孫　艷, 胡洪營, 陸　韻, 楊宏偉, 左劍惡

(清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院, 北京　100084)

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環(huán)境工程微生物學(xué)研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)與實(shí)踐

孫艷, 胡洪營, 陸韻, 楊宏偉, 左劍惡

(清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院, 北京100084)

將分子生物學(xué)、基因組學(xué)和環(huán)境工程微生物學(xué)相結(jié)合,開發(fā)研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,有利于開闊學(xué)生視野、提高學(xué)生創(chuàng)新思維和科研能力。實(shí)踐表明,通過研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的開展和實(shí)施,學(xué)生不僅掌握了基礎(chǔ)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法和操作技能,而且掌握了分子生物學(xué)、基因組學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù),在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、結(jié)果分析等方面也得到了全方位的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

環(huán)境工程微生物學(xué)； 研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目； 科研素質(zhì)

環(huán)境工程微生物學(xué)是環(huán)境科學(xué)與工程和生命科學(xué)的交叉學(xué)科[1],是環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)和給排水工程等專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程,其實(shí)驗(yàn)教學(xué)是聯(lián)系理論和實(shí)踐的紐帶,是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)思維、創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),具有極強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性[2-5]。環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及環(huán)境和生物兩個(gè)領(lǐng)域,要求學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)掌握專業(yè)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)、操作技能,并具備較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排必須科學(xué)合理[6-7]。目前,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以基礎(chǔ)型和綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主導(dǎo),學(xué)生主要學(xué)習(xí)和掌握微生物的觀察、培養(yǎng)、分離、保藏、復(fù)壯、滅菌、無菌操作等基本的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法及環(huán)境微生物的應(yīng)用技術(shù)等。隨著分子生物學(xué)、基因組學(xué)等相關(guān)技術(shù)不斷滲透到環(huán)境工程應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域[8],僅以基礎(chǔ)型、綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)課程難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,也難以使學(xué)生熟練掌握現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的理論知識(shí)和操作技術(shù)[9-11]。為了使學(xué)生掌握的實(shí)驗(yàn)技能和工程應(yīng)用保持同步,在基礎(chǔ)型和綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上開設(shè)了研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,力圖實(shí)現(xiàn)學(xué)生在熟悉、精通常用微生物實(shí)驗(yàn)基本操作的基礎(chǔ)上,了解、掌握現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

1　研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)

研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是在學(xué)生掌握環(huán)境工程微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能后開發(fā)的研究項(xiàng)目或自主提出的探索性研究課題,主要是訓(xùn)練學(xué)生背景調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)搭建、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果表達(dá)等多個(gè)環(huán)節(jié),開闊學(xué)生視野,強(qiáng)化分析問題、解決問題的能力[12]。要求學(xué)生在給定的時(shí)間內(nèi),完成從選題、文獻(xiàn)調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、結(jié)果分析、成果匯報(bào)與提交等所有環(huán)節(jié)的內(nèi)容。其目的是激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和科研的積極主動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主的科研能力。

2　研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)踐

研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施步驟如圖1所示。

圖1　研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施步驟

2.1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

首先由理論教師指定專題范圍,提出設(shè)計(jì)原則和要求,并將實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的儀器設(shè)備介紹給學(xué)生,學(xué)生需在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

方案設(shè)計(jì)以小組合作形式進(jìn)行,采取自由組合分組,每小組4名學(xué)生,并選出1人作為組長。每組學(xué)生針對(duì)專題范圍選題后,根據(jù)已掌握的環(huán)境工程微生物學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)并結(jié)合文獻(xiàn)資料調(diào)研和現(xiàn)場調(diào)查進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)期間,定期安排時(shí)間由指導(dǎo)教師和助教幫助學(xué)生解決疑難問題,修改實(shí)驗(yàn)方案。同時(shí),教師還會(huì)為學(xué)生提供方案設(shè)計(jì)范例,以供學(xué)生參考。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)完畢后,設(shè)立一次討論課,每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組以答辯形式介紹設(shè)計(jì)方案的背景、目的、技術(shù)路線和方法及預(yù)期結(jié)果,由理論教師、實(shí)驗(yàn)教師、同學(xué)提出問題和建議,對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善,確保實(shí)驗(yàn)的可行性。

