《生态学实验研究方法与技术》课程改革探讨

冯远娇 陈桂葵 苏贻娟 赵本良 谈凤笑 章家恩

（华南农业大学 农学院，广东 广州 510642）

引 言

生态学是研究生物与环境之间相互关系的学科，迄今已有近150年的发展历史，它是一门研究范围广、应用范围宽、多学科交叉的综合性学科[1]。1977年内蒙古大学首先在高等院校中开设生态学专业，近年来，为了适应社会经济发展和生态环境建设对生态学人才的迫切需要，国内52所院校相继增设了生态学本科专业，华南农业大学也于2003年正式招收生态学专业本科生。自从本校招收生态学专业的本科生以来，本专业教师一直围绕着培养具备生态学的基本理论、基础知识和基本技能，能够在科研机构、高等院校、企事业单位和行政部门等从事自然资源、生态、环保、旅游、农业与农村可持续发展等方面的教学、科研以及管理工作，具有创新精神和实践能力的高级复合型人才的目标努力。

作为一门实践性和应用性较强的学科，生态学实验教学是验证和发展生态学理论的重要环节，是对学生进行综合能力训练的重要教学手段，是理论知识向实践过渡的重要过程[2]。在本专业刚开设的几年中，实验教学基本上按照传统的教学模式，实验课均从属于相应的理论课程，作为理论课程教学的一部分，将实验教学看作是验证课堂理论的方法和辅助手段，这种“重理论、轻实验”的教学观念与做法无法充分发挥实验教学在培养学生实践创新能力中的重要作用[3]。因此，为了适应社会经济发展和大学生就业的需要，本专业进行了相应的人才培养方案修订与课程调整，即于2008年开设了一门单列的实验课程——《生态学实验研究方法与技术》课程（56学时，3.5学分），并不断进行实验教学改革。本文主要介绍这门实验课程近几年来的改革情况。

一 实验内容的精选

生态学的知识体系包含多门学科的知识，其课程内容十分丰富，但受课时数的限制，不可能逐一操作与实施。通过这几年的改革，我们将生态学有关的实验内容逐一精选，把课程内容分成六章，分别包括生态学实验导论、生物与环境因子的相互作用实验、物种之间的相互作用实验、群落的结构与功能实验、生态系统的结构与功能实验、环境生态学实验，并将相关实验内容编写成《普通生态学实验指导》教材，该教材的内容更加丰富和广泛[4]。生态学实验导论（第一章）主要从总体上介绍生态学实验的基本特点与要求以及生态学实验研究的基本类型与体系；第二章至第五章（生物与环境因子的相互作用实验、物种之间的相互作用实验、群落的结构与功能实验、生态系统的结构与功能实验）分别从个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学不同尺度和层次安排实验内容；环境生态学实验（第六章）主要是在考虑当前各类环境问题不断出现的情况下安排学生感兴趣的实验。

在第二章至第六章的实际教学内容安排中，我们调整了每一章实验内容的结构，既考虑到实验对理论教学的验证和巩固作用，又兼顾到实验教学对学生实验设计能力、创新能力和探究能力的培养，从而激发学生做实验的热情。每一章的实验内容均从三个层次上安排，最终构建成一个验证性、综合性和研究性的多层次化实验体系。验证性实验属于基础层次的实验，以生态学领域内的经典实验为主，反映生态学的基本理论和实验技能。例如，生物与环境因子的相互作用实验（第二章）中有关生态因子（光照强度、温度、湿度等）的测定；群落的结构与功能实验（第四章）中群落结构（包括物种组成、水平结构、垂直结构、时间结构等）的调查。开展此类实验的目的是让学生在掌握基本操作技术规范、熟悉实验仪器、学会实验方法的同时巩固学过的理论知识。

