導(dǎo)語：環(huán)境生物技術(shù)實驗課程研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：環(huán)境生物技術(shù)實驗課程涵蓋的實驗技能范圍廣，需要根據(jù)生物技術(shù)進步和學(xué)科需求動態(tài)調(diào)整課程內(nèi)容及教學(xué)模式。本文介紹了筆者所在教學(xué)小組在環(huán)境生物技術(shù)實驗課程內(nèi)容及教學(xué)模式改革等方面的實踐。課程教學(xué)內(nèi)容改革以解決實際環(huán)境問題為導(dǎo)向，將基因工程、高通量毒性評估等新型生物技術(shù)領(lǐng)域中不同實驗技能交叉融合形成了3個綜合型實驗，采用了“以研代練”的實驗教學(xué)方法，結(jié)合多元考核模式對學(xué)生實驗技能和科研思路進行綜合評估，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動力和創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：環(huán)境生物技術(shù)實驗課程；教學(xué)模式；教學(xué)改革

環(huán)境生物技術(shù)實驗是環(huán)境專業(yè)本科生的一門綜合性實驗課程，以微生物學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)等課程實驗技能為基礎(chǔ)，講授現(xiàn)代生物技術(shù)的環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用方法，培養(yǎng)學(xué)生解決實際環(huán)境問題的綜合能力與創(chuàng)新思維[1]。環(huán)境生物技術(shù)是實踐性很強的學(xué)科，因此，實驗教學(xué)是環(huán)境生物技術(shù)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，對學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)等的培養(yǎng)具有重要作用，是提高學(xué)生對所學(xué)理論知識理解和學(xué)以致用的主要途徑。課程體系和教學(xué)模式是影響實驗課程教學(xué)效果的兩大重要因素。環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展迅猛，新技術(shù)、新應(yīng)用層出不窮，實驗課程體系如不能與時俱進，則會與理論教學(xué)內(nèi)容和實際問題脫節(jié)。同時，實驗教學(xué)模式改革不僅要提升學(xué)生的技能水平，更應(yīng)注重學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)。為適應(yīng)生物技術(shù)進步和新形勢下環(huán)境學(xué)科發(fā)展需求，筆者所在教學(xué)小組根據(jù)學(xué)生已有的知識儲備和已掌握的實驗技能等對環(huán)境生物技術(shù)教學(xué)內(nèi)容進行了重新設(shè)計，采用了“以研代練”的實驗教學(xué)方法，結(jié)合多元考核模式對學(xué)生實驗操作、科研思路和創(chuàng)新能力進行綜合評估。上述改革與實踐增強了學(xué)生在實驗教學(xué)中的主動性，提高了科研素養(yǎng)和創(chuàng)新精神[2]。

