鱼类行为学的本科实践教学

许忠能, 林小涛, 孙军

暨南大学生态学系, 广州, 510632

鱼类行为学的本科实践教学

许忠能, 林小涛, 孙军

暨南大学生态学系, 广州, 510632

论文介绍了鱼类行为学本科实践教学的经验与心得。根据教学条件, 分为模仿学习与项目任务学习两种形式, 进行了鱼类游泳行为、取食行为、学习行为等的实验与野外实习教学, 注重了野外实践与研究的深度。对学生进行专业技能操作以及鱼缸制作工艺、潜水、视频拍摄与剪辑等相关技能培训。除使用专门实践教学经费外, 还通过由学生采样等方式将教学与科研项目任务结合起来, 利用科研经费弥补实践教学经费的不足。本研究为鱼类行为学及相关课程的教学提供参考。

鱼类行为; 实验; 野外实习; 本科生

1 前言

鱼类行为的知识在鱼类垂钓捕捞、鱼类养殖、环境与灾害监测、神经与内分泌研究、生态系统稳定性研究等方面有着重要的应用与理论价值[1-5]。开展鱼类行为学理论教学时可在一些专著、教材、研究论文、科普视频等中找到相应资源[6-8]。但由于动物行为受外界环境与体内多种生理因素影响, 有很大的随机性, 即使是室内实验, 也常需长时间操作、观察、分析, 在野外需更多的时间与涉及更大的观测实验场地, 短时间、小范围内可能连对象动物都难以发现[9-11]。同时, 对于一些鱼类, 观测其行为时还要想办法克服鱼类生活的环境介质与操作者不同的问题。因此, 鱼类行为学实践教学的实现难度比较大。

鱼类行为实践教学对巩固学生专业知识与培训相关操作技能有帮助, 并对部分学生未来个人发展有潜在价值。在教学过程中, 课程教学小组一直致力于寻找多种教学方式开展鱼类行为的本科实践教学, 为学生有时也为自己提供机会涉猎知识与丰富实践经验。基于课程设置、操作地点、实践时间、经费限制等考虑, 将鱼类行为的实践教学分散在多门课中实现。现将近年来相关的教学经验与心得叙述如下, 以供同行及读者相互交流。

2 教学内容与方法

2.1 教学内容

在实际教学过程中, 课程教学小组将鱼类的运动行为、取食行为、趋向行为、防御与逃避行为、学习行为、繁殖行为、筑巢行为、领地行为、争斗行为、通讯行为、社群行为、迁徙行为、灾害预测可能性等进行本科生实践教学。目前, 大部分实验内容均已开出(表1), 但筑巢行为、领地行为、通讯行为、灾害预测可能性等尚没有机会付诸实践。

2.2 教学方法

开出实验的教学方式有两种: 模仿学习与项目任务学习。

模仿学习即常规的实验方式, 主要流程是: 教师先讲目的、原理、安排等→教师实验操作示范→学生做实验→学生在下一次上课时用PPT汇报实验→教师现场点评并公布实验操作及PPT报告成绩。在这种教学方式中, 应该选择适合在课堂演示的时间不长且可控性强的实验, 如取食行为中的鱼类消化道解剖环节。根据经验, 在学生汇报PPT后马上点评及给出成绩较课后给出成绩效果更好, 原因在于教师可当场给学生反馈和增加透明度, 又不至于课后遗忘上课的情景而难以客观评分。

表1 暨南大学生态学系鱼类行为学本科实践教学内容Table 1 The course contents of field trips and experiments of fish behaviors for undergraduates in Department of Ecology, Jinan University

项目任务学习主要分为课堂项目、本科毕业论文、学生找教师定题做课外实验、学生自己定题找教师指导课外实验几种方式。课堂项目由教师在课堂上介绍实验目的意义、相关原理、实验报告要求后, 由学生分组自行设计实验, 待教师认可后, 再完成实验并作PPT汇报、教师点评给出成绩。在一项课堂项目实验中, 学生还需对实验项目进行经费预算, 交由教师审核后, 学生自己购买除固定仪器以外的实验用品。通过这种方式, 让学生经历实验的各种准备过程, 了解实验经济代价, 培养更加独立的工作能力。本科毕业论文的实验内容自由度高,理论上全部鱼类行为实验都可通过这种形式开展,不过由于本科毕业论文是一人一题, 所以这种形式开出的实验受众较少。有些学生对鱼类行为感兴趣,会联系教师定题、提供条件、指导, 以开展课外研究。由于本校生态学系教师普遍要做本科生导师,所以这种情况也不少见。在学生自己定题找教师指导课外实验的情况中, 有些可以申请学校的本科生科技创新课题, 有些学生则是在上完相关课程后,对某些鱼类行为感兴趣, 教师在听完学生的实验想法后觉得可以提供资金及相关实验条件而让学生们独立开展工作, 如斑马鱼群体行为的课题。

