OBE理念下的《环境工程微生物学实验》教学改革与实践

宋晓红 李艳红 张立浩 朱宗强 曾鸿鹄 张琴 梁延鹏

摘  要：在新工科建设和环境工程专业认证背景下，基于OBE教学理念，文章从学生培养质量出发，围绕着实验教学全过程，从实验教学平台、实验教学大纲、实验教学内容、实验教学方法、实验教学队伍、实验教学考核与质量评价等方面，针对性地开展了教学改革研究与持续性改进，有效实现了教学互长，提高了《环境工程微生物学实验》的教学效果。

关键词：环境工程微生物学实验;OBE教学理念;教学改革

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）07-0136-03

Abstract： Under the background of new engineering construction and accreditation of engineering education， we carried out an educational reform based on the mode of outcomes-based education （OBE）. We focused on the learning results of students and performed the research and reform in a targeted manner surrounding the whole process of experimental course， namely the experimental teaching platform， experimental teaching outline， experimental teaching content， experimental teaching method， experimental teaching team， experimental teaching evaluation and quality assurance， which effectively realized the mutual learning of teachers and students， and also improved the educational effect of "Environmental Engineering Microbiology Experiment".

Keywords： Environmental Engineering Microbiology Experiment; OBE teaching concept; educational reform

在“新工科”建設背景下，国家社会与环境事业发展新时代对工程应用型人才的培养提出了新需求。要培养应用型的创新人才和具有时代特征的卓越环保工程师，必须重视和强化实验教学在人才培养中的基础作用，跟踪行业发展和学科前沿，不断开展实验教学改革与实践，以培养学生独立发现问题、分析问题和最终解决问题的能力。

OBE（Outcomes-based Education），基于学习产出的教育模式，从20世纪80年代发展至今，已成为美国、加拿大和英国等国家教育改革的主流理念[1]。我国教育部以OBE理念为基础发起了卓越工程师教育培养计划、工程教育专业认证和新一轮的高等院校审核评估，以实际工程应用为导向，满足行业人才需求为目标，注重对学生学习成果的评价，引导教师不断完善教学方法，培养了大批应用型创新工程人才。

《环境工程微生物学实验》课程是高等学校环境科学与工程专业的重要专业核心必修课，该课程将微生物学的基本原理、方法、技术与环境工程专业知识相结合并应用于环境工程实践，有助于培养学生的实践能力、创新意识和科学素养，为提高工程治理效果和环境微生物的研究奠定坚实的基础，也是认识和解决环境问题的重要武器。受地方高校场所、经费、师资等条件限制，环境工程微生物实验课程主要存在实验内容陈旧、与实际环境问题联系不紧密、实验教学手段单一、实验教学考核方式不科学、实验课程不受重视、师资队伍配套参差不齐等问题[2，3]。

桂林理工大学环境工程专业已被列入“国家卓越工程师教育培养计划项目”与“教育部地方高校第一批本科专业综合改革试点专业”，2017年通过了中国工程教育专业认证协会认证。基于OBE理念，本课程教师结合日常的实验教学实践情况以及评估过程中专家组的建议，坚持以学生为中心，以学习效果为导向，围绕着该课程的教学全过程，从完善实验教学平台、优化实验教学体系、改进实验教学评价方式等方面，开展了持续改进的课程探索、改革与实践。

一、利用现代信息技术完善实验室平台建设，为实验教学提供保障

随着现代信息技术的高速发展，传统的教育模式、教学方法、教学手段等正在转变，高校师生的学习习惯和思维方式也发生了较大改变。要跟上“互联网+教育”的发展步伐，必须加强软硬件建设，为实验教学现代化的发展提供保障。在水污染控制国家级实验教学示范中心以及环境污染防治与生态保护虚拟仿真国家级实验教学中心的建设基础上，本学院在本科教学实验室安装了智能门禁系统和数字化视频安全监控系统，配套建设了实验室安全培训与管理系统，实现实验室的7×24模式全天候开放与信息化管理，为开放性和创新性实验项目的开展提供了硬件支持。

本课程的一个基础实验项目是“显微镜的使用、主要微生物类群（细菌、放线菌、藻类、酵母菌、霉菌）的形态观察及活性污泥中活体微生物的观察”。微生物个体微小、种类繁多，肉眼无法直接分辨，需借助微生物染色技术和显微镜才能观察其形态结构。在实际教学中，需实时观察活性污泥中微生物的活性形态、测定微生物的形态大小和数目，但传统的光学显微镜无法让教师掌握学生的学习动态。本学院构建了数码显微互动实验室，36台套数码显微镜系统保证了学生的100%使用率，教师可以快速方便的实时监控学生显微镜的微生物图像，从而增强指导的针对性，提升教学效率，达到更理想的教学效果。为结合工程实际，教师为学生准备了不同污水处理厂的活性污泥样品，学生鉴别活性污泥中微生物种类并开展活性污泥活性评价是该实验项目的重点与难点。学院建立了典型活性污泥微生物图库与鉴别指南，为学生提供真实形象的参考依据，有效提高了学生对知识点的掌握程度。

