《生態(tài)學(xué)實驗研究方法與技術(shù)》課程改革探討

馮遠嬌 陳桂葵 蘇貽娟 趙本良 談鳳笑 章家恩

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州 510642）

引 言

生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的學(xué)科，迄今已有近150年的發(fā)展歷史，它是一門研究范圍廣、應(yīng)用范圍寬、多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科[1]。1977年內(nèi)蒙古大學(xué)首先在高等院校中開設(shè)生態(tài)學(xué)專業(yè)，近年來，為了適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)對生態(tài)學(xué)人才的迫切需要，國內(nèi)52所院校相繼增設(shè)了生態(tài)學(xué)本科專業(yè)，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)也于2003年正式招收生態(tài)學(xué)專業(yè)本科生。自從本校招收生態(tài)學(xué)專業(yè)的本科生以來，本專業(yè)教師一直圍繞著培養(yǎng)具備生態(tài)學(xué)的基本理論、基礎(chǔ)知識和基本技能，能夠在科研機構(gòu)、高等院校、企事業(yè)單位和行政部門等從事自然資源、生態(tài)、環(huán)保、旅游、農(nóng)業(yè)與農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展等方面的教學(xué)、科研以及管理工作，具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級復(fù)合型人才的目標努力。

作為一門實踐性和應(yīng)用性較強的學(xué)科，生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)是驗證和發(fā)展生態(tài)學(xué)理論的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生進行綜合能力訓(xùn)練的重要教學(xué)手段，是理論知識向?qū)嵺`過渡的重要過程[2]。在本專業(yè)剛開設(shè)的幾年中，實驗教學(xué)基本上按照傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實驗課均從屬于相應(yīng)的理論課程，作為理論課程教學(xué)的一部分，將實驗教學(xué)看作是驗證課堂理論的方法和輔助手段，這種“重理論、輕實驗”的教學(xué)觀念與做法無法充分發(fā)揮實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力中的重要作用[3]。因此，為了適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展和大學(xué)生就業(yè)的需要，本專業(yè)進行了相應(yīng)的人才培養(yǎng)方案修訂與課程調(diào)整，即于2008年開設(shè)了一門單列的實驗課程——《生態(tài)學(xué)實驗研究方法與技術(shù)》課程（56學(xué)時，3.5學(xué)分），并不斷進行實驗教學(xué)改革。本文主要介紹這門實驗課程近幾年來的改革情況。

一 實驗內(nèi)容的精選

生態(tài)學(xué)的知識體系包含多門學(xué)科的知識，其課程內(nèi)容十分豐富，但受課時數(shù)的限制，不可能逐一操作與實施。通過這幾年的改革，我們將生態(tài)學(xué)有關(guān)的實驗內(nèi)容逐一精選，把課程內(nèi)容分成六章，分別包括生態(tài)學(xué)實驗導(dǎo)論、生物與環(huán)境因子的相互作用實驗、物種之間的相互作用實驗、群落的結(jié)構(gòu)與功能實驗、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能實驗、環(huán)境生態(tài)學(xué)實驗，并將相關(guān)實驗內(nèi)容編寫成《普通生態(tài)學(xué)實驗指導(dǎo)》教材，該教材的內(nèi)容更加豐富和廣泛[4]。生態(tài)學(xué)實驗導(dǎo)論（第一章）主要從總體上介紹生態(tài)學(xué)實驗的基本特點與要求以及生態(tài)學(xué)實驗研究的基本類型與體系；第二章至第五章（生物與環(huán)境因子的相互作用實驗、物種之間的相互作用實驗、群落的結(jié)構(gòu)與功能實驗、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能實驗）分別從個體生態(tài)學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、群落生態(tài)學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)不同尺度和層次安排實驗內(nèi)容；環(huán)境生態(tài)學(xué)實驗（第六章）主要是在考慮當前各類環(huán)境問題不斷出現(xiàn)的情況下安排學(xué)生感興趣的實驗。