除了安排验证性实验外，我们还不断对实验内容进行改革，增加了综合性实验和研究性实验的内容。综合性实验即为提高层次的实验，实验课老师在每一章均给出多个综合性实验题目，由学生根据自己的专业和所学知识的背景进行选择。例如生物与环境因子的相互作用实验（第二章）中就有干旱胁迫对植物生理生态性状的影响、淹水胁迫对植物生理生态性状的影响、模拟气温升高对土壤动物群落结构的影响、模拟酸雨对土壤微生物数量的影响、模拟重金属污染对土壤微生物数量的影响、模拟农药污染对土壤动物群落结构的影响、模拟盐渍化胁迫对植物生长的影响等7个实验题目供学生选择。这类实验可以充分发挥学生的主观能动性，培养学生理论联系实际、动手动脑、独立思考的能力。研究性实验属于探索层次的实验，是每一章课程内容的延伸和拓展，学生可以根据自己对所学专业各部分内容的兴趣，并结合任课教师的科研课题来独自设计实验。例如，如果学生（团队）对种群间的化学关系感兴趣的话，就可以在植物化感作用方面多找国内外最新文献，确定选题，并进一步设计出具有创新性的实验，整个实验研究过程要求在教师的指导下独立完成。这类实验可以使学生真正了解和熟悉整个科研过程与相关环节，同时学到科学研究的严谨态度和诚实的作风，调动学生思考问题的积极性和探索问题的主观能动性。

二 实验教学师资的配置

教学质量是教师品质的反映，没有优秀的教师，就难以有优质教育。实验教师队伍的建设在实验教学中起着非常重要的作用。因此，我们自开设一门独立的实验课程《生态学实验研究方法与技术》以来，十分注重实验师资队伍（实验教学团队）的建设，即根据本学科不同研究方向和优势，精心挑选在个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学和环境生态学的相应领域中研究较深入，在科研教学第一线的老师担任相应类别实验的主讲老师，这样可保证每位老师能够结合自己的科研领域给学生讲解“最拿手”的实验内容，将教学与科研接轨。同时，在第一章实验导论讲授时就首先向学生介绍每个任课老师的研究方向和科研情况，这样有利于学生在研究性实验探索过程中设计相关实验并选择相应的指导老师。担任每一章实验内容的老师均会结合自身的实际情况，认真为学生设置相关内容的验证性实验、综合性实验的题目，并积极指导学生完成他们感兴趣的研究性实验，从而体现出师生之间良好的互动、沟通与协作精神。

三 实验教学模式的优化

以往的实验课教学模式比较单一，往往是担任实验课的老师在课前将实验所需仪器、试剂和实验材料准备好，上课时将实验目的、原理、操作步骤及注意事项逐一讲解，然后学生根据准备好的材料按照实验步骤，“按部就班”地完成实验，最后提交一份实验报告。这种以导师为主导的教学方法会使学生处于被动地位，学习兴趣不高，只是按实验步骤做了一次实验，并没有经过充分的思考，结果使学生除了掌握基本的实验技能以外，难以培养他们的综合科研素质，不利于学生实践能力和创新能力的提高。自开设了《生态学实验研究方法与技术》独立实验课程以来，我们也在实验教学模式方面进行了改进，即要求各任课老师在课上“少讲多练、指导为主”，要求学生由被动实验者变成科学研究的主动设计者、操作者和完成者。具体的教学模式又因教学内容结构（验证性、综合性和研究性实验）的不同而要求不同。

