“双一流”建设驱动环境工程微生物学教学优化
张海涵+陈胜男+朱陆莉+仵红洽
[摘 要]建设世界一流大学和一流学科、实施卓越工程师计划对于提升我国高等教育发展水平具有十分重要的意义。基于教学实践，可以通过巧用教具展示互动，提高学生学习兴趣；巧用热点案例分析，强化学生理解程度；巧用课程知识点解析，提升学生创新能力；巧用现代教学手段，完善教学课件体系；增加教学案例分析，强化工程应用能力；选择吸收国外经验，促进教学的国际化去实现“双一流”建设驱动环境工程微生物学教学改革，为我国“一带一路”发展战略实施提供环境保护领域的智力支持与人才保障。
[关键词]环境工程微生物学；卓越工程师计划；“双一流”建设；有效教学
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）08-0047-03
教育部实施高等院校“卓越工程师教育培养计划”是促进我国大学教育从工程教育大国迈向工程教育强国的重要步骤。“卓越工程师教育培养计划”的重点是强化大学生的工程能力和创造力，提升我国高等教育水平和层次，它也是我国高校“双一流”建设推动高等教育跨越式发展的助推器。西安建筑科技大学环境与市政工程学院是我国西部地区12省市里唯一拥有环境类国家重点学科，并同时拥有环境工程国家重点学科的学院，为我国西部地区培养了大批环境工程领域的人才，分布在市政污水处理、环境监测和环保设备开发与研制等领域，学院环境工程专业的发展为我国“一带一路”发展战略的有效实施提供智力与人才保障。
微生物学是我国高等院校生命科学类专业必开的一门重要基础课或专业基础课，是生物学八大基础课之一。同时，微生物学也是高等工科院校环境类专业发展及环境科学与工程教学研究的重要基石之一。随着分子生物技术的广泛应用，微生物学对现代与未来人类赖以生存的环境必将产生巨大影响。微生物学作为生物学的八大基础课程之一，与其他学科交叉衍生出众多学科，例如医学微生物学、农业微生物学、土壤微生物学、微生物生态学、微生物生理学和微生物分子生物学等。环境工程微生物学的发展为环境工程专业教学与科研注入了新鲜血液。根据专业培养目标，环境工程专业主要培养本科生掌握水污染控制工程、空气污染控制工程、固体废物处理处置与资源化工程的基本原理和设计方法，其中环境工程微生物学作为环境工程专业核心基础课程在专业发展和学生培养方面发挥着重要作用。
笔者作为西安建筑科技大学环境工程国家重点学科的一名青年教师，主要对本科生进行环境工程微生物课程的教学。卓越工程师计划对讲课教师提出更高的要求，在卓越工程师计划实施过程中如何提升环境工程微生物学教学质量，提高学生学习兴趣，培养具有国际化视野的环境工程领域专业技术人才成为亟待研究的课题。并且，在我国高校“双一流”建设的背景下，高校教师不但需要高水平的专业理论学识，更需要不断探索课程教学体系，坚持“以学生为本”的教学理念。如何将微生物学与环境工程教学有机结合，如何有效教学，如何提高环境工程专业学生学习微生物学的兴趣以及如何将微生物学理论与环境工程实际应用相结合成为目前亟待解决的问题。
一、巧用教具展示互动，提高学生学习兴趣
课堂教学实践结果分析发现，在提高学生学习兴趣的基础上，应该将微生物学与环境工程有机结合。例如，第一节课带上几套培养皿，然后问学生：“我们环境中有哪些微生物？”随后让学生自己打开培养皿盖，在空气中放置1分钟后盖上盖子。教师再问：同学们想想，下次上课，我将这几个培养皿带来，会发生什么情况？学生很好奇，各抒己见。第二次上课刚开始，学生就纷纷问老师上节课的培养皿情况，我拿出来让大家看，培养皿上长满了五颜六色的菌落。这说明一个问题，我们生存的空气中有大量的微生物。我们人类必须利用有益的微生物为人类服务，同时要遏制有害微生物，这是我们环境工程领域要解决的问题之一。通过这个教具展示互动过程，学生对环境工程微生物产生了浓厚的学习兴趣。