二、紧跟学科前沿与行业发展，契合人才培养目标优化实验教学体系

（一）注重课程发展，修订实验教学大纲

教学大纲内容老化、与实际联系不紧密是本课程传统教学中存在的一个重要问题。若只注重微生物的基本理论和技能，不与实际环境问题相结合，学生不具备运用微生物处理环境问题的能力，将无法体现环境工程专业学生的特色，也难以提高学生的学习热情。

在新工科发展背景下，本学院与时俱进更新教学理念，以学科评估和专业工程认证为契机，结合学生毕业需求，理论课教师与实验课教师共同研究课程新方向，优化培养目标，重构实验课程体系，修订实验课教学大纲。本课程根据不同的学习要求与培养目标，按照环境工程专业卓越班与普通班开展分类培养。自2015年起，本门课程全部独立成课，增加学时至16学时1学分，纳入环境工程专业核心课程。归纳课程知识点与实验操作要点，重新整合实验项目，将实验项目分为必修与选修两部分，构建了基础性实验-提升性实验-综合创新实验多层次教学体系，通过基础、示范、综合与设计4个模块循序渐进的学习过程[4]，为学生提供自主选择和自主学习的空间，进一步培养学生的科研思维、创新能力和团队合作意识。

（二）契合行业需求，更新实验教学内容

根据实验大纲，重新编撰和修改实验教材，实验教材的内容分为基础性实验、综合性实验和现代环境微生物实验。根据实验内容的方向和实验报告的质量，分类汇总历年的综合实验报告，为学生提供参考依据;将科研成果融入实验教材，根据环境微生物方向的科研项目方案、最新成果与实践动态，开展了特色实验汇编整理;增强与污水厂、环保单位及企业的交流，根据行业发展前沿，及时更新实验内容。

例如，围绕水质标准中微生物的检测指标，参考相关企业单位的监测实践，本课程运用最新的国标法设计和开展了水中细菌总数测定与大肠菌群数的测定实验，使学生掌握最新的环境微生物检测方法，有效连接了课堂与工程实际，激发了学生的学习兴趣，具有良好的实践效果;分子生物学技术在环境微生物的学习和研究中具有重要的作用，教师可以引导学生在综合实验的开展中融入相关内容，譬如细菌质粒DNA的提取和PCR扩增实验等，拓展学生的知识面和专业技能。

（三）紧跟时代发展，丰富实验教学方式

教学是教与学的双向互动过程，传统的教学方法往往以教師为中心，学生被动的接受灌输和开展实验。教师讲述实验原理、实验步骤，现场演示操作，强调相关注意事项后，学生按部就班地完成实验。由于课时的限制，学生通常只能按流程把实验完成，若出现操作失误或微生物污染等情况导致实验失败，也无法在课堂上从头再来，这种一遍体验式的实验教学方法，难以保障学习效果。

本课程根据基础性实验、提升性实验和综合性实验开展不同的教学方式。学生在基础性实验和提升性实验环节学习不同的基础性微生物实验操作技能，并适当引导学生拓展思维，了解微生物实验技术在环境工程中的应用，学会分析实验数据，开展实验总结。综合性实验要求学生分组查阅资料，围绕着土壤、水环境和空气3种不同介质的微生物，在基础性实验和提升性实验所学习的实验技能基础上，设计和撰写实验方案，教师负责把握实验方案的方向和可行性，将需要掌握的知识点全部纳入实验方案中，学生根据修改完善的方案，在教师监督下进入实验室开展和完成实验内容。

除了现场演示、操作示范等教学方式，本课程也利用在线课程、慕课、微课等媒介，拓展学生学习的广度与学习时空，通过生动的动画与视频演示、精确的仿真模拟和形象的多媒体展示等教学形式，分解繁琐的实验步骤，将抽象的微生物具体化，使复杂的变化过程可视化，虚实结合提升学生对实验原理的理解，增强其对实验内容的感性和理性认识，以更深入地掌握相关知识点和注意事项，增强学生对实验技能的掌握。

（四）鼓励继续教育，优化实验教学队伍

根据不同学校的办学情况与师资力量，实验教学队伍通常可分为三种，即理论/实验课兼任型，理论课教师同时完成实验教学任务，实验室教师只做教辅工作，负责实验设备与试剂的准备工作;理论/实验课分开型，理论课教师与实验室教师各司其职，分别完成理论课与实验课任务;理论/实验课贯穿型，理论课教师与实验室教师分工合作，共同完成实验教学任务。此外，国外高校普遍把实验课的教学任务交给了研究生，而国内也有高校将部分实验教学环节单独交予研究生助教，教学效果难以保证。

