高校非生態(tài)專(zhuān)業(yè)《生態(tài)學(xué)》教材拓展與教學(xué)方法探討
——以增加分子生態(tài)學(xué)內(nèi)容為例

安 淵

（上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240）

近年來(lái)，隨著我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的有序推進(jìn)，國(guó)家和社會(huì)對(duì)自然資源管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)日益關(guān)注和重視，“生態(tài)文明建設(shè)”寫(xiě)進(jìn)了黨章和憲法，成為黨和國(guó)家意志的體現(xiàn)?！熬G水青山就是金山銀山”和“山水林田湖草沙是一個(gè)生命共同體”已成為國(guó)家治理和行業(yè)管理的基本準(zhǔn)則。在此背景下，高校有責(zé)任把生態(tài)理念和知識(shí)傳播給廣大學(xué)生，作為基礎(chǔ)課程將“生態(tài)學(xué)”納入非生態(tài)專(zhuān)業(yè)的必修課中，學(xué)習(xí)生態(tài)學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的生態(tài)思維和素養(yǎng)。

1 加強(qiáng)“生態(tài)學(xué)”在自然科學(xué)和管理科學(xué)間的橋梁和紐帶作用

生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)，與生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、資源科學(xué)、地理科學(xué)等自然科學(xué)緊密關(guān)聯(lián)，互有交叉，但又有明顯區(qū)別。生態(tài)學(xué)最明顯的特色在于將上述學(xué)科中相互關(guān)聯(lián)的生物和環(huán)境內(nèi)容提煉出來(lái)，研究二者之間的相互作用和關(guān)系。因此，生態(tài)學(xué)與眾多自然科學(xué)課程產(chǎn)生了交叉和關(guān)聯(lián)，如與植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)、生理學(xué)、分子生物學(xué)、土壤學(xué)等；研究對(duì)象的層次更加廣泛，包括基因水平、物種個(gè)體和群體水平、區(qū)域和全球?qū)用娴纳鷳B(tài)系統(tǒng)和景觀水平；涉及植物、動(dòng)物、微生物、大氣和土壤環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和人文等系統(tǒng)[1]。用共同屬性的環(huán)境因子將各學(xué)科之間的生物因素緊密聯(lián)系在一起，形成一個(gè)有機(jī)整體，反映出生態(tài)學(xué)的綜合性、宏觀性、戰(zhàn)略性和實(shí)用性的特點(diǎn)。通過(guò)“生態(tài)學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生建立不同學(xué)科之間的聯(lián)系，發(fā)揮“生態(tài)學(xué)”交叉學(xué)科的紐帶和橋梁作用。

隨著全球人口增加和工業(yè)化進(jìn)程加速，人類(lèi)對(duì)自然資源和生態(tài)環(huán)境的干擾程度越來(lái)越大、范圍越來(lái)越廣，正以前所未有的規(guī)模和強(qiáng)度影響自然和環(huán)境，導(dǎo)致人與自然、生物與環(huán)境之間的矛盾越來(lái)越突出，產(chǎn)生許多嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題。生態(tài)學(xué)作為研究生物與環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)，必然成為認(rèn)識(shí)和解決人與自然矛盾的基本理論，是人類(lèi)與自然和諧共存、可持續(xù)發(fā)展應(yīng)遵循的基本理論和指導(dǎo)思想，對(duì)我國(guó)構(gòu)建“山水林田湖草沙生命共同體”，促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用，特別是對(duì)解決當(dāng)前全球面臨的六大環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題，包括能源短缺、資源枯竭、人口膨脹、糧食短缺、環(huán)境退化和生態(tài)平衡失調(diào)，具有重要的指導(dǎo)作用。與此同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展對(duì)生態(tài)學(xué)理論的系統(tǒng)性、先進(jìn)性、創(chuàng)新性和適用性提出更高的要求，推動(dòng)生態(tài)學(xué)的發(fā)展。