一、課程體系改革實踐

1.現(xiàn)存問題。南京大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)實驗課程最早采用本課程創(chuàng)建人程樹培教授1995年編寫的《環(huán)境生物技術(shù)實驗》為教材。本教材按技術(shù)類型將實驗分為四個體系：（1）環(huán)境遺傳工程技術(shù)生物技術(shù)，主要涉及分子克隆、原生質(zhì)體融合等污染防控中使用的現(xiàn)代生物技術(shù)方法；（2）污染物處理生物技術(shù)方法，主要包括廢水生物處理工藝的動力學(xué)參數(shù)測定等；（3）廢物資源化與能源化生物技術(shù)方法，涉及單細胞蛋白工程、產(chǎn)氫工程、產(chǎn)甲烷工程等實驗；（4）環(huán)境監(jiān)測和評價生物技術(shù)方法，涉及微生物群落檢測、污染物毒性評估等實驗。因為課程內(nèi)容范圍廣，受課時和實驗條件的限制，實際教學(xué)中主要開展了污染物處理生物技術(shù)和廢物資源化領(lǐng)域的相關(guān)實驗。這些實驗設(shè)計簡單，多以COD、BOD和生物量等為檢測指標，檢測儀器單一，且部分實驗內(nèi)容與環(huán)境生物學(xué)和環(huán)境工程等課程實驗重復(fù)。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展更替和現(xiàn)代分析儀器的廣泛使用（定量PCR儀、多功能酶標儀等），相對陳舊的實驗內(nèi)容無法滿足新形勢下環(huán)境生物與環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)需求。2.改革措施。針對環(huán)境生物技術(shù)實驗課程新形勢下的發(fā)展現(xiàn)狀，教學(xué)小組對課程體系從前沿性、實用性、系統(tǒng)性等角度進行了改革，選擇具有專業(yè)特色的綜合型實驗，構(gòu)建了涵蓋基因工程、體外細胞高通量評估、微生物檢測等實驗系列體系，具體的實驗內(nèi)容如下：•實驗體系1：環(huán)境中目標基因的定性定量分析。包括了環(huán)境樣品基因組抽提與電泳分析、目標功能基因PCR擴增與鑒定、PCR產(chǎn)物純化、目標DNA重組（酶切、片段回收和連接重組DNA的轉(zhuǎn)化與質(zhì)粒DNA抽提）、目標基因的實時定量PCR分析等5個部分。•實驗體系2：目標污染物或水體的體外細胞高通量評估。包括了體外人源細胞的傳代培養(yǎng)方法、細胞增殖抑制率檢測、細胞RNA提取及基因表達檢測等。•實驗體系3（選做實驗）：活性污泥中微生物的活力檢測。包括活死微生物檢測、微生物的降解動力學(xué)檢測。上述綜合型實驗教學(xué)內(nèi)容改革基于以下幾個方面原則：（1）針對前期多以單個實驗開展的實驗內(nèi)容相對獨立，實驗技能之間無法有效銜接的問題，本次教學(xué)內(nèi)容改革以解決實際環(huán)境問題為導(dǎo)向，將不同實驗技能交叉融合，設(shè)置綜合型實驗[3]，每個實驗體系分為多個相對獨立又前后緊密相關(guān)的實驗。比如在實驗系列1中，第一個實驗提取的環(huán)境總DNA是第二個實驗PCR擴展的樣本，也是第五個實驗定量PCR檢測的目標。（2）現(xiàn)在生物技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為系列生物高新技術(shù)相融合的綜合體系，這些技術(shù)在實際環(huán)境污染防控中已成為常規(guī)科研手段，以科研技術(shù)和項目轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)案例，通過“以研代練”的思維轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)教學(xué)與科研實踐“無縫對接”，提升學(xué)生的科研思維與解決實際問題的能力[4]。（3）實驗課程內(nèi)容改革兼顧前沿性和實用性。通過基因工程技術(shù)和體外細胞毒性監(jiān)測評估技術(shù)讓學(xué)生了解生物技術(shù)前沿，同時保留活性污泥降解動力學(xué)實驗，增加活死微生物檢測試驗等選做試驗，鞏固學(xué)生對傳統(tǒng)污染物防控生物技術(shù)的理解。

