本文作者：程翔 孫德智 單位：北京林業大學環境科學與工程學院

教學內容的設置

目前，各個學校編寫了不少環境微生物學的教材。其中，周群英和王士芬編著的《環境工程微生物學（第三版）》為廣大高校的環境科學與工程專業所采用，它基本可以滿足一般工科類院校的教學要求。但是，在使用的同時，各學校還應根據自身的專業特色，對其中各章節的內容進行取舍，并針對各自的專業適當增加內容，比如土壤微生物、海洋微生物等，以體現學科的優勢研究領域。在“環境工程微生物學”的教學過程中，把握好基礎微生物學和微生物在污染控制中的作用兩部分的關系十分重要。前者是后者的理論基礎，后者則是前者的工程應用，重點則是環境工程實踐中的微生物學原理。如果對微生物的結構、營養、代謝等內容介紹過多，課程容易演變為細胞生物學、微生物生理學或生物化學等；而對污染控制的具體工藝過程涉及過多，又容易重復污染控制工程的課程內容。因此，在課程教學時，應合理安排這兩部分的比例。

另一方面，“環境工程微生物學”的教學還應處理好與其他相關課程的相互關系。北京林業大學開設的“植物學”“環境生物學”等課程與“環境工程微生物學”之間存在一定的聯系，３門課程在如細胞結構、生理代謝、遺傳變異等知識內容上均有一定的論述，但課程核心和重點內容各不相同。在講解“環境工程微生物學”時，應注重強調微生物細胞、生理、遺傳方面的獨特性，并對這些特性在環境工程領域的應用展開詳細介紹。也就是說，在教學過程中需要注意知識單元的邏輯銜接，注重課程體系的統一性，要明確課程的側重點，避免重復。基于當前環境科學與工程學科的飛速發展，“環境工程微生物學”的課程教學還應緊密結合當前環境污染控制和生態修復相關領域的新進展，而不能只停留在傳統污染處理工藝的微生物學原理上。教師通過對最新污染控制工程理論和技術的微生物學原理進行解析，可以激發學生學習的興趣、專業的熱情，樹立投身環境保護事業的志向，課程的教學效果也會隨之提高。例如，在廢水生物處理的微生物學原理部分，筆者介紹了這幾年比較受關注的利用好氧顆粒污泥處理高負荷、強毒性有機廢水的新工藝，解析了活性污泥微生物胞外聚合物在好氧顆粒污泥形成中的作用以及生物處理系統由于污泥濃度大幅增加而帶來的高效性，來強調通過利用微生物的生理生化特性進行廢水處理技術的革新。學生對這些新內容的反饋很活躍，也引發了很多討論。

教學方法的改革和創新

隨著計算機技術的迅猛發展和現代社會的快速信息化，傳統的、單一的灌輸式教學方法難以取得滿意的教學效果，也無法滿足當前創新型人才的培養要求。大學課堂的教學必須與時俱進，應借助多媒體、網絡以及最新的科研成果和成功的工程實例，來豐富教學的內容和形式，提高教學效率和效果［２］。根據實驗心理學的原理，對于同樣的信息，圖像比文字容易被信息接受者所記憶，這就是所謂的“圖象優勢定律”［３］。在傳授以敘述性為主的知識內容時，合理使用形象思維方法，可以幫助學生提高記憶力；而信息的幾何形狀、色彩、字符對形象思維的建立起著相當大的作用。環境工程微生物學的研究對象是肉眼看不見的微小生物，在教學中通過展現大量生動形象的微生物照片，可以使學生容易認識和區分種類繁多的微生物，印象深刻，易于激發學習興趣。例如，在比較Ｇ＋和Ｇ－細菌的結構時，通過對細胞圖片的詳細講解可以清楚地說明二者的區別：Ｇ－細胞由胞外到胞內依次為外膜、細胞壁、周質空間及原生質膜，而Ｇ＋則為細胞壁、原生質膜；同時，Ｇ－細菌的細胞壁上僅有一層很薄的肽聚糖，但脂肪層較厚，相反Ｇ＋細菌的細胞壁含有多層肽聚糖，而脂肪卻相對較少。這樣，學生對Ｇ＋和Ｇ－細菌細胞壁差別的認識就會十分深刻，為此后順利開展革蘭氏染色實驗提供了理論基礎。在介紹微生物代謝、遺傳等較為抽象的知識內容時，教師可以合理采用示意圖、動畫等形式來進行講解，將有效提高學生對知識的理解和掌握水平。例如，在微生物的遺傳和變異一章中，筆者采用Ｆｌａｓｈ動畫演示了微生物遺傳的經典轉化實驗即肺炎鏈雙球菌感染小白鼠實驗，使原本抽象難懂的概念和理論變為生動的畫面，教學效果明顯改善。事實上，國內外一些著名高校、環境微生物實驗室的網站上和國外優秀原版微生物教材中有許多高質量的微生物圖片、教學課件和研究成果，教師可以將其作為本課程的教學素材來加以使用，豐富教學內容，開闊學生視野。