2 非生態(tài)專(zhuān)業(yè)《生態(tài)學(xué)》教材存在的問(wèn)題

生態(tài)學(xué)關(guān)聯(lián)的學(xué)科多、綜合性強(qiáng)，而高等院校非生態(tài)學(xué)專(zhuān)業(yè)因受學(xué)分限制，不能像生態(tài)專(zhuān)業(yè)一樣設(shè)置多層次的生態(tài)學(xué)相關(guān)課程，多角度介紹生物與環(huán)境的關(guān)系，限制了學(xué)生對(duì)生態(tài)學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和綜合理解能力發(fā)展。因此，對(duì)非生態(tài)專(zhuān)業(yè)的《生態(tài)學(xué)》教材內(nèi)容提出新要求，要區(qū)別于生態(tài)專(zhuān)業(yè)的《生態(tài)學(xué)》教材，把生態(tài)學(xué)領(lǐng)域最新的理論和技術(shù)與經(jīng)典生態(tài)學(xué)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，如把分子生態(tài)學(xué)、進(jìn)化生態(tài)學(xué)等反映時(shí)代科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步的內(nèi)容融入《生態(tài)學(xué)》教材，提升教材的先進(jìn)性，讓非生態(tài)專(zhuān)業(yè)學(xué)生有機(jī)會(huì)從不同層面認(rèn)識(shí)生物與環(huán)境的關(guān)系，多層面找準(zhǔn)分析自然與環(huán)境問(wèn)題的生態(tài)學(xué)理論“支點(diǎn)”，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和對(duì)課程的重視度，更好地發(fā)揮《生態(tài)學(xué)》交叉學(xué)科的知識(shí)引領(lǐng)和整合作用，這是非生態(tài)專(zhuān)業(yè)《生態(tài)學(xué)》教材應(yīng)具有的特點(diǎn)和內(nèi)容拓展方向。

目前，國(guó)內(nèi)《生態(tài)學(xué)》教材多達(dá)十幾種，如楊持主編《生態(tài)學(xué)》，李振基主編《生態(tài)學(xué)》、尚玉昌主編《普通生態(tài)學(xué)》等。這些教材共同包涵了經(jīng)典生態(tài)學(xué)的內(nèi)容：生物與環(huán)境、種群生態(tài)學(xué)、群落生態(tài)學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)，部分教材中增加了景觀生態(tài)學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)等內(nèi)容，但沒(méi)有一本《生態(tài)學(xué)》教材包含了“分子生態(tài)學(xué)”的內(nèi)容。在生態(tài)專(zhuān)業(yè)，分子生態(tài)學(xué)作為專(zhuān)業(yè)課開(kāi)設(shè)，學(xué)生可以從中系統(tǒng)學(xué)習(xí)生物在分子水平對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)與進(jìn)化過(guò)程，而對(duì)非生態(tài)專(zhuān)業(yè)而言，由于《生態(tài)學(xué)》教材中不包含這部分內(nèi)容，因此，學(xué)生沒(méi)有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)分子生態(tài)學(xué)知識(shí)?，F(xiàn)代生態(tài)學(xué)已向微觀生態(tài)學(xué)和宏觀生態(tài)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展，更多地利用DNA測(cè)序和微觀粒子等分子生物學(xué)技術(shù)研究生物的進(jìn)化與適應(yīng)，利用遙感和大數(shù)據(jù)等技術(shù)探索全球資源與生態(tài)環(huán)境變化。分子生物學(xué)是現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展的核心，是揭示生物個(gè)體和種群適應(yīng)環(huán)境的最新科學(xué)，技術(shù)發(fā)展日新月異，創(chuàng)新性成果不斷涌現(xiàn)。分子生物學(xué)為更準(zhǔn)確、深入研究生物與環(huán)境的關(guān)系，詮釋傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)理論和現(xiàn)象，豐富生態(tài)學(xué)內(nèi)涵，并提供了堅(jiān)實(shí)的分子機(jī)制和技術(shù)手段，為“分子生態(tài)學(xué)”的成熟和發(fā)展提供支撐。針對(duì)生態(tài)學(xué)涵蓋內(nèi)容的多元化，以及新時(shí)代高等人才對(duì)生態(tài)學(xué)理論知識(shí)擴(kuò)展和提升的需求，將“分子生態(tài)學(xué)”知識(shí)納入高等院校非生態(tài)專(zhuān)業(yè)的《生態(tài)學(xué)》教材十分必要，是完善新時(shí)代高校課程體系，培養(yǎng)“知識(shí)、能力、素質(zhì)”三位一體高素質(zhì)人才的需要。

