摘要：環(huán)境生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程涵蓋的實(shí)驗(yàn)技能范圍廣，需要根據(jù)生物技術(shù)進(jìn)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(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容及教學(xué)模式改革等方面的實(shí)踐。課程教學(xué)內(nèi)容改革以解決實(shí)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(shí)驗(yàn)技能交叉融合形成了3個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)，采用了“以研代練”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，結(jié)合多元考核模式對學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和科研思路進(jìn)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(shí)驗(yàn)課程,教學(xué)模式,教學(xué)改革

　　環(huán)境生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)是環(huán)境專業(yè)本科生的一門綜合性實(shí)驗(yàn)課程，以微生物學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)等課程實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，因此，實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程體系如不能與時(shí)俱進(jìn)，則會與理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際問題脫節(jié)。

　　同時(shí)，實(shí)驗(yàn)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(shí)踐能力的培養(yǎng)。為適應(yīng)生物技術(shù)進(jìn)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(shí)驗(yàn)技能等對環(huán)境生物技術(shù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，采用了“以研代練”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，結(jié)合多元考核模式對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、科研思路和創(chuàng)新能力進(jìn)行綜合評估。上述改革與實(shí)踐增強(qiáng)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(shí)踐

　　1.現(xiàn)存問題。

　　南京大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)》為教材。本教材按技術(shù)類型將實(shí)驗(yàn)分為四個(gè)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(xì)胞蛋白工程、產(chǎn)氫工程、產(chǎn)甲烷工程等實(shí)驗(yàn);(4)環(huán)境監(jiān)測和評價(jià)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(shí)驗(yàn)。因?yàn)檎n程內(nèi)容范圍廣，受課時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件的限制，實(shí)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(shí)驗(yàn)。

　　這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡單，多以COD、BOD和生物量等為檢測指標(biāo)，檢測儀器單一，且部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)境生物學(xué)和環(huán)境工程等課程實(shí)驗(yàn)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(biāo)儀等)，相對陳舊的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)用性、系統(tǒng)性等角度進(jìn)行了改革，選擇具有專業(yè)特色的綜合型實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了涵蓋基因工程、體外細(xì)胞高通量評估、微生物檢測等實(shí)驗(yàn)系列體系，具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：·實(shí)驗(yàn)體系1：環(huán)境中目標(biāo)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(biāo)功能基因PCR擴(kuò)增與鑒定、PCR產(chǎn)物純化、目標(biāo)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(biāo)基因的實(shí)時(shí)定量PCR分析等5個(gè)部分。·實(shí)驗(yàn)體系2：目標(biāo)污染物或水體的體外細(xì)胞高通量評估。包括了體外人源細(xì)胞的傳代培養(yǎng)方法、細(xì)胞增殖抑制率檢測、細(xì)胞RNA提取及基因表達(dá)檢測等。·實(shí)驗(yàn)體系3(選做實(shí)驗(yàn))：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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革基于以下幾個(gè)方面原則：

　　(1)針對前期多以單個(gè)實(shí)驗(yàn)開展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對獨(dú)立，實(shí)驗(yàn)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(shí)際環(huán)境問題為導(dǎo)向，將不同實(shí)驗(yàn)技能交叉融合，設(shè)置綜合型實(shí)驗(yàn)[3]，每個(gè)實(shí)驗(yàn)體系分為多個(gè)相對獨(dú)立又前后緊密相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。比如在實(shí)驗(yàn)系列1中，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)提取的環(huán)境總DNA是第二個(gè)實(shí)驗(yàn)PCR擴(kuò)展的樣本，也是第五個(gè)實(shí)驗(yàn)定量PCR檢測的目標(biāo)。

　　(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(shí)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(xiàng)目轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，通過“以研代練”的思維轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研實(shí)踐“無縫對接”，提升學(xué)生的科研思維與解決實(shí)際問題的能力[4]。

　　(3)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容改革兼顧前沿性和實(shí)用性。通過基因工程技術(shù)和體外細(xì)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(shí)保留活性污泥降解動力學(xué)實(shí)驗(yàn)，增加活死微生物檢測試驗(yàn)等選做試驗(yàn)，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(shí)踐

　　1.授課模式改革。

　　針對實(shí)際教學(xué)中學(xué)生獨(dú)立思考和解決實(shí)際問題能力培養(yǎng)不足等問題，基于綜合性大實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作。教師作為輔助人員在實(shí)驗(yàn)前不再對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行講解，而是讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用試劑盒的說明書(中文或英文原版)等自主了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及相關(guān)流程;教師在實(shí)驗(yàn)過程中給予學(xué)生必要的技術(shù)指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題、解決問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，任課老師再對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)回顧，進(jìn)一步提高學(xué)生的理解。

　　這種自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改變了學(xué)生按照任課老師講解的實(shí)驗(yàn)原理和步驟被動地“照葫蘆畫瓢”操作完成實(shí)驗(yàn)并獲得預(yù)期結(jié)果的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作過程中，2名學(xué)生組成一組，每位組員獨(dú)立完成自己的實(shí)驗(yàn)樣品，在需要協(xié)作處理的過程中進(jìn)行協(xié)作。

　　如在實(shí)驗(yàn)體系1中，提取樣品總DNA和進(jìn)行PCR擴(kuò)增時(shí)，每人單獨(dú)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)品，以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。此外，全班在完成同一樣品的不同目標(biāo)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(biāo)基因的研究意義、測定結(jié)果的數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)技能又增強(qiáng)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(lì)他們根據(jù)自己的興趣，進(jìn)行更深入的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。如在細(xì)胞毒性評估實(shí)驗(yàn)系列中，學(xué)生掌握基于吸光度的細(xì)胞增殖抑制率分析后，可自由進(jìn)行基于熒光探針的細(xì)胞毒性分析，包括采用DCF探針檢測細(xì)胞內(nèi)氧化自由基，采用JC1探針檢測細(xì)胞線粒體膜電位等。通過自主實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課成績多是以實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)驗(yàn)過程的真實(shí)參與度進(jìn)行評估[6]。環(huán)境生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程體系和授課模式改革后，每位學(xué)生都有自己單獨(dú)的樣品，需獨(dú)立理解實(shí)驗(yàn)步驟、獨(dú)立操作完成并獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每個(gè)小實(shí)驗(yàn)的結(jié)果在同一實(shí)驗(yàn)體系中又相互關(guān)聯(lián)。這些有效杜絕了課上不認(rèn)真操作，課后不認(rèn)真總結(jié)的不良現(xiàn)象，教師對教學(xué)效果有了真實(shí)客觀的掌握和了解。

　　環(huán)境生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量考核主要包括實(shí)驗(yàn)課程出勤率(25%)、實(shí)驗(yàn)過程操作規(guī)范(30%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫及結(jié)果分析(30%)和實(shí)驗(yàn)系列論文書寫(15%)等4部分。通過多元考核督促學(xué)生對實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程整體把握和評估[8]。在對學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)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(jià)，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(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容從側(cè)重于污染物處理生物技術(shù)的單一獨(dú)立實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，適應(yīng)了環(huán)境污染防控從達(dá)標(biāo)、提標(biāo)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(shí)驗(yàn)主導(dǎo)，教師為輔助人員的實(shí)驗(yàn)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(shí)，也需要認(rèn)識到環(huán)境生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程體系及教學(xué)模式應(yīng)關(guān)注國家需求和技術(shù)進(jìn)步，實(shí)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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