二、巧用热点案例分析，强化学生理解程度
环境工程专业本科生不同于生物技术或生物科学专业学生，工科学生生物学基础知识储备弱于生物专业学生。因此，在讲授过程中，应该巧用生产生活中的热点案例进行分析，提升学生理解程度。如，在讲授到“环境微生物的利与弊”时，可以运用大量学生们熟悉的案例来引导学生对知识点进行理解。例如近几年，我国大部分地区经历了严重的冬季雾霾污染，“PM10”和“PM2.5”等专业名词家喻户晓。清华大学一组研究表明，北京霧霾颗粒中含有1300多种微生物，大部分是病原微生物，因此雾霾期间，呼吸道病人人数激增。当年我国SARS爆发引发的社会恐慌，及其人类难以有效控制的艾滋病毒等热点案例，可让学生对环境微生物“有害”的方面深入了解。同时，环境微生物也是一把双刃剑，人类赖以生存的地球生态系统中，微生物在碳、氮、磷、硫、铁、锰等生源要素的地球化学循环过程中扮演着重要的角色。在城市污水处理厂的处理系统中，正是由于各种功能微生物的辛勤工作，污水才得以净化。通过这些案例的分析，告诉环境工程专业的学生要认真学习专业知识，掌握环境微生物的特点，有效控制有害微生物，利用有益微生物，做到“趋利避害”，使天更蓝、水更清。
三、巧用课程知识点解析，提升学生创新能力
在环境工程微生物学教学过程中，在老师激发出学生学习兴趣之后，学生的想象力和创造力是很强大的。在环境因子对微生物生长的影响章节，讲到“温度对环境微生物生长的影响”部分，有位学生问：“合适的温度有利于微生物的生长，那么取暖期间，教室内外环境温度差异很大，室内外微生物活性和数量有没有差异呢？”在本知识点的学习中，结合学生的提问，教师解释道：“室内饮用水管道滞留水体中微生物生长潜能受到外界环境因素的综合调控，室内管道水体水质直接影响居民身体健康和饮水安全。冬季室内采暖显著提高室内温度，然而有关冬季采暖诱导室内饮用水管道细菌繁殖的机制尚不明确。”最后，在老师的指导下，该学生兴致勃勃的申请参加课外学术竞赛，通过几次实验研究，得到实验结果，最终确定参赛的题目是“基于细胞代谢图谱解析冬季采暖诱导室内饮用水管道细菌繁殖机制”，获得评审专家的一致好评，并获奖。因此，在教学过程中，应该巧用课程知识点解析疑问，提升学生创新能力，鼓励学生积极参加全国大学生“挑战杯”、“创新杯”和“全国大学生创新创业计划”等创新竞赛，提高学生对所学知识的灵活运用与创新能力。
四、巧用现代教学手段，完善教学课件体系
随着信息技术与课堂教学的有机融合，相继出现了微课、翻转课堂、MOOC等新的现代化教学手段。微课（Mi？鄄cro？鄄Course Online Video）是指按照新课程标准及教学要求，以视频教学为主要载体，记录教师在整个教育教学过程中围绕某个知识重点、难点、疑点或教学环节而开展的典型的教与学活动全过程。另外，大型开放式网络课程（Massive Open Online Courses）即MOOC，是最近几年新涌现出来的一种在线课程开发模式，它发源于过去的那种发布资源、学习管理系统以及将学习管理系统与更多的开放网络资源整合在一起的课程开发模式。翻转课堂（Inverted Classroom）是对基于印刷术的传统课堂教学结构与教学流程的彻底颠覆，由此引发教师角色、课程模式、管理模式等一系列变革。翻转课堂教学中教师的角色从传统的圣人角色转变成导师，学生的角色更加突出学习的主体性和必要的主动性，因为如果没有一定的主动性，翻转课堂中的学习将无法进行，必须需要学生的主动操作和主动思考。它是对传统课堂的变革，是在优秀教师指导下，先学后教的教学模式。2011年，美国明尼苏达州开始试水这一新的教学模式，受到师生的欢迎，并取得了良好的效果，随后便开始风靡教育领域，各国开始探索使用该方式的教学手段。但是，并不是所有知识点都适合MOOC、微课或翻转课堂教学，主讲教师应该采用合适的教学手段，达到最优化。在环境工程微生物学教学过程中，可以将“细菌生长曲线”、“细菌细胞结构”、“病毒的增殖方式”、“污水脱氮除磷原理”等重点内容制作成微课课件，或尝试用“翻转课堂”进行知识点的传授。