3 非生態(tài)專(zhuān)業(yè)《生態(tài)學(xué)》教材增加分子生態(tài)學(xué)內(nèi)容的建議

分子生態(tài)學(xué)是應(yīng)用分子生物學(xué)的原理和方法研究生物與環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)，是宏觀與微觀的結(jié)合,關(guān)注生態(tài)過(guò)程和現(xiàn)象的分子作用規(guī)律，從分子水平解析環(huán)境變化引起的生物形態(tài)、遺傳、生理生殖、進(jìn)化等各個(gè)水平上協(xié)調(diào)適應(yīng)的分子機(jī)理，特別是宏觀生態(tài)學(xué)研究方法難以實(shí)現(xiàn)或宏觀生態(tài)學(xué)理論難以解析的生態(tài)現(xiàn)象，如微生物參與碳固定、甲烷代謝、碳降解等多個(gè)碳循環(huán)重要過(guò)程。傳統(tǒng)微生物碳循環(huán)研究多集中于微生物分離培養(yǎng)技術(shù)，無(wú)法覆蓋絕大部分未培養(yǎng)微生物，無(wú)法深入解析碳循環(huán)過(guò)程中微生物群落的結(jié)構(gòu)、功能和相互作用關(guān)系的全貌。宏基因組學(xué)技術(shù)（如DNA分子指紋圖譜、高通量測(cè)序等）的出現(xiàn)克服了這些缺陷，實(shí)現(xiàn)了全面分析碳循環(huán)過(guò)程中微生物物種多樣性和功能多樣性的全貌特征和對(duì)碳循環(huán)過(guò)程的調(diào)控作用[2]。

分子生態(tài)學(xué)是基于基因表達(dá)、DNA標(biāo)記（RFLP、RAPD、AFLP、SSR、SNP、RAD、MSAP、Hiseq等）、蛋白質(zhì)標(biāo)記（等位酶標(biāo)記）和基因組測(cè)序等方法研究生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系。研究?jī)?nèi)容包括群體保護(hù)遺傳學(xué)、生物地理與物種形成、親緣關(guān)系與種群遺傳分化、形態(tài)和生理分化的分子適應(yīng)、生物共生與協(xié)同進(jìn)化、轉(zhuǎn)基因生物釋放及其生態(tài)效應(yīng)（即生物安全）以及分子生態(tài)學(xué)技術(shù)等。在瀕危物種保護(hù)和致瀕因素分析，環(huán)境變化與生物多樣性關(guān)系，物種起源與進(jìn)化，生物與生物地化循環(huán)過(guò)程關(guān)系，親緣關(guān)系與種群遺傳分化、馴化與特征形成等研究方面顯示出其獨(dú)特的作用，形成了分子生態(tài)學(xué)固有的研究方法和理論體系[3-5]。隨著DNA和蛋白檢測(cè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，生物個(gè)體適應(yīng)、種群遺傳結(jié)構(gòu)和多樣性差異會(huì)得到進(jìn)一步闡明，將為生態(tài)學(xué)和分子生態(tài)學(xué)研究和理論創(chuàng)新注入強(qiáng)大動(dòng)力，推動(dòng)生態(tài)學(xué)快速發(fā)展。

分子生態(tài)學(xué)是高校生態(tài)學(xué)專(zhuān)業(yè)的必修課程，非生態(tài)專(zhuān)業(yè)基本不開(kāi)設(shè)?！吧鷳B(tài)學(xué)”是非生態(tài)專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)分子生態(tài)學(xué)知識(shí)的唯一途徑，但目前出版的《生態(tài)學(xué)》教材均未包含分子生態(tài)學(xué)內(nèi)容，因此，在《生態(tài)學(xué)》教程中增加分子生態(tài)學(xué)章節(jié)十分必要，重點(diǎn)內(nèi)容包括：分子生態(tài)學(xué)方法與原理、生物對(duì)環(huán)境因子的分子適應(yīng)、種群分子標(biāo)記生態(tài)學(xué)、宏基因組與生物進(jìn)化等，6—8個(gè)學(xué)時(shí)較為適宜。

4 生態(tài)學(xué)教學(xué)的方法與目標(biāo)

首先，非生態(tài)專(zhuān)業(yè)“生態(tài)學(xué)”課程教學(xué)面臨三個(gè)主要問(wèn)題：（1）教學(xué)時(shí)數(shù)少，一般為32學(xué)時(shí)；（2）缺乏實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，理論和實(shí)踐脫節(jié)；（3）教材建設(shè)缺乏針對(duì)性，生態(tài)專(zhuān)業(yè)和非生態(tài)專(zhuān)業(yè)教材共用。前兩個(gè)問(wèn)題短期內(nèi)難以解決，而教材建設(shè)可以先行。根據(jù)非生態(tài)專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置特點(diǎn)，合理調(diào)整經(jīng)典生態(tài)學(xué)內(nèi)容，增加分子生態(tài)學(xué)等現(xiàn)代生態(tài)學(xué)內(nèi)容，既講經(jīng)典生態(tài)學(xué)，同時(shí)，啟發(fā)性地講授一些現(xiàn)代生態(tài)學(xué)知識(shí)（如分子生態(tài)學(xué)），開(kāi)闊學(xué)生的視野、思路和知識(shí)面。

