以设计课程为导向的风景园林生态实验教学模式探索

余洋 姜鑫 张露思＊

1 生态实验教学的背景阐述

生态修复是风景园林学研究的主要内容之一，在知识结构中需要具备较好的生态学基础知识[1]。作为实验科学，生态学所研究的现象、过程和机理都需要通过实验的印证和探究[2]。在普通生态学研究中广泛应用的实验方法直接影响景观生态学理论的发展，是研究和教学的基本途径之一[3]，基本的实验综合技能是生态学理论知识向实践过渡的保障[4]。在以设计课程为核心的风景园林本科教学体系中，生态学基础知识的内涵拓展为“理论+案例+概念设计”[5]。生态课群由设计基础、设计理论和设计实践三大板块构成[6]，生态知识的应用包含在各类生态规划及设计的能力之中[7]。

在国外风景园林专业的教学中，生态学教学体现为不同的教学形式。哈佛大学的教学强调以影响设计过程的生态分析为核心，开设有景观生态、城郊生态学等自然系统课程[8]。宾夕法尼亚大学强调以工程课程教学为核心，开设包括雨水管理、植物生态修复等内容的场地工程和生态技术课程，并将这些知识综合运用到城市设计方案中[9]。谢菲尔德大学强调以跨学科培养为核心，强调生态对景观的重要性[10]。课程内容包括场地植物生态学应用、生态设计项目、恢复与再利用等生态学课程，通过野外实习等方式，提高景观设计师恢复受破坏的人工或自然环境的能力[11]。

在其他专业的景观生态教学中，野外实习和实验操作是培养实践能力的主要授课方式。德国基尔大学地理专业开设有生态数据分析与评估、生态建模、土壤专题、生态分析等课程，其中生态分析课程采用野外实习和实验操作的方式进行授课[12]。华南农业大学生态学专业开设有综合实验课程生态学实验研究方法与技术，综合实习课程生态学野外综合实习等，并在生态学农场中进行“种田计划”，要求学生进行生态实践[13]。野外实习和实验操作主要培养学生独立动手的实践和科研能力。

在风景园林教育专业实践体系中的实验单元涉及材料与构造、模型、土壤和气象4个部分，其中土壤和气象部分属于生态实验范畴，教学要求以熟悉和了解为主[1]。但是，在高校的实验教学中，较少涉及生态实验模块[14-16]，其他风景园林高校在人才培养和教育思想中也较少提及关于生态实验的教学内容[17-18]。

2 教学目标与方式

2.1 教学目标

哈尔滨工业大学的风景园林专业教育一直以培养学生的生态规划和设计能力为目标[19]，依托设计课程的生态教学在理论授课、设计指导和生态实验3个层面展开。生态实验课程的教学目标是通过实验数据，在生态学理论认知和分析的基础上，以设计问题为导向，分析设计场地的生态环境，判断设计场地的生态条件，提供生态规划与设计的决策依据。

表1 不同层面的生态实验Tab. 1 Different levels of ecological experiments

表2 设计课中的生态实验Tab. 2 Ecological experiments in design course

2.2 实验类型

生态实验类型涵盖基础性实验、综合性实验和设计性实验。基础性实验主要培养学生掌握基本的实验操作技术，以演示性和验证性实验为主，使学生掌握生态实验的步骤和方法。综合性实验培养学生利用已经学过的生态知识和实验技能，对场地生态问题进行复合性的生态因子分析。设计性实验培养学生自行设计实验方案，所有的实验都强调从测量到建造的过程，培养学生的创新意识和自主科研能力。

2.3 教学内容

生态实验课分为设计课的实验课时和独立的实验课2种教学方式。设计课中实验课时的教学目的在于为场地调研及设计提供理论依据，以场地认知和评价为主；独立的实验课的教学目的是对特定类型空间的生态问题进行研究，以实验设计、实验操作和数据分析为主（表1）。设计课程中的实验课包括土壤实验及地表径流实验，通过对场地内土壤及地表径流的理化分析，即可得到场地调研所需要的数据。独立开设的实验课针对特定专题（雨水花园）进行研究，实验内容以土壤胁迫实验为主，包括淹水胁迫、盐胁迫和重金属胁迫等，通过观察雨水花园的植物生长变化，分析其土壤理化性质。

3 课程案例

在设计课程中，生态实验以真实认知设计场地为目标，鼓励学生探索循证设计的方法，实验结果可作为学生对场地量化认知和分析的基础，提升生态规划和设计的准确性和真实性；独立的生态实验课程以分析和验证设计决策为目标，鼓励不同专业背景的学生进行跨学科的合作研究。

