物学是我校环境科学专业的一门非常重要的专业基础课，是一门理论性和实践性都很强的课程。环境工程微生物学以普通微生物学和生物化学课程等为重要理论基础，它在研究微生物学基础知识的同时，更注重研究微生物与人类及其生存环境之间相互作用、相互影响的规律，特别注重研究微生物生态与环境生态工程中的微生物作用。日本学者尾形学在20世纪70年代曾说过“在近代科学中，对人类福利最大的一门科学，要算是微生物学”，所以，环境工程微生物学是一门保护和改善环境、造福人类的基础学科。

习近平总书记指出：“惟改革者进，惟创新者强，惟改革创新者胜”。大学生是民族的希望、祖国的未来，创新思维能力对于当代大学生来说至关重要，只有具有创造性思维能力的人才可以给国家、社会和世界创造更大的价值。伴随着互联网技术的迅速发展，微课、慕课、翻转课堂等新教育模式已经诞生，开启了课程改革的新时代。在网络化的教学互动平台上，师生之间的交流互动性增强。如何在互联网+理念的推动下，激发学生的学习兴趣、培养学生的创新能力是当今教育教学改革亟待解决的问题。

一、激发学生的学习动机和学习兴趣

著名科学家爱因斯坦曾说过“兴趣是最好的老师”，学习兴趣是学习动力最重要的源泉。因此，第一堂课绪论部分的讲授至关重要。绪论是一门课的入门向导，在整个教学环节中起着不可忽视的作用。环境工程微生物学绪论部分介绍首先举例说明，如1g土壤中细菌数达108个，人类每个喷嚏的飞沫含0.45×104～15×104个细菌等，让学生体会到人类无时无刻不生活在微生物的海洋中。给学生介绍微生物与人类的关系，引入日常生活实例，比如微生物对大家有益的影响，可以介绍我们日常食用的酸奶、馒头、面包、啤酒等都是由微生物发酵生产而来的；微生物对大家有害的影响，可以介绍由各种病毒引起的流感、禽流感、手足口病等疾病，让学生明白微生物是一把“双刃剑”，对人类既有有益的一面，也有有害的一面。通过学习本门课程，让学生了解如何利用微生物的有益之处造福人类，同时让学生掌握如何将微生物学与环境工程有机结合起来，应用微生物学的原理解决实际工程中的生态环境问题。在讲授微生物学的建立与发展过程时，讲述微生物学的奠基人——伟大的科学家法国人巴斯德和德国人柯赫，介绍他们为微生物学研究做出的杰出贡献，启迪学生探索学习的灵感。同时介绍目前环境工程微生物学研究中的热点和难点，研究热点比如高效环境微生物制剂的开发，介绍日本琉球大学研制的EM菌剂（由光合细菌、放线菌、乳酸菌、酵母菌等80多种微生物组成），应用于农业生产起到多种促增效果，让学生分组讨论还可以开发哪些微生物制剂，在活跃课堂气氛中激发学生的求知欲。在讲授的过程中应努力做到使抽象深奥的内容变得通俗易懂，调动起学生学习本门课程的兴趣和主动性。

二、精心准备教学设计

当代著名教学论学者赖格卢特认为，教学设计是一门关注理解和改进教学过程的学科，任何设计活动的宗旨都是提出达到预期目的的最优途径，因此，教学设计主要是关于提出最优教学方法的一门学科。梅里尔等人在《教学设计新宣言》中认为，教学是一门科学，而教学设计是建立在这一科学基础上的技术，因而教学设计也可以认为是科学型的技术。教学设计的目的是为了提高教学质量和教学效率，从而实现“以生为本”的目标。教学设计的主要环节包括学生的学习需要、学习内容、学习目标、学习效果评价等方面的分析。教案是课堂教学思路的提纲性方案，本文以教案的设计为例说明是如何精心准备的。首先，学生讨论现在的大气污染状况、雾霾的危害，用2～3分钟观看大气污染的图片、视频，然后思考问题：雾霾颗粒中有多少微生物？这样激发学习兴趣，引发思考， 引申出本节内容：①空气的生态条件；②空气微生物的种类、数量和分布（請几位同学谈谈空气微生物种类和人类健康）；③空气微生物检测（携带几个固体平板培养皿，打开静置，带回实验室培养）。 最后利用3分钟总结出空气微生物生态特点，安排3道课后作业题和1道思考题：下节课把培养皿带来，看看培养皿上会有什么变化。经过精心的教学准备，学生对每堂课的知识能够理解深刻、掌握扎实，学习热情提高了，学习的信心增强了。同样，每节课内容不一样，侧重点各有不同，在以后的教学过程中，要不断探索研究如何设计才能让学生学得更多、更好，以提高学生学习的主观能动性。