在第二章至第六章的實際教學(xué)內(nèi)容安排中，我們調(diào)整了每一章實驗內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，既考慮到實驗對理論教學(xué)的驗證和鞏固作用，又兼顧到實驗教學(xué)對學(xué)生實驗設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和探究能力的培養(yǎng)，從而激發(fā)學(xué)生做實驗的熱情。每一章的實驗內(nèi)容均從三個層次上安排，最終構(gòu)建成一個驗證性、綜合性和研究性的多層次化實驗體系。驗證性實驗屬于基礎(chǔ)層次的實驗，以生態(tài)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的經(jīng)典實驗為主，反映生態(tài)學(xué)的基本理論和實驗技能。例如，生物與環(huán)境因子的相互作用實驗（第二章）中有關(guān)生態(tài)因子（光照強度、溫度、濕度等）的測定；群落的結(jié)構(gòu)與功能實驗（第四章）中群落結(jié)構(gòu)（包括物種組成、水平結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)、時間結(jié)構(gòu)等）的調(diào)查。開展此類實驗的目的是讓學(xué)生在掌握基本操作技術(shù)規(guī)范、熟悉實驗儀器、學(xué)會實驗方法的同時鞏固學(xué)過的理論知識。

除了安排驗證性實驗外，我們還不斷對實驗內(nèi)容進行改革，增加了綜合性實驗和研究性實驗的內(nèi)容。綜合性實驗即為提高層次的實驗，實驗課老師在每一章均給出多個綜合性實驗題目，由學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)和所學(xué)知識的背景進行選擇。例如生物與環(huán)境因子的相互作用實驗（第二章）中就有干旱脅迫對植物生理生態(tài)性狀的影響、淹水脅迫對植物生理生態(tài)性狀的影響、模擬氣溫升高對土壤動物群落結(jié)構(gòu)的影響、模擬酸雨對土壤微生物數(shù)量的影響、模擬重金屬污染對土壤微生物數(shù)量的影響、模擬農(nóng)藥污染對土壤動物群落結(jié)構(gòu)的影響、模擬鹽漬化脅迫對植物生長的影響等7個實驗題目供學(xué)生選擇。這類實驗可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、動手動腦、獨立思考的能力。研究性實驗屬于探索層次的實驗，是每一章課程內(nèi)容的延伸和拓展，學(xué)生可以根據(jù)自己對所學(xué)專業(yè)各部分內(nèi)容的興趣，并結(jié)合任課教師的科研課題來獨自設(shè)計實驗。例如，如果學(xué)生（團隊）對種群間的化學(xué)關(guān)系感興趣的話，就可以在植物化感作用方面多找國內(nèi)外最新文獻，確定選題，并進一步設(shè)計出具有創(chuàng)新性的實驗，整個實驗研究過程要求在教師的指導(dǎo)下獨立完成。這類實驗可以使學(xué)生真正了解和熟悉整個科研過程與相關(guān)環(huán)節(jié)，同時學(xué)到科學(xué)研究的嚴謹態(tài)度和誠實的作風(fēng)，調(diào)動學(xué)生思考問題的積極性和探索問題的主觀能動性。

二 實驗教學(xué)師資的配置

教學(xué)質(zhì)量是教師品質(zhì)的反映，沒有優(yōu)秀的教師，就難以有優(yōu)質(zhì)教育。實驗教師隊伍的建設(shè)在實驗教學(xué)中起著非常重要的作用。因此，我們自開設(shè)一門獨立的實驗課程《生態(tài)學(xué)實驗研究方法與技術(shù)》以來，十分注重實驗師資隊伍（實驗教學(xué)團隊）的建設(shè)，即根據(jù)本學(xué)科不同研究方向和優(yōu)勢，精心挑選在個體生態(tài)學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、群落生態(tài)學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)和環(huán)境生態(tài)學(xué)的相應(yīng)領(lǐng)域中研究較深入，在科研教學(xué)第一線的老師擔(dān)任相應(yīng)類別實驗的主講老師，這樣可保證每位老師能夠結(jié)合自己的科研領(lǐng)域給學(xué)生講解“最拿手”的實驗內(nèi)容，將教學(xué)與科研接軌。同時，在第一章實驗導(dǎo)論講授時就首先向?qū)W生介紹每個任課老師的研究方向和科研情況，這樣有利于學(xué)生在研究性實驗探索過程中設(shè)計相關(guān)實驗并選擇相應(yīng)的指導(dǎo)老師。擔(dān)任每一章實驗內(nèi)容的老師均會結(jié)合自身的實際情況，認真為學(xué)生設(shè)置相關(guān)內(nèi)容的驗證性實驗、綜合性實驗的題目，并積極指導(dǎo)學(xué)生完成他們感興趣的研究性實驗，從而體現(xiàn)出師生之間良好的互動、溝通與協(xié)作精神。