五、增加教学案例分析，强化工程应用能力
在环境工程微生物学教学过程中应该与时俱进，根据学科的发展与最新进展，合理的增加教学案例分析，强化学生的工程应用能力。例如矿区污染土壤的微生物修复典型案例：菌根菌剂应用于煤炭塌陷区污染土壤的生态系统修复、西北黄土高原石油污染土壤的功能微生物菌剂原位修复技术、污染水体的功能微生物菌剂修复工程应用、分子生物学技术在污染环境中的微生物检测、发光细菌在污染水体监测中的应用和高效菌剂强化有机废弃物产生生物质能源工程应用等。通过分析国内外最近的工程应用情况，如EM菌剂的制备、高效好氧反硝化细菌分离、纯化、菌剂发酵下游工艺、菌剂活性保持和工程应用，让学生学到课本上没有的最新研究情况，为他们今后走上工作岗位，进行实际工程应用奠定坚实的专业基础。
六、选择吸收国外经验，促进教学的国际化
深入调研国外知名院校环境工程专业课程设置与教学安排，吸收先进教学理念和经验，促进本科教学与国际接轨。在环境工程专业领域，美国的斯坦福大学、加州大学伯克利分校和华盛顿大学、日本东北大学等国际一流院校在环境工程专业环境工程微生物教学研究领域积累了丰富的教学经验，各有特色。如有的大学倡导“科研助教学”，即教授将自己课题组最新的研究成果通过幽默、通俗和易懂的方式展示给学生。加拿大渥太华大学环境工程专业强化过程考核，弱化期末测试，学生平时课堂表现、期中考试成绩占正门课程成绩的70%，这样就避免了目前国内大学学生学习不认真，期末突击复习，死记硬背，考完之后，对课程知识点并没有消化理解的现象。另外，美国众多大学，本科毕业率在80%左右，有相当一部分学生不能按期毕业，这样就会督促学生提高学习主动性和能动性，我们可以借鉴和学习。教育教学的本质就是“师生互动”的双向努力的过程，仅仅依靠教师的努力，而学生懒散无动力，那么最终的教学过程也是低效或者无效的。因此，在今后的教学过程中，我们应吸取国外的先进教学管理理念、良好的教育方法，提高专业教学技能，推动“双一流”高校建设。
七、结语
在我国“一带一路”发展战略实施过程中，如何处理好经济发展与环境保护的关系至关重要，环境工程专业技术人才的培养和储备是经济发展的基石。而且，对于学科发展和学校建设而言，专业骨干课程建设有力，“双一流”建设才有根基。环境工程微生物作为环境工程专业重要的基础专业课程，其教学过程更应该进一步改革与优化，通过“四个巧用、一个增加、一个吸收经验”进行有效教学，提高教师专业教学技能和学生学习环境工程微生物的兴趣，推动“双一流”高校建设，为我国“一带一路”发展战略有效实施提供环境保护領域的智力支持与专业技术人才保障。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 刘正辉，谢文玉，张冬梅，牛显春.基于MOOC交互模式的环境微生物课程教学改革探究[J].教育观察月刊，2016（5）：9-10.
[2] 肖相政，陶雪琴，童英林. 信息技术条件下《环境微生物学》教学改革探索[J].教育教学论坛，2015（50）：97-99.
[3] 夏爽，李开，刘涛，裴国凤.翻转课堂在《环境微生物学》教学中的探索与实践[J].课程教育研究，2015（36）：151-152.
