生物類專業(yè)《環(huán)境生物技術》課程的教學探討

史振平，解萬翠

(青島科技大學 海洋科學與生物工程學院,山東 青島 266042)

當今，自然資源過度開發(fā)以及工業(yè)現(xiàn)代化所造成的資源危機和環(huán)境污染問題已成為制約社會持續(xù)發(fā)展、危害人類生活健康的世界性問題；而且，這兩個問題之間存在著天然的內(nèi)在聯(lián)系。目前學術界已形成共識，從生物學的研究與開發(fā)應用中尋求解決上述問題的答案。環(huán)境生物技術是一門由現(xiàn)代生物技術與環(huán)境工程相結合的交叉學科，是直接或間接利用完整的生物體或生物體的某些組成部分或某些機能，建立降低或消除污染物產(chǎn)生的生產(chǎn)工藝，或者能夠高效凈化環(huán)境污染以及同時生產(chǎn)有用物質(zhì)的人工技術系統(tǒng)。環(huán)境生物技術這門近幾十年發(fā)展起來的由生物技術和環(huán)境工程相結合的新興邊緣交叉學科，不僅涵蓋了生物領域的高新技術，而且飛速發(fā)展的生物技術與環(huán)境領域的各個方面如環(huán)境污染治理、環(huán)境廢棄物資源化和環(huán)境污染預防、以及環(huán)境監(jiān)測等方面深度融合，已經(jīng)表現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。因此，《環(huán)境生物技術》已成為我國眾多高校環(huán)境類專業(yè)的必修課。

然而，對于未來將致力于生物學研究和從事生物技術的生物類專業(yè)學生而言，開設《環(huán)境生物技術》課程對于完善課程體系，跟蹤學科發(fā)展前沿，拓寬專業(yè)發(fā)展思維都具有重要意義。作者任教本校生物專業(yè)《環(huán)境生物技術》課程已有十幾年，現(xiàn)將教授該課程的心得體會與同行分享。

1 《環(huán)境生物技術》課程的教學現(xiàn)狀

相對而言在生物類專業(yè)中開設《環(huán)境生物技術》課程的高校較少。這一點，從已出版的《環(huán)境生物技術》教材中也可以看出：如周少奇主編的《環(huán)境生物技術》(科學出版社，2019)的主要章節(jié)內(nèi)容為生物學基礎(微生物學基礎、酶學基礎和生態(tài)學基礎)，理論基礎(生化反應計量學、生化反應動力學，生化反應熱力學)，環(huán)境污染治理基因工程技術，環(huán)境污染生物治理技術，環(huán)境污染生物修復技術和環(huán)境污染預防生物技術等[1]。王建龍主編的《現(xiàn)代環(huán)境生物技術》(清華大學出版社，2008)的主要章節(jié)內(nèi)容為酶工程，基因工程，細胞工程，發(fā)酵工程，污染治理生物技術，污染預防生物技術，生物技術與能源，廢物資源化生物技術，環(huán)境生物監(jiān)測與安全性評價等[2]。陳堅主編的《環(huán)境生物技術》(中國輕工業(yè)出版社，2017)的主要章節(jié)內(nèi)容為傳統(tǒng)的環(huán)境生物技術即廢水處理，現(xiàn)代環(huán)境生物技術即危險性化合物的微生物降解、污染場地的生物修復等[3]。楊柳燕等主編的《環(huán)境生物技術》(科學出版社，2008)的主要章節(jié)內(nèi)容為環(huán)境微生物的基本內(nèi)容和最新成就[4]。

《環(huán)境生物技術》這門課程是我校生物工程專業(yè)學生在本科期間的專業(yè)選修課，于第三學年第一學期開課，總學時數(shù)為32。課程內(nèi)容包括生物技術在環(huán)境領域如環(huán)境監(jiān)測、污染治理、廢棄物資源化處理和污染預防中的應用。通過該課程的學習，使生物專業(yè)學生在已掌握相關生物技術的基礎上了解環(huán)境領域的基本理論與工程知識，并能加深生物技術的應用理解；從而培養(yǎng)學生主動將生物學理論、技術應用于環(huán)境領域的基本素質(zhì)和一定的創(chuàng)新能力；并通過該課程展示生物技術的廣闊應用前景，擴寬學生專業(yè)視野。

1.1 教學內(nèi)容

《環(huán)境生物技術》學科內(nèi)容散亂且眾多，所涉及的研究領域和研究熱點較多，成熟與不成熟的學術成果混雜其中。目前有關環(huán)境生物技術出版的教材更新很快，但側(cè)重點大不相同。這主要與作者所在的課題組所注重的研究方向不同以及作者所教授學生的專業(yè)背景差別較大有很大的關系，導致不同教師在教學過程中所參照的參考書目差異較大。具體到生物專業(yè)而言，環(huán)境生物技術涉及到生物學科的各個方面，如分子生物學和基因工程、微生物學、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程等，根據(jù)大多數(shù)生物類專業(yè)的課程設置，上述內(nèi)容已經(jīng)單獨開課，因此重點是環(huán)境問題以及將生物原理和技術應用于解決環(huán)境問題的具體應用。基于此，教學內(nèi)容主要集中于環(huán)境的生物監(jiān)測、污水處理中的生物技術、大氣污染處理中的生物技術、固體廢棄物處理中的生物技術以及環(huán)境污染預防中的生物技術。通過上述內(nèi)容的講述，引導學生理解生物原理和技術在環(huán)境領域包括環(huán)境污染監(jiān)測、環(huán)境污染治理和環(huán)境污染預防中的具體使用。由此不僅拓寬生物專業(yè)學生的專業(yè)視野，而且也可以加深學生對本專業(yè)知識的理解。