三 實驗教學(xué)模式的優(yōu)化

以往的實驗課教學(xué)模式比較單一，往往是擔(dān)任實驗課的老師在課前將實驗所需儀器、試劑和實驗材料準備好，上課時將實驗?zāi)康?、原理、操作步驟及注意事項逐一講解，然后學(xué)生根據(jù)準備好的材料按照實驗步驟，“按部就班”地完成實驗，最后提交一份實驗報告。這種以導(dǎo)師為主導(dǎo)的教學(xué)方法會使學(xué)生處于被動地位，學(xué)習(xí)興趣不高，只是按實驗步驟做了一次實驗，并沒有經(jīng)過充分的思考，結(jié)果使學(xué)生除了掌握基本的實驗技能以外，難以培養(yǎng)他們的綜合科研素質(zhì)，不利于學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的提高。自開設(shè)了《生態(tài)學(xué)實驗研究方法與技術(shù)》獨立實驗課程以來，我們也在實驗教學(xué)模式方面進行了改進，即要求各任課老師在課上“少講多練、指導(dǎo)為主”，要求學(xué)生由被動實驗者變成科學(xué)研究的主動設(shè)計者、操作者和完成者。具體的教學(xué)模式又因教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)（驗證性、綜合性和研究性實驗）的不同而要求不同。

在進行驗證性實驗講授過程中，上課前教師將實驗步驟和方法提前發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí)，上課時只強調(diào)重點、難點和注意事項，而把主要精力放到對學(xué)生實驗過程的指導(dǎo)上，同時指導(dǎo)他們完成數(shù)據(jù)的分析與處理工作并撰寫實驗報告，從而加深學(xué)生對生態(tài)學(xué)基本理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生基本的實驗技能，要求學(xué)生按照科學(xué)規(guī)范進行實驗、記錄和處理數(shù)據(jù)，養(yǎng)成嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)。在綜合性實驗實行過程中，各組學(xué)生在老師給出的實驗題目中選擇感興趣的實驗，獨立設(shè)計實驗方案和準備實驗材料，教師在實驗過程中對學(xué)生的實驗過程進行監(jiān)督檢查和指導(dǎo)，從而培養(yǎng)學(xué)生的獨立實驗?zāi)芰?，以及分析問題和解決問題的能力。研究性實驗屬于探索性實驗，各組學(xué)生從開課初，了解各個任課老師的科研方向并選定指導(dǎo)老師，同時要求他們必須通過充分查閱文獻，找出該研究方向的切入點和創(chuàng)新點，然后擬出題目，制定出具體的實驗方案，確定各指標的實驗方法，完善后再將實驗方案提交給指導(dǎo)老師。在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)老師和小組學(xué)生討論完善實驗方案；實驗方案確定后，由各小組獨立完成，遇到不能解決的問題時再請教指導(dǎo)老師，最后對獲得的實驗結(jié)果進行分析和討論。這類研究性實驗的教學(xué)模式大大調(diào)動了學(xué)生思考問題的積極性和探索問題的主觀能動性，提升了學(xué)生的科研能力與素質(zhì)。這幾年通過增設(shè)研究性實驗的教學(xué)模式，有些優(yōu)秀的本科生還將實驗結(jié)果整理分析，寫成論文正式發(fā)表在相關(guān)的核心期刊上；也有些學(xué)生根據(jù)他們的思路成功申請到了國家級、省級和校級的科技創(chuàng)新項目，或獲得大學(xué)生挑戰(zhàn)杯科技競賽獎勵，這極大地激發(fā)了學(xué)生科研探索與創(chuàng)新的積極性。

