管窥环境工程微生物的教学

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1教学内容的改革

1.1教材和参考书的选择

我们选择普通高等教育“十一五”国家级规划教材—周群英和王士芬主编的《环境工程微生物学》作为主要的教学依据。为了使学生更多地了解环境微生物学的发展，我们向学生推荐多本相关的参考书，比如王家玲主编的《环境微生物学》、沈萍著的《微生物学》、张兰英等编著的《现代环境微生物技术》、常学秀等编著的《环境污染微生物学》，周少奇编著的《环境生物技术》。此外，补充一些相关的国内外期刊文献，让学生课后自主学习和拓展相关知识。

1.2优化和更新教学内容

环境工程微生物学的教学内容包括两方面：一是基础微生物学的知识(微生物的特点、营养、代谢和生长繁殖、遗传和变异等)，二是微生物在物质循环和环境污染控制中的作用和微生物新技术在环境工程中的应用等方面的内容。前者是后者的理论基础，后者则是前者的工程应用。但是，本课程和环境污染问题和污染控制工程密切相关，其其教学内容和教学重点需要强化微生物生态学、极端环境中的微生物、污染物的生物降解、废水生物处理等微生物原理。教师的讲解应强调微生物细胞、生理、遗传方面的独特性，并对这些特性在环境工程领域的应用展开详细介绍，同时需要注意各知识单元的逻辑衔接。例如，教学工程中，我们将“原生动物和微型后生动物”与“污染水体的微生物生态”和“污水生物处理中的生态系统”、“微生物与微生物之间的关系”与“活性污泥和氧化膜中微生物”和“氧化塘处理废水的微生物原理”、“微生物的厌氧呼吸”与“废水的厌氧处理”有机地衔接。当今，日新月异的分子生物学技术不断渗透到在环境工程中的应用。为了让学生了解悉学科前沿性，为他们将来开展科学研究打下良好的基础。例如，课本上主要介绍了各种培养方法测定环境样品中微生物总数，然而环境样品中的绝大多数微生物是不可培养的。因此，我们补充介绍微生物分子生态学技术方法在的环境样品中微生物群落结构和功能多样性中的应用；在讲解细菌的遗传物质时，介绍质粒在环境工程中应用的研究现状与展望。

1.3科研项目与教学内容相结合

在教学过程中，我们将我系老师的相关科研课题融入到教学内容，使学生了解我系老师的研究项目，激发他们的听课兴趣；同时也将科研的思想、方法、成果和先进的技术理论融入教学中。例如，笔者在讲授“土壤生物修复”结合国家自然科学基金项目“内生细菌强化植物修复重金属污染土壤”、“微生物与氮循环的关系”结合广东省自然科学基金项目“黑臭底泥原位氧化过程氮的迁移转化规律及其微生物学机制”和国家青年科学基金项目“城市河道原位修复过程中泥水界面限氧脱氮的过程机理及功能强化”。

1.4优化实验教学内容

长期以来，环境工程微生物学的试验内容都是一个个独立的验证性实验，如“培养基的配制与灭菌”、“微生物的革兰氏染色”、“细菌的纯种分离培养”等。由于学生只是照着实验步骤一步一步机械地做下来，试验过程中很容易出现错误，他们也只是初步熟悉了一些微生物实验的基本操作，无法将实验的原理和操作应用到实际问题中。为了培养学生综合运用知识、独立思考和创新能力，我们开设“土壤/池塘/河涌底泥/污泥中的抗Cu细菌的分离、纯化及其菌落观察”综合试验。要求学生首先自主设计实验方案，具体做法是：