[4] 杨朝晖，曾光明，刘云国，杨霞.环境工程微生物学教学改革的探索与实践[J].大学教育科学，2004（3）：45-47.
[5] 戴捷，张竹青，邹吉高.环境工程人才需求分析与专业实践教学改革的思考[J].科技信息（科学教研），2007（31）：29-30.
[6] 张学洪，张军，曾鸿鹄.工程教育认证制度背景下的环境工程专业本科教学改革[J].中国大学教学，2011（6）：37-39.
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[10] 于妍，徐东耀.基于创新能力培养的环境工程专业实践教学环节改革与探索[J].中国校外教育，2011（10）：62-63.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]建设世界一流大学和一流学科、实施卓越工程师计划对于提升我国高等教育发展水平具有十分重要的意义。基于教学实践，可以通过巧用教具展示互动，提高学生学习兴趣；巧用热点案例分析，强化学生理解程度；巧用课程知识点解析，提升学生创新能力；巧用现代教学手段，完善教学课件体系；增加教学案例分析，强化工程应用能力；选择吸收国外经验，促进教学的国际化去实现“双一流”建设驱动环境工程微生物学教学改革，为我国“一带一路”发展战略实施提供环境保护领域的智力支持与人才保障。
[关键词]环境工程微生物学；卓越工程师计划；“双一流”建设；有效教学
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）08-0047-03
教育部实施高等院校“卓越工程师教育培养计划”是促进我国大学教育从工程教育大国迈向工程教育强国的重要步骤。“卓越工程师教育培养计划”的重点是强化大学生的工程能力和创造力，提升我国高等教育水平和层次，它也是我国高校“双一流”建设推动高等教育跨越式发展的助推器。西安建筑科技大学环境与市政工程学院是我国西部地区12省市里唯一拥有环境类国家重点学科，并同时拥有环境工程国家重点学科的学院，为我国西部地区培养了大批环境工程领域的人才，分布在市政污水处理、环境监测和环保设备开发与研制等领域，学院环境工程专业的发展为我国“一带一路”发展战略的有效实施提供智力与人才保障。
微生物学是我国高等院校生命科学类专业必开的一门重要基础课或专业基础课，是生物学八大基础课之一。同时，微生物学也是高等工科院校环境类专业发展及环境科学与工程教学研究的重要基石之一。随着分子生物技术的广泛应用，微生物学对现代与未来人类赖以生存的环境必将产生巨大影响。微生物学作为生物学的八大基础课程之一，与其他学科交叉衍生出众多学科，例如医学微生物学、农业微生物学、土壤微生物学、微生物生态学、微生物生理学和微生物分子生物学等。环境工程微生物学的发展为环境工程专业教学与科研注入了新鲜血液。根据专业培养目标，环境工程专业主要培养本科生掌握水污染控制工程、空气污染控制工程、固体废物处理处置与资源化工程的基本原理和设计方法，其中环境工程微生物学作为环境工程专业核心基础课程在专业发展和学生培养方面发挥着重要作用。
笔者作为西安建筑科技大学环境工程国家重点学科的一名青年教师，主要对本科生进行环境工程微生物课程的教学。卓越工程师计划对讲课教师提出更高的要求，在卓越工程师计划实施过程中如何提升环境工程微生物学教学质量，提高学生学习兴趣，培养具有国际化视野的环境工程领域专业技术人才成为亟待研究的课题。并且，在我国高校“双一流”建设的背景下，高校教师不但需要高水平的专业理论学识，更需要不断探索课程教学体系，坚持“以学生为本”的教学理念。如何将微生物学与环境工程教学有机结合，如何有效教学，如何提高环境工程专业学生学习微生物学的兴趣以及如何将微生物学理论与环境工程实际应用相结合成为目前亟待解决的问题。