三、用心设计好课堂教学导语

人们常说：“良好的开端是成功的一半”。因此，一节好的环境工程微生物学课当然要有一个吸引学生的教学导语，激发学生学习知识的兴趣和渴望。环境工程微生物学课堂教学如何设计导语？实践中笔者总结出以下几种类型：

（一）悬念导入式

在课堂教学的开始，科学、艺术的提问，给学生制造悬念，开启学生思维的大门，吸引学生的注意力，激发学生进一步探讨的热情和兴趣。例如，在讲病毒这一章时，先给学生们介绍，15世纪末，美洲大陆居住着2000万～3000万原住民，约100年后，原住民人口剩下不到100万。原因是什么呢？原来，欧洲殖民者把天花患者用过的毯子送给了印第安人。随后，瘟疫肆虐，腮腺炎、麻疹、霍乱、淋病和黄热病等也接踵而至。被史学家称为“人类历史上最大的种族屠杀”不是靠枪炮实现，而是天花，听起来好像不可思议，如何理解这些复杂的历史事件呢？这样学生就会产生极大的好奇，这时展示病毒感染人体、植物或动物之后的一些图片，把学生领进知识的海洋，告诉他们通过学习微生物学，在生产、生活中如何利用微生物趋利避害是学生的学习目标。

（二）故事导入式

环境工程微生物学课程内容比较繁杂琐碎、枯燥抽象，但是在微生物学的建立发展历程中有许多饶有趣味的故事。大多学生爱听故事，可在教学中抓住学生的这一心理特点，在导语设计中注意运用故事来吸引学生，激发学生的学习兴趣与求知欲。如在讲到温度对微生物的影响一节，介绍了巴斯德帮助治疗酒病的故事。1865年，法国里尔一酿酒厂厂主请求巴斯德帮助解决啤酒变酸的问题，化学家出身的巴斯德答应并开始研究这个问题。他在显微镜下发现，未变质的葡萄酒和啤酒中只有一种圆球状的酵母细胞，而变酸的葡萄酒和啤酒里有一种细棍似的乳酸杆菌，就是这种“坏蛋”在啤酒里繁殖，使啤酒“生病”。经过反复试验，他找到了有效而简便的“治病”方法：把酒放在50℃～60℃下加热30分钟，就可杀死酒里的乳酸菌，这就是著名的“巴氏消毒法”。现在，大家喝的牛奶利用的就是这种消毒方法。学生听后好奇心与积极性就被调动起来了，学习的兴趣也随之提高。

（三）视频、图片、教具导入式

现代科学证明，人类有80%的信息是通过视觉获得的。在课堂教学中，运用电教媒体播放视频、图片导入新课，生动形象，直观清晰，化抽象为具体，可为学生提供丰富的感性经验，使学生对所学知识印象深刻。比如，讲到污水的生物处理一节，先播放一段处理污水的视频，当看到一池污水经过一道道工序的处理，最终出水清澈，学生们不禁思考，到底是谁在其中起到了不可替代的作用？学生对此产生了极大的新鲜感和好奇心，激发起继续学习一探究竟的兴趣。在后来的污水处理厂实习期间，教师带领学生们参观了污水处理的流程，讲解了微生物在污水处理过程中的作用，增强了学生们的专业自豪感。在讲到细菌的形态时，通过PPT播放球状、杆状、螺旋状、丝状等代表菌株的图片，使学生对细菌形态印象深刻。同样，在讲好氧活性污泥的定义时，先通过PPT放映组成活性污泥的各种细菌、真菌、藻类、原生动物等的图片，学生们接受了感官刺激，在记忆活性污泥的定义时就可以联想到图片，印象加深，容易掌握。面对课程中大量枯燥抽象的定义，课前笔者都会搜集大量图片，以增加学生的感性认识，加深理解和记忆。在讲微生物的培养、培养基、细菌的生长曲线等内容时，从实验室携带固体培养皿、试管斜面培养基、三角瓶液体培养基等，以加深学生对这门实践性很强的课程的理解和思考。视频、图片、教具的运用使这门课程鲜活起来，学生的学习热情和兴趣得到了极大提高，教学效果良好。

还有最常用的承上启下导入式、循序渐进引入式、激发想象式、提问式等方式，每堂课的内容不一样，同样导入方法也不能千篇一律。在实际教学过程中要不断探索每堂课的最佳导入方式，让所有学生自觉快乐地进入微生物的学习世界，并能学以致用，最终达到最佳的教学效果。

四、板书和PPT有机结合

传统的板书主要优势是简便、灵活，有利于学生思考、记笔记，使学生处于主动地位，增强学生和老师之间的互动性，学生通过黑板上的内容就能够知道本节课都讲了哪些内容，本节课的重点难点是什么。其缺点是没有PPT教学手段信息量涵盖大、速度快。