其次，按照本科專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，合理規(guī)劃《生態(tài)學(xué)》教材內(nèi)容，授課過(guò)程的案例與生態(tài)學(xué)和社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)緊密結(jié)合，進(jìn)行啟發(fā)性教育。以學(xué)生為主體，講授知識(shí)的同時(shí)，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生關(guān)注自然資源管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的實(shí)際問(wèn)題，理論聯(lián)系實(shí)際，用生態(tài)學(xué)理論和方法思考實(shí)際問(wèn)題，例如“中度干擾假說(shuō)”提出中等程度干擾有利于維持群落較高的物種多樣性。當(dāng)前，國(guó)家對(duì)自然資源的保護(hù)與管理高度重視，實(shí)施了長(zhǎng)江十年禁捕和海洋季節(jié)性休漁、對(duì)北方大面積草原實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償，減輕草原放牧強(qiáng)度等措施。這些舉措是“中度干擾假說(shuō)”理論的很好例證，在授課時(shí)可啟發(fā)性地引導(dǎo)學(xué)生思考自然資源管理與利用問(wèn)題，思考“適度干擾或利用”的內(nèi)涵及其適用的自然資源類(lèi)型，樹(shù)立“適度干擾”是維持自然資源可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)理念。

第三，探索有效的教學(xué)方法。生態(tài)學(xué)具有多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，非生態(tài)專(zhuān)業(yè)受到學(xué)時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)少的限制，以及關(guān)聯(lián)課程開(kāi)課相對(duì)滯后的影響，實(shí)際授課時(shí)以生態(tài)學(xué)理論和原理講授為主，因此，生態(tài)學(xué)教學(xué)的手段和方法顯得尤為重要。靈活運(yùn)用各種有效的教學(xué)方法如：講授法、研討式教學(xué)法、討論式教學(xué)法、Presentation教學(xué)法、合作學(xué)習(xí)、線上線下融合等，對(duì)提高教學(xué)效果十分有益[6-8]。此外，安排2-4學(xué)時(shí)的實(shí)景教學(xué)也十分必要，在講到種群和群落內(nèi)容時(shí)，選擇校園或附近公園的典型復(fù)合種群植被，實(shí)地講解種群適應(yīng)、群落組成、功能特征、動(dòng)態(tài)變化等內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解、對(duì)生態(tài)理論應(yīng)用的理解和思考，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)新性。

第四，增加學(xué)生反饋環(huán)節(jié)。在課程進(jìn)度的不同階段，實(shí)時(shí)了解學(xué)生對(duì)生態(tài)學(xué)課程內(nèi)容的理解和想法，鼓勵(lì)學(xué)生提出各自希望學(xué)習(xí)的生態(tài)學(xué)內(nèi)容、感興趣的生態(tài)學(xué)問(wèn)題等，諸如自然生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性維護(hù)與喪失、全球變暖、生物安全、糧食安全等，并在教學(xué)過(guò)程中針對(duì)性地將這些問(wèn)題融入課堂，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識(shí)。

第五，生態(tài)學(xué)是反映人與自然矛盾的基本理論，也適于分析人與社會(huì)的基本矛盾。在講授相關(guān)生態(tài)學(xué)知識(shí)的同時(shí)，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生利用生態(tài)學(xué)理論思考和認(rèn)識(shí)人與社會(huì)，以及學(xué)生未來(lái)生活和工作中遇到的各種社會(huì)和心理問(wèn)題。通過(guò)生態(tài)學(xué)理論學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的生態(tài)思維邏輯，達(dá)到知識(shí)學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

“生態(tài)學(xué)”作為一門(mén)基礎(chǔ)性、交叉性的課程，被越來(lái)越多的非生態(tài)專(zhuān)業(yè)院系選擇開(kāi)設(shè)，因此，針對(duì)性地調(diào)整《生態(tài)學(xué)》教材內(nèi)容，增加現(xiàn)代生態(tài)學(xué)比例十分必要。通過(guò)拓展《生態(tài)學(xué)》教材內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，一方面，保證非生態(tài)專(zhuān)業(yè)學(xué)生全面、系統(tǒng)學(xué)習(xí)生態(tài)學(xué)的基本概念、理論和方法，熟悉生物在分子、個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和景觀等不同尺度的生態(tài)學(xué)規(guī)律，科學(xué)認(rèn)識(shí)生物與環(huán)境的關(guān)系；另一方面，培養(yǎng)學(xué)生“生態(tài)”思維的習(xí)慣和方法，并以此分析人類(lèi)面臨的各種環(huán)境問(wèn)題，建立科學(xué)的生態(tài)文明與綠色環(huán)保觀念。