在进行验证性实验讲授过程中，上课前教师将实验步骤和方法提前发给学生预习，上课时只强调重点、难点和注意事项，而把主要精力放到对学生实验过程的指导上，同时指导他们完成数据的分析与处理工作并撰写实验报告，从而加深学生对生态学基本理论知识的理解，培养学生基本的实验技能，要求学生按照科学规范进行实验、记录和处理数据，养成严谨的学风。在综合性实验实行过程中，各组学生在老师给出的实验题目中选择感兴趣的实验，独立设计实验方案和准备实验材料，教师在实验过程中对学生的实验过程进行监督检查和指导，从而培养学生的独立实验能力，以及分析问题和解决问题的能力。研究性实验属于探索性实验，各组学生从开课初，了解各个任课老师的科研方向并选定指导老师，同时要求他们必须通过充分查阅文献，找出该研究方向的切入点和创新点，然后拟出题目，制定出具体的实验方案，确定各指标的实验方法，完善后再将实验方案提交给指导老师。在此基础上，指导老师和小组学生讨论完善实验方案；实验方案确定后，由各小组独立完成，遇到不能解决的问题时再请教指导老师，最后对获得的实验结果进行分析和讨论。这类研究性实验的教学模式大大调动了学生思考问题的积极性和探索问题的主观能动性，提升了学生的科研能力与素质。这几年通过增设研究性实验的教学模式，有些优秀的本科生还将实验结果整理分析，写成论文正式发表在相关的核心期刊上；也有些学生根据他们的思路成功申请到了国家级、省级和校级的科技创新项目，或获得大学生挑战杯科技竞赛奖励，这极大地激发了学生科研探索与创新的积极性。

四 实验教学仪器的改善

实验仪器是提高学生动手能力、培养学生科研素质的硬件条件。实验经费投入不足，实验仪器和设备相对缺乏是制约生态学实验课程发展的重要因素。本专业所依托的生态学学科为农业部和广东省重点学科，近几年获得了“广东省普通高校农业生态与农村环境重点实验室”、 “农业部生态农业重点开放实验室”，以及国家级、省部级教学质量工程项目的立项建设，从而大大增加了实验室建设经费的投入，科研实验设备和实验教学仪器条件均有了极大幅度的改善，例如，增购了多台照度计、温度湿度计、GPS定位仪、大气采样器、酸度计、氧弹式热量计、土壤水分测定仪和电热恒温水槽等，还添置了农业气象生态环境监测系统、离子色谱仪、高效液相色谱仪、便携式光合作用测量、叶面积仪、叶绿素荧光仪、根系扫描仪、氮磷钙快速测定仪、凯氏定氮仪、分光光度计、火焰光度计、酶标仪、核酸提取仪、荧光定量PCR仪和杂交交联仪等仪器。这些仪器的增加基本能满足学生开展基础层次、提高层次和探索层次实验的需要，保证实验教学的顺利开展。

五 课程考核的改进

实验课程的考核既是对学生综合能力的评定，又是促进学生不断提高综合素质的动力。以往的做法是，当实验课从属于相应的理论课程时，实验教学的考核只占总成绩的20%或30%，成绩主要以实验报告为依据，有的学生平时不重视实验，不认真做实验，抄袭同学的实验数据却能得到好成绩的现象时有发生，结果挫伤了其他学生的积极性，因此，这就要求我们必须改进实验考核方法。自从开设独立的《生态学实验研究方法与技术》实验课程以来，我们也逐步探索实施了新的考核办法。每个学生均需要完成规定的验证性实验，选做综合性实验，参与研究性实验。考核办法中验证性实验、综合性实验和研究性实验分别占总成绩的40%、40%和20%。验证性实验主要考核出勤率、实验操作的规范性、实验报告完成情况等方面；综合性实验主要考核出勤率、团队协作能力、实验操作的正确性、实验报告完成情况、实验结果的分析能力等方面；研究性实验主要考核实验项目设计的可行性、实验设计思路和实施方案的创新性、团队协作能力、实验报告完成情况、对实验结果的分析能力和对实验心得体会的总结概括能力等方面。其中验证性实验和综合性实验的考核需要每个任课老师均给出各自担任章节的成绩，然后取平均值，而研究性实验的考核成绩则由担任指导教师单独给出。这样，可保证考核方法贯穿于实验课的始终。这种考核方式要求学生必须重视每一环节的学习和实践，从而提高他们实验学习的效果和质量。

[1]杨持.生态学[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]乔永民,于霞.浅议生态学实验课程教学改革[J].生态科学,2007,26(5):478-481.

[3]陈桂葵,章家恩.高等农业院校生态学专业实验教学改革的探索[J].安徽农业科学,2010,38(1):483-485.

[4]章家恩,陈桂葵,冯远娇等.普通生态学实验指导[M].北京:中国环境科学出版社,2012.