在鱼类行为实践教学中, 我们尽量选较先进、学生自己难以获得的手段。例如, 受众最广的取食行为的实践教学方法包括解剖鱼类消化系统、野外鱼类胃肠内容物镜检、野外鱼类胃肠内容物DNA指纹分析、鱼类组织稳定性同位素分析、野外水下摄像、鱼类摄食动作三维模建。好几种方法都超出了学生的预期, 与自己在科普节目看到的很类似甚至更先进, 让他们感觉到这些实验有深度。

2.3 实践地点

实践地点分为室内与野外, 其中野外实践环节最具挑战性。取食行为是带学生最多、去地方最多的实验部分, 不同年级的实验内容稍有差异, 但基本都是调查同一地方不同鱼类、不同地方同一种鱼类的食性、摄食行为。在调查过程中,住宿安排、出海计划、安全管理等需进行细节上的周密考虑。

3 相关技能训练

主要包括室内与野外的相关实验与实践技能。如在鱼类取食行为的消化道解剖环节中, 要求学生能准确剖开鱼体, 将盘缠的消化道拉开, 如有幽门盲囊的要梳理分枝。操作过程中要学生注意细节,如用手或镊子钝头挑开肠系膜, 不宜在不熟练的情况下用手术剪来剪而把肠弄破, 教师在现场指导、演示。为了熟能生巧, 平均每名学生在整个实验环节中要解剖3-7尾鱼。野外的技能培训往往要借助现场其他人员, 如在近海捕捞鱼类时, 教师主要讲解一些理论知识(图1A), 然后主要请当地渔民教学生如何捕不同水层的鱼类、要下什么网、如何下网和收网等, 并尽可能让学生现场操作。

除了针对实验的专业技能操作外, 还需要对学生进行一些用途广泛的相关技能培训。主要包括:

鱼缸制作工艺。由于有不少鱼类行为实验是在室内进行, 鱼缸是必需品。根据不同实验内容鱼缸的形状大小会有变化, 因此让学生掌握鱼缸的制作工艺。学生自己设计好鱼缸样式, 然后买玻璃、玻璃刀、玻璃胶, 裁割玻璃或让玻璃店根据尺寸裁好后拿回来, 用玻璃胶粘合(图1B)。在开始时玻璃粘不牢或粘合处漏水, 但经修补几次后鱼缸基本能用。有些同学对这种工艺操作比较感兴趣, 造出了较复杂的迷宫型鱼缸。有些同学用了较多精力去做鱼缸,实验结束后, 舍不得鱼缸, 或拿回住处或放在实验室, 然后在鱼缸中养鱼, 根据自己兴趣观察鱼类行为, 这些都是教学中的意外收获。

潜水。这是从事鱼类研究的人值得掌握的一项技能, 在野外观察鱼类行为时很有用, 所以想办法派学生去学潜水, 能派出一个算一个(图1C)。选择正规高水平的潜水培训机构, 向教练说明目标。一般是利用3周到一个月左右的周六周日整天去学习, 最后要通过考试获得CMAS(世界潜水联合会, 法语Confédération Mondiale des Activités Subaquatiques的缩写)星级证书。一开始学生们都很兴奋, 中间过程对有些学生来说比较辛苦, 但报名去的最后都能把潜水证书拿回来。拿到证书的同学有可能在野外实习或采样时参与水下拍摄或安装器材拍摄鱼类行为。