大學階段的人才培養正日益與科學技術和社會生產的發展緊密聯系，這就要求“環境工程微生物學”的教學要注重結合科學研究和工程實踐，不斷地加入新的科研成果和工程實例來說明課程的基本知識和基礎理論。同時教師也不能脫離科學研究和工程實踐而單純地搞教學工作。只有長期參加科研實踐的教師，才能使自已的教學內容更加具有前沿性、獨創性和啟發性，在豐富自己的教學內容的同時加深學生對知識的理解；也只有將教學與工程實踐有機結合起來，才能更有效地激發學生的學習興趣，培養學生解決實際問題的能力［４］。例如，筆者在教學過程中選取了微生物燃料電池研究中最新發現的細菌鞭毛充當“納米導線”的現象作為背景材料，展開討論，分析了細胞鞭毛的電子傳遞功能在物質轉化和能量代謝中發揮的作用。這個例子在介紹微生物學知識的同時，很好地詮釋了如何恰當地利用微生物的特性來解決環境問題和實現可持續發展。又如，通過介紹實際工程項目———煤氣廢水生物處理系統中活性污泥的馴化過程，說明了微生物遺傳和變異的特性對于有毒有害工業廢水處理的重要意義。

在當前大學教學中，課時的有限性與知識的增長性之間的矛盾日益突出，“環境工程微生物學”這門新興的交叉學科尤為如此。所以，教師在授課時，應更加注重所介紹內容的質和量，將多而雜的信息進行疏理與歸納，并以更加靈活的方式傳達給學生。這就要求教師在教學模式上進行變革，改變以往單一的注入式教學方法，采用多種方法有機結合的教學模式，將教師的主導作用和學生的主體地位相結合，從而在傳授知識的同時提高學生的創新能力和綜合素質。研究表明，提問、引入和討論等啟發式教學方法比起傳統的注入式教學模式更為吸引人，更能收到事半功倍的效果。一方面，啟發式教學可以促進師生之間的互動，活躍課堂氣氛，激發學生濃厚的學習興趣；另一方面，啟發式教學可以培養學生將書本知識應用于實際的思考和分析等綜合能力。總體來講，一些基礎性知識的教學，可以以教師講解為主，但講解的內容要少而精，留一部分內容讓學生自己去消化吸收。對于理解性的知識內容，教師要啟發學生積極思考，有些問題要引而不發，導而不講，讓學生自己通過分析和總結來深化認識。此外，還應注意到高年級本科學生已經具有一定的自學能力，對于一些比較淺顯的、多門環境類課程反復涉及的章節內容或非核心知識單元，完全可以安排由學生自學來完成。例如，在講解微生物在氮素循環中的作用時，筆者詳細介紹了硝化作用、反硝化作用等生化反應過程及其影響因素，所以在講解廢水微生物的脫氮原理時，采取了“學生自學為主，教師組織討論和總結”的教學方式。這種教學方式既節省了課時，同時又鍛煉了學生的自學能力、認識能力和分析能力，為以后的科研創新打下基礎。