1.2 教學方法和教學手段

目前高校中大部分課程的授課方式以教師講解為主，本課程也主要采取該方式。但這種授課方式的弊端也十分顯著：一方面有的學生容易走神，甚至睡覺；而且，在智能手機如此普及的當下，上課時學生瀏覽手機的情況也時有發(fā)生，而且很難杜絕。為了提高學生的興趣并活躍課堂氛圍，采用了分組合作完成某一專題的方式，學生3～4人自由組合為一組，自主選擇生物技術在環(huán)境領域中的應用情況進行文獻檢索和綜述，并以PPT的方式進行展示。根據(jù)我們歷年的經(jīng)驗，學生自主選題時最突出的問題表現(xiàn)在兩個方面：一是題目過于寬泛；例如大氣污染控制中的生物技術；而是題目專業(yè)性較差，流于科普化；如海洋石油污染治理。而且，綜述中大部分內(nèi)容來自于普通搜索引擎，而非專業(yè)文獻。針對此種現(xiàn)象，對學生的選題進行討論指導，啟發(fā)學生如何避免過寬過淺的選題，并引導學生使用國內(nèi)文獻數(shù)據(jù)庫和英文文獻數(shù)據(jù)庫進行專業(yè)文獻檢索。在此過程中，學生的普遍反映是，通過這種方式的學習，不僅可以激發(fā)學習興趣，而且極大的調(diào)動了學生的主動性。因為每組學生的選題均與課堂內(nèi)容息息相關，因此避免了學生因感覺無聊、不實用而導致的課堂氛圍低迷的情況。每組同學講解時學生也參與討論，因主動性和參與度的提升，可較好的改善課堂效果。

1.3 考核方式

根據(jù)學校要求，必修課程的總評成績由期末考試成績和平時成績構成，對選修課沒有平時成績的要求。但是，在《環(huán)境生物技術》課程的長期授課過程中，我們發(fā)現(xiàn)將上述分組查閱、綜述文獻并以PPT展示的內(nèi)容作為平時成績的主要評價可以適當鼓勵或獎勵在此過程中取得較好效果的同學。因此，該課程的總評成績?yōu)槠谀┏煽冋急?0%，平時成績占比10%。平時成績以每組學生對所選問題的闡述情況進行評分。學生出勤情況也體現(xiàn)在總評成績中：無故曠課、缺勤超過1/3的學生取消考試資格，缺勤一次課(2課時)扣100/16=6.25分。在期末考試試題中，題型包括選擇題、填空題、簡答題、案例分析題和綜合解決問題等題型，考察的內(nèi)容不僅涵蓋課程所涉及的環(huán)境生物技術的理論和方法，而且還有對熱點環(huán)境問題的思索及從生物專業(yè)角度出發(fā)的解決思路和方法。

2 《環(huán)境生物技術》課程的問題與改進

環(huán)境生物技術不僅涵蓋內(nèi)容較多，范圍廣，而且發(fā)展極為迅猛，使得該課程的教學難度較大。在我們長期的教學過程中面臨的主要問題如下：

2.1 教材和參考書目

環(huán)境生物技術是一門內(nèi)容呈現(xiàn)交叉性、散亂性、熱點性的學科，各種學術成果更新很快。目前而言，有關該領域的教材更新的也很快，但內(nèi)容結構大致相同，但側(cè)重點又各有不同，主要是由于不同編著者所關注或從事的研究方向有關。而且目前的主流教材是以面向環(huán)境類專業(yè)學生為閱讀群體，這也是因為開設《環(huán)境生物技術》課程的專業(yè)以環(huán)境類專業(yè)為主。隨著科學的飛速發(fā)展和學科交叉的深入融合，生物類專業(yè)的學生開設《環(huán)境生物技術》課程的必要性逐步增強。期待著針對生物類專業(yè)學生所編著的《環(huán)境生物技術》教材的出現(xiàn)。

2.2 學生解決實際問題的能力有待提升

環(huán)境生物技術屬于非常典型的學科之間的融合領域，對該課程的透徹理解不僅需要對生物領域和環(huán)境領域的基礎知識、原理和技術有廣泛深入的理解，而且需要對工程實踐領域也要有一定的認知。在校大學生對理論知識的掌握可以通過課堂教學加以提高，但是往往缺乏有效的工程知識和經(jīng)驗的積累。這對于該課程的掌握可能會產(chǎn)生一定的障礙。另一方面，由于學科交叉的特性極為顯著，學生在學習過程中容易產(chǎn)生吃力的感覺，畢竟對環(huán)境領域的知識儲備相對較少；而作為選修課學時數(shù)往往較少，因此很難比較系統(tǒng)的為學生補充環(huán)境領域的知識。

2.3 環(huán)境熱點問題的升級對環(huán)境生物技術學科的發(fā)展提出了更高的要求

環(huán)境問題已經(jīng)成為全球性問題，而且在某種意義上來說呈現(xiàn)加劇加速的態(tài)勢，對生物學科的發(fā)展提出了更高的要求。當然，從另一個側(cè)面來看，這也是生物學科的發(fā)展的機遇。但是，對這些環(huán)境問題(如全球氣候變化)的解決目前尚無有效途徑，學生可能產(chǎn)生懷疑，需要正確引導。