四 實驗教學(xué)儀器的改善

實驗儀器是提高學(xué)生動手能力、培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)的硬件條件。實驗經(jīng)費投入不足，實驗儀器和設(shè)備相對缺乏是制約生態(tài)學(xué)實驗課程發(fā)展的重要因素。本專業(yè)所依托的生態(tài)學(xué)學(xué)科為農(nóng)業(yè)部和廣東省重點學(xué)科，近幾年獲得了“廣東省普通高校農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境重點實驗室”、 “農(nóng)業(yè)部生態(tài)農(nóng)業(yè)重點開放實驗室”，以及國家級、省部級教學(xué)質(zhì)量工程項目的立項建設(shè)，從而大大增加了實驗室建設(shè)經(jīng)費的投入，科研實驗設(shè)備和實驗教學(xué)儀器條件均有了極大幅度的改善，例如，增購了多臺照度計、溫度濕度計、GPS定位儀、大氣采樣器、酸度計、氧彈式熱量計、土壤水分測定儀和電熱恒溫水槽等，還添置了農(nóng)業(yè)氣象生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、離子色譜儀、高效液相色譜儀、便攜式光合作用測量、葉面積儀、葉綠素?zé)晒鈨x、根系掃描儀、氮磷鈣快速測定儀、凱氏定氮儀、分光光度計、火焰光度計、酶標儀、核酸提取儀、熒光定量PCR儀和雜交交聯(lián)儀等儀器。這些儀器的增加基本能滿足學(xué)生開展基礎(chǔ)層次、提高層次和探索層次實驗的需要，保證實驗教學(xué)的順利開展。

五 課程考核的改進

實驗課程的考核既是對學(xué)生綜合能力的評定，又是促進學(xué)生不斷提高綜合素質(zhì)的動力。以往的做法是，當實驗課從屬于相應(yīng)的理論課程時，實驗教學(xué)的考核只占總成績的20%或30%，成績主要以實驗報告為依據(jù)，有的學(xué)生平時不重視實驗，不認真做實驗，抄襲同學(xué)的實驗數(shù)據(jù)卻能得到好成績的現(xiàn)象時有發(fā)生，結(jié)果挫傷了其他學(xué)生的積極性，因此，這就要求我們必須改進實驗考核方法。自從開設(shè)獨立的《生態(tài)學(xué)實驗研究方法與技術(shù)》實驗課程以來，我們也逐步探索實施了新的考核辦法。每個學(xué)生均需要完成規(guī)定的驗證性實驗，選做綜合性實驗，參與研究性實驗?？己宿k法中驗證性實驗、綜合性實驗和研究性實驗分別占總成績的40%、40%和20%。驗證性實驗主要考核出勤率、實驗操作的規(guī)范性、實驗報告完成情況等方面；綜合性實驗主要考核出勤率、團隊協(xié)作能力、實驗操作的正確性、實驗報告完成情況、實驗結(jié)果的分析能力等方面；研究性實驗主要考核實驗項目設(shè)計的可行性、實驗設(shè)計思路和實施方案的創(chuàng)新性、團隊協(xié)作能力、實驗報告完成情況、對實驗結(jié)果的分析能力和對實驗心得體會的總結(jié)概括能力等方面。其中驗證性實驗和綜合性實驗的考核需要每個任課老師均給出各自擔(dān)任章節(jié)的成績，然后取平均值，而研究性實驗的考核成績則由擔(dān)任指導(dǎo)教師單獨給出。這樣，可保證考核方法貫穿于實驗課的始終。這種考核方式要求學(xué)生必須重視每一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和實踐，從而提高他們實驗學(xué)習(xí)的效果和質(zhì)量。

[1]楊持.生態(tài)學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]喬永民,于霞.淺議生態(tài)學(xué)實驗課程教學(xué)改革[J].生態(tài)科學(xué),2007,26(5):478-481.

[3]陳桂葵,章家恩.高等農(nóng)業(yè)院校生態(tài)學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)改革的探索[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(1):483-485.

[4]章家恩,陳桂葵,馮遠嬌等.普通生態(tài)學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2012.