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环境工程专业转型下微生物课程的建设

2021/11/05 阅读:

【内容摘要】地方本科院校向应用型转变是我国高等教育领域的一次重大改革。内蒙古科技大学环境工程专业作为转型试点专业,针对包头市的生态环境问题及微生物修复的广泛性,以微生物课程为基点进行了分析和探讨,在课程设置、创新服务、学科专业建设及 PDCA 构建等进行了初步的尝试,突出应用,强化实践。

【关键词】环境工程; 专业转型; 微生物; 改革实践

教育部、国家发展改革委、财政部关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见( 教发[2015]7 号) 基本方案指出“推进需求传导式的改革,深化产教融合、校企合作”[1]。引导部分地方本科高校转型发展是党中央、国务院作出的重大决策。2013 年起,组织有关部门、高等学校、行业企业和专家学者对当前我国地方高校转型发展的经验、案例、路径进行了深入研究,围绕 重 点、热 点 和 难 点 开 展 研究[2],其办学定位、转型发展与人才培养模式的有效实施,成为高校改革的重中之重[3]。2017 年内蒙古科技大学环境工程专业申报并被纳入内蒙古自治区“转型发展”的试点项目中[4],专业发展面临发展的机遇与挑战。“十三五”时期,我国经济发展以供给侧结构性改革为核心,内蒙古经济增长与结构调整是否稳步发展则最为关键。内蒙古以能源结构为基础带动了各行各业的有序发展,在保持优势协调发展的同时,采取积极推进向“层次更高、链条更长、底色更绿、产业更轻”的方向发展[5]。包头市历经多年的开发与发展,资源的掠夺式利用、粗放型经营,轻保护重开发,导致了生态环境承载能力的下降,造成包头市生态环境恶化[6]。白云鄂博矿山开采与冶炼带来了众多的环境问题[7]也是学者们关注研究的重点,作为当地高校如何为环境治理作出贡献则是环境工程专业向应用型转变中需要考虑的着眼点,而在生态环境治理中微生物修复具有成本低、范围广、效果显著的特点,本文以环境工程专业转型中《环境微生物》学的课程改革进行初步的尝试,课程建设过程中重点围绕包头地区的生态环境问题,以专业优势及特色、地方环境特点和产业需求等为背景,选取不同的项目和任务,进行“精准试点”,环境工程专业的顺利转型起到铺垫的作用。

一、人才培养方案的设计以突出应用为主线

在新版培养方案的优化过程中首先考虑学校自身的办学条件与所在区域的历史积淀,认识到内蒙古经济发展与产业转型升级高校衔接,侧重优化学科专业结构,在该课程的大纲中围绕“专业链与地方产业链并重,学科发展侧重区域产业技术创新,课程以应用技术为平台”的基本思路,推动课程内容的“落地开花”,以转型、工程认证为目标,增加了生态环境类知识。将培养方案分解成基础知识、动手能力和素质指标等,按照工程评价体系中的各个指标明确每门课程的达成目标和数值,对环境微生物问题进行工程规划、设计及驯化等方面的技能进行实践教学的衔接。构建以专业技术能力培养为核心的多样化、创新型人才培养体系。如增设了关于污染场地微生物修复及其应用的章节、开设了微生物菌剂的提取及培养方式优化、增加微生物鉴别等实验,特别是针对白云鄂博地区及当地矿山的环境问题补充了微生物技术实现氰化尾渣无害化处理、微生物高效发酵技术等新内容,体现了微生物知识的综合应用并进行了适当的拓展,起到了良好的教学效果。同时结合现实问题展开讨论,如 2020 年,就病毒的特性、疫情的防护和疫苗的研制等进行预先设计,通过雨课堂、钉钉、腾讯视频、优慕课等多种教学方式和手段的融合,学生网上查阅相关资料,针对病毒传染病及疫苗研制进展等分享了专题报告,及时、高效、便捷地对知识点进行了强化,同时引导学生关注到病毒学、传染病学、公共卫生科学等学科,“头脑风暴”的应用起到了以点带面的促进作用,收效良好。形成了重点突出、梯度清晰、首尾呼应、层次递进的良好教学体系。

二、注重成果创新,立足学校办学特色

转型意见明确了高校要积极与企业深度融合,广泛开展科技服务和应用性创新活动,更好地促进直接面向地方和行业发展培养合格人才,引导高校走与地方经济社会发展和产业技术进步融合发展之路。基于上述实质,根据微生物的特性进行了应用型技术的研发,设置课外课堂与创业创新互培模式,以课题探究、小发明小创造、创业模拟实践、创新与创业竞赛、成果展示与应用等多种形式,鼓励学生原始创新与集成创新,培育科研与创新协同能力的养成。如选择当地社会需求高度契合的矿山修复和盐碱地问题,充分利用微生物的知识,以原位修复恢复生态环境、变盐碱地为良田的需求来确定研究项目,以土壤改良剂的持续有效为时代需求,通过科研探究,引导学生树立科研能力和求实态度,制备了微生物土壤改良剂( 盐碱地、重金属修复) 、微生物固化剂等,“与菌共舞”“粪肥兑变”等都能够充分利用微生物的特性,与其他学科专业相结合,各司其职进行了双创项目的开展,制备的微生物菌剂得以逐步走向实际,4 届 20 多名学生参加了“互联网 + ”,大学生创新创业、挑战杯中国大学生创业计划竞赛,多次获得了内蒙古自治区的金奖、二等奖和优秀奖。