本课程坚持教授或高级职称教师授课制度，由高级职称教师带领中级职称教师、由理论课教师和专职实验室教师共同完成实验教学任务。完善教师队伍质量提升与管理制度，提高实验教学队伍准入门槛和考核指标，以培训促成长，以考核促进步，提高教师队伍素质。授课教师每年开展教学改革研究，探讨教学过程中发现的问题，改善教学方法，更新或改进实验教学设备;参加学校组织的慕课、精品网络课程、在线开放课程、教学沙龙、优秀教学经验分享会、教学名师讲座等活动，不断提高专业技能;参加全国高校实验室安全管理会议、实验教学示范中心会议、虚拟仿真实验教学项目建设交流会等，学习与掌握实验教学的最新发展动态与先进方法，提高专业水准。鼓励教师出国访学、继续教育，到相关企业、事业单位、兄弟院校交流学习或挂职锻炼，学习优秀的教学方法、拓展专业知识面、丰富实践经验。目前，本课程的1/2授课教师有出国访学的经历。

三、结合实际教学情况加强实验教学过程管理，改进教学考核与质量评价方式

（一）细化实验教学考核方式

本课程的教学考核分为实验操作和实验报告两部分。实验报告分为基础实验报告和综合实验报告两部分，其中综合实验报告按照科技论文的形式撰写，包括摘要、前言、实验材料与方法、实验结果、讨论和参考文献等部分，有效提高了学生分析问题和解决问题的能力，有助于培养学生的科研素养。

根据督导组和评估专家组的建议，本课程对基础实验报告本进行了更新和改进，改变了以往单一的实验报告形式，将实验报告分为预习报告、课堂数据记录和实验报告三部分。预习报告在课堂上进行检查，同时要求学生按时上交实验报告，教师及时批改下发，并于课堂上对实验报告情况进行讲解和总结，有助于提高学生对课程的重视和学习自觉性。此外，利用学情分析系统开展成绩分析和学情预警，开展有效的课程监督。

（二）强化实验教学过程管理

受實验室场所限制，兼顾教学效果，实验课一般根据课程容量采取分批上课的形式，学生与教师的交流时间有限，导致学生与教师的交互性不强，也为课堂表现与实验操作的评价带来了困难。本课程教师根据校内外与国内外实验课的听课学习经验，因地制宜的探索了一些有助于提高课堂教学质量和教学考核的方法。例如，图1列举了目前国内外常见的几种不同本科教学实验室布局，其中位置随机类型（a和c）的布置满足了学生自由选择的意愿，但不利于课堂表现和实验操作技能成绩的考核;位置固定类型（b和d）有助于实验课程的分组操作与过程考核，却限制了学生的选择。本课程设计了铭牌制度，学生上课需在身上佩戴自己的铭牌，可以灵活的选择实验操作位置与分组合作，有效解决了位置与学生随堂考核之间的矛盾，也能增强学生对实验课程的融入感和归属感。

实验课课堂是实验室安全教育的最佳场所，教师可在课堂上结合实验内容融入实验安全知识，例如，在介绍高压蒸汽灭菌锅和烘箱的使用注意事项时，将实验室安全知识纳入讲解，能提高学生的重视。微生物的实验操作极为精细讲究，需要引导学生养成良好的实验习惯，为日后的科研工作与工程实践奠定基础，教师可将无菌操作、使用显微镜、倒平板等是否规范作为实验操作的重要考核点，引导学生规范操作。

（三）注重实验教学质量评价

本课程的教学质量评价分为同行评价、督导组检查和学生网络评价。新进教师需取得主讲教师资格才能走上讲台，新上课的教师必须开展教学内容试讲，由其他听课教师给予意见并改进。坚持听课制度，每位教师每学期都需听课8次以上，通过课堂交流和课后总结，改善实验教学方法。学校设有教学督导组，对实验课程开展随机检查，教务处每学期开展教学检查，监督实验教学质量。依托学校的教学质量平台，学生对实验课程开展师德评价、网络评价和随堂评价等。本课程最终以学生学习效果为依据，反向评价教师的教学方法、教学能力、教学指导与软硬件资源配置情况，继而做相应的教学改进，通过“评价-反馈-改进”的工作闭环保障实验教学质量。

四、结束语

在工程教育专业认证和学科评估要求下，桂林理工大学基于OBE教学理念，以学生培养质量为中心，结合自身实际教学情况，针对性地开展了《环境工程微生物学实验》教学改革研究，利用现代教育信息技术完善实验教学软硬件资源，更新实验教学内容和目标，综合运用各种新型的教学手段，优化实验教学过程管理与质量评价，提高实验教学队伍素质与专业能力，持续探索有效的、符合学校人才培养定位和市场需求的环境工程微生物学实验教学体系，以期提高实验教学质量，培养学生的实践能力。

参考文献：

[1]胡磊，纪靓靓，袁旭音，等.OBE理念驱动的环境监测实验教学改革尝试[J].教育现代化，2016（25）：44-45.

[2]周琼芝，葛飞，刘林，等.基于OBE理念的环境微生物学实验教学探索与实践[J].高等教育，2018（10）：164-165.

[3]李雁，沈元，林春绵.基于OBE理念地方高校环境工程专业实验教学的创新[J].浙江化工，2018，49（10）：32-36.

[4]张琴，刘辉利，靳振江，等.基于创新创业能力培养的《环境工程微生物学》实验教学体系[J].教育教学论坛，2018（9）：253-255.