(1)老师在第一节课给出实验题目，每5~6个学生组成一个实验小组；

(2)学生自主查找文献资料，撰写实验方案(包括试验目的、试验原理、培养基配方、药品、仪器、培养条件、实验步骤等)；

(3)老师审阅试验方案，学生进一步修改；

(4)学生实施实验；

(5)学生整理实验资料、分析实验数据，撰写实验报告。在这个环节中充分发挥了学生的自主性和创造性，学生的独立思考、分析和解决问题、团结协作等能力得到了锻炼和提高。

2教学方法的改革

2.1采用多种教学手段，激发学生的学习兴趣

为了激发学生的学习兴趣，我们在教学过程中积极探索启发式、讨论式等多种的教学方法和手段，激发学生的兴趣。教师主要讲解重点和难点的内容，其他内容以学生自学为主，通过做练习题和回答问题的方式加以巩固。例如，对于第一篇微生物基础，教师重点讲述细菌的细胞结构特点，其次是原生动物和微型后生动物；而对于病毒、衣原体、支原体等内容，则让学生自学和完成练习题的方式；对于蓝藻和真核藻类、主要让学生归纳总结引起湖泊“水华”和海洋“赤潮”的主要藻类等。在第二篇微生物应用，教师详细讲解氨化作用、硝化作用、反硝化作用等反应过程、参与微生物及其影响因素；学习废水的生物脱氮原理时，采取了“学生自学为主，教师组织讨论和总结”的教学方式。这种教学方式既节省了课时，同时又锻炼了学生的自学能力、认识能力和分析能力。另外，我们也采用问题式导入式教学方法。例如，为了解释原生动物与微型后生动物在污水生物处理中的指示作用，教师首先依次让学生观看“城市污水处理厂—瀑气池－活性污泥－原生动物和微型后生动物”的图片，让大家对原生动物和微型后生动物有一个感性的认识。然后抛出问题：“这些动物在城市污水处理系统中扮演什么角色？不同的原生动物和微型后生动物在活性污泥中的出现又预示着什么？”问题的提出强烈地吸引了学生的注意力和激起了学生的兴趣，教师趁机从原生动物和微型后生动物的形态、分类、营养、生活习性等来解释了为什么在城市污水处理厂的不同运行状况时会出现不同的原生动物和微型后生动物，从而给学生留下了深刻的印象。为了让学生深入了解当前环境微生物的前言研究，教师设置讨论专题题目，如石油烃土壤的微生物修复、藻类与水体富营养化、重金属废水的生物吸附等，激发学生自主学习的动力。让学生课后大量查阅文献，对相关知识进行拓展。

2.2不断完善多媒体课件，提高教学效果

微生物形体微小、结构简单、种类繁多，肉眼无法直接观察，需要借助显微镜才能观察其细胞形态和结构，学生对它们缺乏感性认识，客观上造成微生物学知识纷繁杂乱。在教学中通过展现大量生动形象的微生物照片，可以使学生容易认识和区分种类繁多的微生物，印象深刻，易于激发学习兴趣。例如，在讲授绪论章中微生物的“分布广”时，教师配以美国黄石国家森林公园的高温温泉水、硫铁矿矿坑水、污水处理厂活性污泥等的显微照片加以形象说明，从而帮助学生理解和加深印象。在讲述细菌的形态时，用图片来显示球菌、杆菌、丝状菌的形态；在讲述病毒的复制过程中，采用动画来形象的演示从病毒吸附到裂解宿主细胞的全过程。

2.3认真编写练习题，督促学生课后及时复习巩固

以兴趣作为动力，以平时作业和打分施加压力，从而激发学生自主学习。在第一节课，教师把考核标准告知学生，最终成绩由平时考勤(10%)、课程作业(15%)、试验方案和试验报告(15%)和期末考试(60%)四部分组成。笔者结合课程内容和参考相关院校的考研题目，认真编写每一章的练习题，题型包括填空题、选择题、判断题、简答题和论述题等。练习题的内容以课堂讲述过的问题或书本上的知识为主，目的是督促学生及时复习巩固已学内容；同时，布置1~2题有关微生物在环境工程中的应用或者当前环境微生物研究热点或难点问题，学生需要通过查阅资料、思考和归纳才能完成。学生在完成作业的过程中会会产生一些新问题，在下次上课的时候，学生可以就作业中的问题向教师提出疑问，教师对此进行解答。这样，作业不单丰富了学生的知识，更是师生间互相了解和互相沟通的渠道。

作者：龙新宪种云霄陈娴单位：华南农业大学资源环境学院