二、教學(xué)模式改革實踐

1.授課模式改革。針對實際教學(xué)中學(xué)生獨立思考和解決實際問題能力培養(yǎng)不足等問題，基于綜合性大實驗課程體系，建立以學(xué)生為主體的教學(xué)模式[5]。要求學(xué)生自己熟悉實驗相關(guān)內(nèi)容，獨立完成實驗操作。教師作為輔助人員在實驗前不再對實驗內(nèi)容進行講解，而是讓學(xué)生根據(jù)實驗所用試劑盒的說明書（中文或英文原版）等自主了解實驗內(nèi)容及相關(guān)流程；教師在實驗過程中給予學(xué)生必要的技術(shù)指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考、分析問題、解決問題。實驗結(jié)束后，任課老師再對實驗內(nèi)容進行系統(tǒng)回顧，進一步提高學(xué)生的理解。這種自主實驗教學(xué)模式改變了學(xué)生按照任課老師講解的實驗原理和步驟被動地“照葫蘆畫瓢”操作完成實驗并獲得預(yù)期結(jié)果的傳統(tǒng)實驗課程授課模式[6]，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題等的能力[7]。在實驗操作過程中，2名學(xué)生組成一組，每位組員獨立完成自己的實驗樣品，在需要協(xié)作處理的過程中進行協(xié)作。如在實驗體系1中，提取樣品總DNA和進行PCR擴增時，每人單獨進行，但在基因重組并提取質(zhì)粒DNA后，每組選擇質(zhì)量較好的質(zhì)粒DNA作為后續(xù)定量PCR的標準品，以提高實驗的準確度。此外，全班在完成同一樣品的不同目標DNA定量分析后，所有人數(shù)據(jù)匯總在一起共同完成一篇科研論文的書寫，內(nèi)容包括了目標基因的研究意義、測定結(jié)果的數(shù)理統(tǒng)計及結(jié)果的分析討論等。上述授課模式既培養(yǎng)了學(xué)生的實驗技能又增強了研究協(xié)作能力。學(xué)生在完成既定的研究內(nèi)容外，還鼓勵他們根據(jù)自己的興趣，進行更深入的自主設(shè)計實驗。如在細胞毒性評估實驗系列中，學(xué)生掌握基于吸光度的細胞增殖抑制率分析后，可自由進行基于熒光探針的細胞毒性分析，包括采用DCF探針檢測細胞內(nèi)氧化自由基，采用JC1探針檢測細胞線粒體膜電位等。通過自主實驗充分調(diào)動學(xué)生的科研積極性和興趣。2.考核模式改革。實驗課成績多是以實驗報告為打分的依據(jù)，這種考核模式對學(xué)生要求很低，導(dǎo)致了學(xué)生缺乏主動思考的動力，也讓任課老師無法對學(xué)生實驗過程的真實參與度進行評估[6]。環(huán)境生物技術(shù)實驗課程體系和授課模式改革后，每位學(xué)生都有自己單獨的樣品，需獨立理解實驗步驟、獨立操作完成并獲得實驗結(jié)果，每個小實驗的結(jié)果在同一實驗體系中又相互關(guān)聯(lián)。這些有效杜絕了課上不認真操作，課后不認真總結(jié)的不良現(xiàn)象，教師對教學(xué)效果有了真實客觀的掌握和了解。環(huán)境生物技術(shù)實驗課程學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量考核主要包括實驗課程出勤率（25%）、實驗過程操作規(guī)范（30%）、實驗報告書寫及結(jié)果分析（30%）和實驗系列論文書寫（15%）等4部分。通過多元考核督促學(xué)生對實驗課的參與度，并充分了解學(xué)生動手能力、協(xié)作能力和科研思維能力情況，最終對學(xué)生實驗過程整體把握和評估[8]。在對學(xué)生開展實驗課程體系、教學(xué)模式和考核模式滿意度的調(diào)查中，學(xué)生給出了較高的評價，近五年的學(xué)生評估均分在4.93以上（總分為5分）。

三、結(jié)語

基于生物技術(shù)發(fā)展趨勢、硬件儀器條件、學(xué)科發(fā)展需求等，南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境生物技術(shù)實驗課程內(nèi)容從側(cè)重于污染物處理生物技術(shù)的單一獨立實驗體系改革為基因分析技術(shù)和生物監(jiān)測為主的綜合型大實驗，適應(yīng)了環(huán)境污染防控從達標、提標到健康轉(zhuǎn)變需求和人才培養(yǎng)新要求。建立了學(xué)生為實驗主導(dǎo)，教師為輔助人員的實驗課程授課模式，通過多元化的考核體系，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動力。同時，也需要認識到環(huán)境生物技術(shù)實驗課程體系及教學(xué)模式應(yīng)關(guān)注國家需求和技術(shù)進步，實行動態(tài)調(diào)整，以適應(yīng)環(huán)境領(lǐng)域復(fù)合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。

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[6],呂金龍,劉新萍,等.農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程專業(yè)本

作者:吳兵 張徐祥 單位:南京大學(xué)