环境工程微生物学课程，尤其在微生物学基础篇，需要结合大量图片学习细菌、真菌、放线菌、酵母菌等特征，PPT在课堂上能给学生呈现大量教学图片和视频资源，能引导学生生动、直观地学习课程内容，提高课堂的节奏和效率。但是过分依赖PPT会忽视学生的主体地位，而且学生反馈说，如果课堂一直播放PPT，就像放电影一样，信息量大，他们能听懂，但是记不住，笔记也记不完整，自己独立思考的时间很少。

因此，我们应该将传统板书和现代多媒体有机结合起来，互相取长补短，才能达到最佳的教学效果。可以在PPT播放关键节点适时使用板书，这样可以给学生留出思考、记忆的时间。板书的内容不能和PPT的内容一样，可以把整节课的框架结构、系统化的知识体系呈现出来。而PPT的内容也要不断更新完善，充分利用网络资源搜集相关的资料，查找最新的环境工程微生物学领域的研究热点和难点，图片、视频、文字等资料的选取要和环境领域结合起来，让学生及时知晓学科前沿信息。

五、科研和教学相结合

科研和教学是高校发展的源泉与动力，青年教师要处理好教学和科研的关系。教学是基础，科研是主导，科研为教学服务，只有长期坚持科学实践研究的教师，才能把本学科最前沿、最热点的问题以及最先进的分子生物学研究技术传授给学生。例如在介绍水体富营养化时与藻类暴发联系起来，笔者正好从事“基于藻细胞代谢功能诊断水库强化混合抑藻控嗅的分子机制”这一项目的研究，故在讲课过程中插入该项目的研究思路、研究方法，以及通过实验获得的研究结果，理论与实践相结合，抽象问题具体化，大大激发了学生的学习和科研创新兴趣，学生参加课外学术竞赛的积极性很高。在讲到土壤微生物生态时和土壤生物修复联系起来，可结合当前石油污染问题，讲述高效降解石油污染菌种的筛选方法、过程，以及利用现代基因工程技术构建高效降解的基因工程菌株，以解决实际投菌降解污染可能存在的问题，同时介绍教研室相关教师正在从事的“石油污染土壤的微生物修复研究”项目。学生对微生物在环境工程中的应用很感兴趣，讨论热烈。教学案例与科研项目的融合，开阔了学生的科研视野，激发了学生的创新意识，使学生对自己的专业产生浓厚的兴趣。

六、互联网+背景下现代教学方式的运用

随着信息技术的发展，课堂教学方式也在悄然发生着变化，相继出现了微课、MOOC、翻转课堂等新的教学手段。微课指按照新课程标准及实践教学要求，运用视频记录教师在课堂内外围绕某个重点、难点、疑点或教学环节而进行的完整的教与学活动的全过程。比如，课程中“细菌的革兰氏染色实验”、“细菌的生长曲线”、“微生物的培养技术”等可以制作成微课，让学生更好地掌握这些知识点。MOOC，即大型开放式网络课程，又称为慕课，2012年美国的顶尖大学陆续设立了网络学习平台，它的兴起给更多学生提供了系统学习的可能。这种教学手段是一种全新的知识传播模式，MOOC的出现为环境工程微生物学教学改革的发展提供了新的思路。翻转课堂，又称为“颠倒课堂”，在这种教学模式下，教师不再占用课堂时间讲授知识，强调的是学生课前使用在线视频学习，课堂上学生分成小组讨论学习，共同研究解决问题，然后以做作业、教师单独辅导进行知识的内化吸收，这种教学模式能发挥学生学习的主观能动性，学习的决定权从教师转移给了学生。此外，还有微助教，是由华中师范大学推出的一款课堂互动应用工具，通过微助教，学生可以用手机签到、答题和讨论，出勤率、平时作业和小测验等都可以记录下来，教师可以对学生学习全过程进行观察，最后做出评价。而雨课堂是清华大学与学堂在线共同研发的教学工具，课前教师可以将課程相关的视频、习题等推送到学生手机上，便于师生沟通与反馈，课后发送考卷，雨课堂实现了课前预习+实时课堂+课后考卷全程教学活动的数据采集，为师生提供完整的数据支持，增强了师生互动，教学相长。在以后的教学过程中，应及时了解学生对教师的教学反馈意见，同时借助这些现代教学手段，推进教学改革，以达到最佳教学效果。

七、结语

当今社会的竞争，与其说是人才的竞争，不如说是人的创造力的竞争。培养大学生的创新意识和创新能力是知识经济时代的需要。学校应通过教育改革来培养大批具有创新精神和创新能力的、能够推动社会进步和发展的综合性创新型人才。高等学校作为先进文化的传播者和创造者，应突出强调大学生创新能力和创新素质的培养。环境工程微生物学作为环境科学专业重要的专业基础课，课程负责人有责任和义务对其进行改革优化，在教学过程中不断总结教学经验，重视学生教学反馈，探究行之有效的教学方法，以达到最优教学效果，为培养创新型人才打好基础。

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[责任编辑：钟 岚]

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