一、巧用教具展示互动，提高学生学习兴趣
课堂教学实践结果分析发现，在提高学生学习兴趣的基础上，应该将微生物学与环境工程有机结合。例如，第一节课带上几套培养皿，然后问学生：“我们环境中有哪些微生物？”随后让学生自己打开培养皿盖，在空气中放置1分钟后盖上盖子。教师再问：同学们想想，下次上课，我将这几个培养皿带来，会发生什么情况？学生很好奇，各抒己见。第二次上课刚开始，学生就纷纷问老师上节课的培养皿情况，我拿出来让大家看，培养皿上长满了五颜六色的菌落。这说明一个问题，我们生存的空气中有大量的微生物。我们人类必须利用有益的微生物为人类服务，同时要遏制有害微生物，这是我们环境工程领域要解决的问题之一。通过这个教具展示互动过程，学生对环境工程微生物产生了浓厚的学习兴趣。
二、巧用热点案例分析，强化学生理解程度
环境工程专业本科生不同于生物技术或生物科学专业学生，工科学生生物学基础知识储备弱于生物专业学生。因此，在讲授过程中，应该巧用生产生活中的热点案例进行分析，提升学生理解程度。如，在讲授到“环境微生物的利与弊”时，可以运用大量学生们熟悉的案例来引导学生对知识点进行理解。例如近几年，我国大部分地区经历了严重的冬季雾霾污染，“PM10”和“PM2.5”等专业名词家喻户晓。清华大学一组研究表明，北京霧霾颗粒中含有1300多种微生物，大部分是病原微生物，因此雾霾期间，呼吸道病人人数激增。当年我国SARS爆发引发的社会恐慌，及其人类难以有效控制的艾滋病毒等热点案例，可让学生对环境微生物“有害”的方面深入了解。同时，环境微生物也是一把双刃剑，人类赖以生存的地球生态系统中，微生物在碳、氮、磷、硫、铁、锰等生源要素的地球化学循环过程中扮演着重要的角色。在城市污水处理厂的处理系统中，正是由于各种功能微生物的辛勤工作，污水才得以净化。通过这些案例的分析，告诉环境工程专业的学生要认真学习专业知识，掌握环境微生物的特点，有效控制有害微生物，利用有益微生物，做到“趋利避害”，使天更蓝、水更清。
三、巧用课程知识点解析，提升学生创新能力
在环境工程微生物学教学过程中，在老师激发出学生学习兴趣之后，学生的想象力和创造力是很强大的。在环境因子对微生物生长的影响章节，讲到“温度对环境微生物生长的影响”部分，有位学生问：“合适的温度有利于微生物的生长，那么取暖期间，教室内外环境温度差异很大，室内外微生物活性和数量有没有差异呢？”在本知识点的学习中，结合学生的提问，教师解释道：“室内饮用水管道滞留水体中微生物生长潜能受到外界环境因素的综合调控，室内管道水体水质直接影响居民身体健康和饮水安全。冬季室内采暖显著提高室内温度，然而有关冬季采暖诱导室内饮用水管道细菌繁殖的机制尚不明确。”最后，在老师的指导下，该学生兴致勃勃的申请参加课外学术竞赛，通过几次实验研究，得到实验结果，最终确定参赛的题目是“基于细胞代谢图谱解析冬季采暖诱导室内饮用水管道细菌繁殖机制”，获得评审专家的一致好评，并获奖。因此，在教学过程中，应该巧用课程知识点解析疑问，提升学生创新能力，鼓励学生积极参加全国大学生“挑战杯”、“创新杯”和“全国大学生创新创业计划”等创新竞赛，提高学生对所学知识的灵活运用与创新能力。
四、巧用现代教学手段，完善教学课件体系
随着信息技术与课堂教学的有机融合，相继出现了微课、翻转课堂、MOOC等新的现代化教学手段。微课（Mi？鄄cro？鄄Course Online Video）是指按照新课程标准及教学要求，以视频教学为主要载体，记录教师在整个教育教学过程中围绕某个知识重点、难点、疑点或教学环节而开展的典型的教与学活动全过程。另外，大型开放式网络课程（Massive Open Online Courses）即MOOC，是最近几年新涌现出来的一种在线课程开发模式，它发源于过去的那种发布资源、学习管理系统以及将学习管理系统与更多的开放网络资源整合在一起的课程开发模式。