2.2實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施

實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施前,各小組組長根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需求填寫申請(qǐng)表,提交實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心預(yù)約實(shí)驗(yàn)儀器及材料,審核通過后,學(xué)生方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施過程中,實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心環(huán)境工程微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室全天開放,以滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)實(shí)施全過程的指導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)室安全和管理,并督促學(xué)生實(shí)驗(yàn)后還原儀器設(shè)備、清理實(shí)驗(yàn)室、檢查水電。實(shí)驗(yàn)助教協(xié)助指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生,并對(duì)實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備進(jìn)行操作說明,輔助實(shí)驗(yàn)室安全管理工作,保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中涉及的實(shí)驗(yàn)步驟、操作方法及注意事項(xiàng)、試劑的配置、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等,學(xué)生須做詳細(xì)的記錄,以便對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理分析和科學(xué)解釋。實(shí)驗(yàn)時(shí)間除了部分固定外,其他時(shí)間由學(xué)生自由掌握,充分尊重學(xué)生的要求,達(dá)到個(gè)性化培養(yǎng)的目的,鍛煉學(xué)生的時(shí)間管理能力。

實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程主要是培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同合作、互助互利的團(tuán)隊(duì)精神,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問題的科研能力和獨(dú)立創(chuàng)新的工作能力。

2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示及評(píng)定

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,要求學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告,內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器和材料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析與討論、結(jié)論5個(gè)部分。同時(shí),實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告內(nèi)容須制作成幻燈片,以小組為單位進(jìn)行總結(jié)交流與答辯評(píng)定。實(shí)驗(yàn)評(píng)定以評(píng)分形式進(jìn)行,由教師、助教和各小組組長從實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、方案的可行性、實(shí)驗(yàn)過程的執(zhí)行及實(shí)驗(yàn)結(jié)果、總結(jié)分析等多方面對(duì)各小組展示進(jìn)行打分評(píng)價(jià)。

3　研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的成效

通過研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)踐,學(xué)生不僅掌握了基礎(chǔ)的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法和操作技能,而且掌握了分子生物學(xué)、基因組學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù),將單一的微生物學(xué)技術(shù)系統(tǒng)綜合化,使學(xué)生能夠有系統(tǒng)、有深度、有規(guī)劃地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、結(jié)果分析等方面得到了全方位的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

采用分組形式自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,有助于學(xué)生明確職責(zé)、分工協(xié)作,形成凝聚力較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì),也有助于保證實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中的組織性和紀(jì)律性,培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。

在基礎(chǔ)型和綜合型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究型實(shí)驗(yàn),這種階梯式的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置模式使學(xué)生不僅掌握了基本的實(shí)驗(yàn)技能,更重要的是激發(fā)和調(diào)動(dòng)了實(shí)驗(yàn)興趣和科研熱情,提高了科研素質(zhì)與能力,增強(qiáng)了師生的溝通和理解。同時(shí)學(xué)生對(duì)環(huán)境工程微生物學(xué)應(yīng)用也有了更深入的認(rèn)識(shí),取得了很好的教學(xué)效果。

4　結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論聯(lián)系實(shí)際的最好形式,也是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維的重要手段[13]。以加強(qiáng)技能綜合性和科學(xué)探究先進(jìn)性為原則,堅(jiān)持教學(xué)改革和創(chuàng)新,不斷強(qiáng)化綜合型和研究型實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式,逐步提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的開發(fā)與實(shí)踐為本科生構(gòu)建了研究型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),為本科生科研素質(zhì)的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ),有助于引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生掌握和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決當(dāng)前所面臨的復(fù)雜環(huán)境問題的能力、良好的科研素質(zhì)以及創(chuàng)新精神。

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Developmentandpracticeofresearch-basedexperimentalprojectsinenvironmentalengineeringmicrobiology

SunYan,HuHongying,LuYun,YangHongwei,ZuoJiane

(SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Therelatedexperimentteachinghasstrongpracticalityandapplicability.Combiningmolecularbiology,genomicsandenvironmentalengineeringmicrobiologytodevelopresearch-basedexperimentteachingprojectisbeneficialtowidenstudents’viewandimprovestudents’innovativethinkingandscientificresearchability.Thepracticeinresearch-basedexperimentalteachingshowsthattheprojectcannotonlyhelpstudentsmasterthebasicresearchmethodsandskillsofmicrobiologyexperiment,butalsohelpthemmastertheapplicationtechnologiesofmolecularbiologyandgenomicsusedinenvironmentalfield.Thestudentshavereceivedafullrangeofcultivatingandtrainingfordesigningexperiment,implementingprojectandanalyzingresults.

environmentalengineeringmicrobiology;research-basedexperimentalproject;scientificresearchquality

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.055

2015-12-16

清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新基金

孫艷(1977—),女,黑龍江牡丹江,博士,工程師,研究方向?yàn)榄h(huán)境工程微生物學(xué).

E-mail：sun_yan@tsinghua.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)7-0217-03