三、营造协同创新、并重发展专业和学科建设

在微生物课程体系中根据行业实际需要凝炼和整合理论知识,结合实践环节的教学目标,设定了操作性强的实践教学内容和教学计划,有效增加实践教学比重,将企业实际问题转化为教学内容融入实验实训教学。既要做到理论科学性的准确、实在,但不求过深,又要着重于理论如何转化为实践,如何应用到实践中去。学科建设是专业建设的基础,专业建设是学科建设的基地。在“特”字上做文章,坚持“有所为,有所不为”[8],将专业建设与学科建设同步并轨运行。如与农业合作社针对增加土壤肥力的问题进行微生物协同增效作用的探究,研制出增加土壤肥力的微生物菌剂,经大地实验效果理想,既丰富了教学内容,又获得了横向课题,起到一管双效的作用; 在微生物混合课程建设中将上述成果立体显现,设立了基于实际应用的案例教学、项目教学和现场教学等,拓展实践教学形式,确保实践教学质量,有效促进了学科和专业协同发展,由此引申出更多的科研项目,获得了多项内蒙古自然科学资金和地区重大专项支持。四、PDCA 的构建教育部在《关于全面提高高等教育质量的若干意见》( 2012) 明确指出“着力提升人才培养水平,牢固确立人才培养的核心地位,以质量提升为重心的内涵式发展道路”。教学评价则能更好地体现内涵发展,教学评价应以考核学生的专业应用能力为导向,着力培养学生的分析问题和解决问题的能力。通过学生主动的、实践的方式进行教育培养,将基础知识、个人能力、团队意识和工程系统能力有机融合起来,以“生命周期”为模式,关注知识、能力、素质的养成,使理论、实践、创新融为一体。PDCA 质量改进循环设计了 P( 计划阶段) 并进行了相应的执行 D( do) 和检查 C( check) 到最后的处置 A( action) 。P 强调的是对现状的把握和发现问题的意识、能力,规定活动所要做到的内容和达到的标准。制定对策、制定计划。D 关注的是采取有效的行动,C 确定方案是否可行、目标达成度多少,需要结合标准校验后得出结论。A 是PDCA 循环的关键点,品质水平和治理水平均更进一步。如在污水处理中常用到微生物酶,众所周知,生物处理法因其成本技术成熟、工艺简单,二次产物,污泥可作为肥料,容易处理等广泛使用,但废水中酶的性能直接影响到处理效果,特别是美丽中国建设中对生态环境提出了更高的要求,处理水质标准日益严格,酶活性能否发挥良好直接影响到处理是否达标,在 PDCA 评价过程中以当地的煤化工废水为研究对象,废水中不仅含有较高的污染物浓度,而且其水质相对复杂,以酚类杂环化合物为主,属于难以生物降解的高浓度有机废水,尽管方法多样,但预处理后的生物处理是行之有效的方法,在实际运行中效果不够稳定也是事实。针对酶活性的问题展开研究,由于水质多变导致酶活性常受到抑制,而磁场能够在一定程度上提高微生物体内脱氢酶、过氧化氢酶和磷酸酶的活性,并保持较长时间; 磁场也会诱导酶的合成;磁场对不同酶的结构会产生不同的影响。为此,设计了以下环节:P: 为 什 么 加 磁 场 ( why ) ? 提 高 微 生 物 的 哪 些 指 标( what) ? 实 施 地 点 ( where) ? 负 责 人 ( who) ? 完 成 时 间( when) ? 完成过程及步骤( 技术路线) ( how) ?D: 实验过程的实施。C: 模拟废水进行磁性材料的验证。A: 评价,发现新问题寻求解决。

通过上述环节的不断循环实施,技术路线得以优化,制备了适用废水的磁性材料并探究其对微生物酶活性的作用机制,将环境功能材料制备与微生物学知识有机融合,在实际运行过程中还会因工艺、原料等环境功能材料的功效,需要不断从中发现新的问题不断寻求解决的途径,构建了基于应用的 PDCA 的良性循环,将执行结果与预定目标对比,方案是否有效、目标是否完成并处理遗留问题。返回计划阶段,进入下一个 PDCA 循环。PDCA 循环的思想精髓是“永远不满足于现状”。在微生物课程实施转型改革建设过程中仍有一些问题需要进一步探究,如实验经费如何高效利用、实验设备台套数略显不足、最新的微生物技术如何能及时有效增补到课程中,如何更大程度提高学生的积极性,如何更好实现全程、全面、全员的“三全”服务理念,还需要不断摸索探究。

作者:韩剑宏 张连科 姜庆宏 李玉梅 单位:内蒙古科技大学能源与环境学院

环境工程专业转型下微生物课程的建设

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