翻转课堂（Inverted Classroom）是对基于印刷术的传统课堂教学结构与教学流程的彻底颠覆，由此引发教师角色、课程模式、管理模式等一系列变革。翻转课堂教学中教师的角色从传统的圣人角色转变成导师，学生的角色更加突出学习的主体性和必要的主动性，因为如果没有一定的主动性，翻转课堂中的学习将无法进行，必须需要学生的主动操作和主动思考。它是对传统课堂的变革，是在优秀教师指导下，先学后教的教学模式。2011年，美国明尼苏达州开始试水这一新的教学模式，受到师生的欢迎，并取得了良好的效果，随后便开始风靡教育领域，各国开始探索使用该方式的教学手段。但是，并不是所有知识点都适合MOOC、微课或翻转课堂教学，主讲教师应该采用合适的教学手段，达到最优化。在环境工程微生物学教学过程中，可以将“细菌生长曲线”、“细菌细胞结构”、“病毒的增殖方式”、“污水脱氮除磷原理”等重点内容制作成微课课件，或尝试用“翻转课堂”进行知识点的传授。
五、增加教学案例分析，强化工程应用能力
在环境工程微生物学教学过程中应该与时俱进，根据学科的发展与最新进展，合理的增加教学案例分析，强化学生的工程应用能力。例如矿区污染土壤的微生物修复典型案例：菌根菌剂应用于煤炭塌陷区污染土壤的生态系统修复、西北黄土高原石油污染土壤的功能微生物菌剂原位修复技术、污染水体的功能微生物菌剂修复工程应用、分子生物学技术在污染环境中的微生物检测、发光细菌在污染水体监测中的应用和高效菌剂强化有机废弃物产生生物质能源工程应用等。通过分析国内外最近的工程应用情况，如EM菌剂的制备、高效好氧反硝化细菌分离、纯化、菌剂发酵下游工艺、菌剂活性保持和工程应用，让学生学到课本上没有的最新研究情况，为他们今后走上工作岗位，进行实际工程应用奠定坚实的专业基础。
六、选择吸收国外经验，促进教学的国际化
深入调研国外知名院校环境工程专业课程设置与教学安排，吸收先进教学理念和经验，促进本科教学与国际接轨。在环境工程专业领域，美国的斯坦福大学、加州大学伯克利分校和华盛顿大学、日本东北大学等国际一流院校在环境工程专业环境工程微生物教学研究领域积累了丰富的教学经验，各有特色。如有的大学倡导“科研助教学”，即教授将自己课题组最新的研究成果通过幽默、通俗和易懂的方式展示给学生。加拿大渥太华大学环境工程专业强化过程考核，弱化期末测试，学生平时课堂表现、期中考试成绩占正门课程成绩的70%，这样就避免了目前国内大学学生学习不认真，期末突击复习，死记硬背，考完之后，对课程知识点并没有消化理解的现象。另外，美国众多大学，本科毕业率在80%左右，有相当一部分学生不能按期毕业，这样就会督促学生提高学习主动性和能动性，我们可以借鉴和学习。教育教学的本质就是“师生互动”的双向努力的过程，仅仅依靠教师的努力，而学生懒散无动力，那么最终的教学过程也是低效或者无效的。因此，在今后的教学过程中，我们应吸取国外的先进教学管理理念、良好的教育方法，提高专业教学技能，推动“双一流”高校建设。
七、结语
在我国“一带一路”发展战略实施过程中，如何处理好经济发展与环境保护的关系至关重要，环境工程专业技术人才的培养和储备是经济发展的基石。而且，对于学科发展和学校建设而言，专业骨干课程建设有力，“双一流”建设才有根基。环境工程微生物作为环境工程专业重要的基础专业课程，其教学过程更应该进一步改革与优化，通过“四个巧用、一个增加、一个吸收经验”进行有效教学，提高教师专业教学技能和学生学习环境工程微生物的兴趣，推动“双一流”高校建设，为我国“一带一路”发展战略有效实施提供环境保护領域的智力支持与专业技术人才保障。
[ 参 考 文 献 ]
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[责任编辑：钟 岚]