拍摄与视频剪辑的练习。摄像将行为动作记录在视频中, 可供反复观察。有时为了拍摄鱼在鱼缸多个位置的特写镜头, 可能要固定4-5个摄像头来拍摄一个鱼缸。一些行为在拍摄过程中要防止人类行为干扰,所以实验者不能在室内拍摄, 要到另一间房实时观看视频, 因此需要安装无线发射装置、接收装置、相关软件等, 这对于一些同学来说又是一段艰苦的学习过程。现场拍摄野生海水鱼类的技术要求高,去观察野生海水鱼类行为的地方水下能见度较低,所以要先分析各种条件参数,选择拍摄地点后放置镜头(图1D), 往往需要教师与学生反复商量后才操作。拍好的视频一般需作剪辑加工, 有的视频要加入字幕, 有时需要学校网络与教育技术中心的老师合作。

为了能更形象地显示鱼类动作细节, 要求一些学生制作鱼类行为的动态三维模型。例如, 为模拟蓝子鱼的摄食行为, 我们让学生先做鱼的骨骼标本,了解头骨等主要骨骼的尺寸与活动范围, 根据这些数据建一个鱼类骨骼三维模型, 最后根据实际的摄食情况让模型动起来。为了完成这一对于他们大多人来说不简单的任务, 学生会把学过与未学过的CAD、3D max等软件操作技巧反复钻研, 最终还算完成任务(图1E)。

图 1 暨南大学生态学系鱼类行为学本科实践教学部分技能培训Figure 1 Some skills trained in the courses of field trips and experiments of fish behaviors for undergraduates in Department of Ecology, Jinan University

还有一些技能培训项目我们已着手做, 但目前尚未能在本科生课程中开展过。我们订购了水下机器人, 用于在水中拍摄野生鱼类行为, 可惜由于采购流程繁琐, 设备参数反复修改, 订购两年后才送来与我们预期有差距的产品, 计划先进行改装, 或让本科生参加改装过程。我们正在与相关人员商谈要在带本科生出海或海边实习期间, 利用无人机航拍水面或水表层的鱼类行为, 可能会尝试让本科生操作稍廉价的无人机去捕捉鱼类跃出水面的动作。

我们的设想是, 如果培训了一些不太容易获得的实用有趣的技能, 学生就有可能自己想办法运用这些技能, 使教学目标以“授人以渔”的方式实现。

4 资金来源

在鱼类行为实践教学中, 课程教学小组的教师在教学内容、技能培训、所用设备等方面进行了新的探索。由于学校额定教学经费预算无法满足要求,需要不断寻找各种形式的经费支持。一般来说, 想法越大胆, 学生甚至任课教师自己的收获越大, 但支出的费用也越高。

学校与系里支持的实践教学经费占总支出的比例最高, 而且与后面提到的经费比, 只有这部分经费相对有保障。由学校按学生人数拨划的实验实习费具体到鱼类行为内容上可用于差旅费与实验材料费用。但学校的实验实习经费使用规定严格, 而鱼类行为实践教学相对灵活, 所以有时即使学校下达的实践教学经费有额度也无法报销教学过程中的费用。系里对我们的工作很支持, 通过教学项目等多种途径安排支出, 减轻了经费压力, 使教学小组受到鼓舞, 有信心继续在鱼类行为方面进行创新的实践教学改革。

鱼类行为实践教学费用中排第二的是横向课题经费, 因为横向经费根据有关规定可有相对灵活的科目支出, 而且有必要的话可跟横向项目的签署单位直接商量经费使用上的调整。有些费用如潜水培训等, 由其他费用无法支出, 而在一些横向经费中有培训费的科目可供报账。教学小组成员这些年刚好有相关的横向课题, 从而创造便利自由的教学条件。

若有与鱼类行为相关的纵向课题的话, 也能支出部分费用。例如, 有涉及鱼类摄食行为与食性、鱼类游泳运动的国家基金与省厅级项目, 在野外采样、养殖生产调查时带上感兴趣的本科生, 项目中部分鱼类样品由本科生实习中采集。这样, 在完成科研任务的同时也兼顾了教学, 由科研经费分担部分学生差旅费等符合项目预算要求。

有时一些与我们系有业务联系的相关企业会支持鱼类行为实习方面的费用。这当中, 既有支持学生实习本身就是业务合作的条款之一, 也有实践得到的一些数据资料对企业有一定参考价值的情况。

在没有办法的时候, 需任课教师自己出资。没有预算由任课教师出钱去教学, 这既不合规范也让算是收入拮据的课程教学小组成员为难, 但在事情已做而预算无法实现或出现意外时也没有办法。我们不会让学生在实验相关的问题上出钱, 即使是由他们的失误引起的损失。教师在实践教学尤其是野外实践过程中除了保障学生安全、完成教学内容,还需承担学生经济上的责任。不过, 系里总会想办法给教师们作补偿, 尽管未必每一次都实现。

5 讨论

野外实践能开阔视野, 在自然条件下了解鱼类行为, 给学生提供发现、解决问题的机会, 同时接触当地社会, 也是一种修养上的锻炼[12]。实践中有些学生终于认识到, 在不熟悉的环境下, 面对各种司机、渔民、村民、住宿地主人等原来少接触的人时,与别人善意交流很重要, 对别人礼貌与否可能会在当时或未来带来你以为毫无关联的幸运或不幸。曾了解过北美一所大学里与渔业相关的课程, 一进教室, 在右墙上贴着世界饥饿图, 把全球最缺乏粮食供应的地区圈出来, 让人马上肃然起敬, 在课程中教师会带学生去南美、亚洲等的一个地方进行若干周的野外上课。又有一些学校带本科生到南极野外实习, 讨论如全球变暖等一些大的生态问题[13]。我们的鱼类行为实践教学远未达到这个高度, 但能明白他们拉队出去教学的理念。从眼界、胸襟、修养的教育可以预见未来一些领域的世界级领袖花落谁家, 可能我们还不知道教育竞争到底在比什么。

随着科技的发展, 越来越多的新技术可结合到鱼类行为研究中[14,15], 在适用的前提下, 鱼类行为本科实践教学中尽可能让学生接触高级的仪器与新方法。一方面, 使学生能早日接触使用这些科研级别的仪器而提高兴趣, 与中学时代的实验仪器拉开距离[16,17], 更接近学生期望的水平。另一方面, 给学生一个高的起点, 他们就有更大的机率向高处走。

对教师而言, 模仿学习较省时间, 上课演示给较多的学生看。而项目任务学习要花较多时间与精力,因为每组学生的实验都是自行设计, 教师要先花时间熟悉才能给各小组提供指导。野外出行就更耗时间。另外, 野外实践、较先进的技术等都有较高经济代价。除了尽量通过多种途径去争取资源外, 教师心理上也需要底气。有时候相比之下, 钱能解决的问题不是问题。本科生是心智成熟、修身立命、改变人生的关键阶段, 是国内外评价大学能否培育人才的最重要指标, 这个指标无法通过财力去短期实现。所以,想到了新的认为很有意义的本科教学内容或教学形式, 尽量克服困难马上去做, 如果想什么都等申请到经费再做, 可能那时学生已老了。

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The teaching of experimental courses of fish behaviors for undergraduates

XU Zhongneng, LIN Xiaotao, SUN Jun
Department of Ecology, Jinan University, Guangzhou 510632, China

This paper described the teaching experiences on the courses of field trips and experiments of fish behaviors for undergraduates. According to the teaching conditions, the laboratory experiments and field trips of fish behaviors, such as swimming,feeding, learning, were conducted. Imitating learning and project-based learning were also involved in these courses. Students were trained with skills for special experiments and related skills, e.g. making aquariums, diving, shooting and editing videos. Conventional teaching finances and research funds that might be paid for fish sampling by the undergraduates were engaged in the teaching budget. We hope the experiences and problems herein could provide some information for teaching and learning of related courses

fish behavior; experiment; field trip; undergraduate

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.03.025

Q178.1

A

1008-8873(2017)03-175-05

许忠能，林小涛，孙军. 鱼类行为学的本科实践教学[J]. 生态科学, 2017, 36(3): 175-179.

XU Zhongneng, LIN Xiaotao, SUN Jun. The teaching of experimental courses of fish behaviors for undergraduates[J]. Ecological Science,2017, 36(3): 175-179.

2017-01-02;

2017-03-06

国家自然科学基金重大项目(U1301235); 广东省海洋与渔业厅 2017 年海洋和渔业发展专项资金(技术推广)项目“流水运动——低蛋白高效饲料综合养鱼技术示范与推广”。

许忠能(1973—), 男, 广东广州人, 博士, 副教授, 主要从事水生生物学研究, E-mail: txuzn@jnu.edu.cn