1 学生采集设计场地的表层土壤样本Students collect surface soil samples from the design site

2 雪 敏公园设计中的生态实验数据Ecological experiment data in the design of Xuemin Park

3.1 设计课中的生态实验

在哈尔滨工业大学风景园林专业本科的庭院设计、植物景观设计、生态公园规划和生态公园设计等课程中，均完成了8～12课时的生态实验教学（表2）。实验课程以基础性实验和综合性实验为主。在植物景观设计课程中，基础性实验为指导学生采集场地生态环境因子和土壤样本，分项测定日照、湿度、土壤含水率、pH、有机质等主要生态指标。综合性实验指针对不同的植物群落，采集复合性的数据，判断和选择适宜不同植物群落的生境类型。在生态公园规划课程中，基础性实验指在实验室内对土壤酸碱度和重金属污染等项目的实验。综合性实验指为了判定场地生态修复的可能性，有目的地采集土壤和水文样本进行实验测定，分析土地污染和水体污染的程度（图1、2）。

3.2 独立开设的实验课

独立开设的实验课名称为雨水花园生态技术，教学目标是培养学生掌握基本生态原理和相关生态技术，通过对土壤和植物理化特征的研究，对雨水花园的生态效益进行多维监测和分析，建构循证创新的设计思维。课程分为理论教学和实验教学2个环节。理论教学分为2部分：1）对基本原理、景观规划及设计应用进行知识点梳理，强调生态技术的类型和应用；2）讲述生态实验的原理和实验仪器的操作步骤，强调实验指标的意义和作用。实验教学分为3个环节：1）组织学生进行实验器材的准备；2）指导学生进行具体的实验操作；3）带领学生进行实验数据的整理和分析。

实验教学探索了多学科交叉的教学模式，教师分别来自风景园林与环境工程2个专业，学生分别来自风景园林、环境科学、建筑环境与能源应用、建筑学、城乡规划、环境设计等不同专业。选课学生多为已经具有一定实验技能的风景园林专业的学生和具有熟练实验技能的环境科学的学生，学生的互助学习加快了基础性实验的教学进度。在明晰了土壤等生态指标选取的依据和意义之后，教师指导学生们针对雨水花园的生态问题提出特定的实验方向和目标，进入设计性实验阶段，并尝试自行准备和搭建有特定实验目标的实验器材（图3、4）。

以雨水花园的植物胁迫实验为例，学生经历了生长观察、种子处理、实验场地建造、植物定植、溶液试剂配制、叶绿素和SOD数据采集等系列实验过程。在此过程中，教师指导学生们不断优化最初的实验设计方案，不断熟悉和掌握实验原理和测量仪器，更深入地认识实验问题，并针对每项实验指标进行具体的实验操作和实验注意事项说明，提高了实验数据采集的有效性和准确性（图5、6）。

4 课程特色创新

生态技术方法在生态教育中具有核心地位，设计课程在生态技术方法的教学中具有重要作用[20]。如何建构理论、设计和实验一体化的课程模式，如何建立微观的生态实验与宏观的生态规划与设计之间的关联，实验内容如何支撑设计型人才培养，是生态实验教学最重要的创新之处。

4.1 建构三位一体的课程模式

3自制实验装置设计图Self-made experimental device design

4自制实验装置平面图Self-made experimental device plan

5小组合作完成实验Teamwork to complete the experiment

设计课可以充分发挥应用生态学的特点，锻炼学生用理论解决现实问题的能力[21]。在生态理论和案例教学日益完善的过程中，实验课程的实践和实证环节是从理论和概念转向实践和应用的有效途径。生态实验课、生态理论课和设计课应三位一体、相辅相成。设计课提出明确的生态问题，实验课对场地进行实证分析，实验课还可以验证生态理论和技术选择在设计应用的可行性和有效性（图7）。因此，实验教学是风景园林学科的研究和发展必不可少的重要环节[22]，生态实验不仅在实验教学体系中不可缺失，更应该在设计课中发挥更大的作用，成为求真求实的重要组成。各高校在生态实验环节没有明确充分的课程建设，究其原因可能涉及实验室建设、课程教师组成、实验项目与专业课结合等问题。

4.2 培养“设计——实验”的循证思维

6依据标准曲线法制作的比色分析计Colorimetric analyzers made according to the standard curve method

研究表明美国风景园林学科已经由传统的以美学和设计理论方法为核心的经验设计，向以科学解释和客观可度量的循证设计转变[23]。循证健康修复环境和健康城市规划中的循证设计[24-25]等研究成果表明风景园林的量化研究有着举足轻重的作用。课程教学注重引导学生量化分析场地的生态状况，避免科普化的主观臆断。在课时的限制下，虽然实验数据难以支撑所有的设计问题，但是课程强调学生在传统设计研究的基础上，将经验知识与循证知识相结合，建构 “设计——实验”循证的设计研究思维，有理有据地逐步推演系统完整的设计方案。

4.3 培养跨学科的团队合作能力

风景园林学科综合性强[26]，具有多学科交叉、跨界、协同的特性[27]，其知识体系与多个学科交织融合，跨学科的团队合作将是解决复杂设计问题的有效途径。在独立设置的生态实验教学中，有意识地将建筑学、城乡规划学、风景园林学、环境科学等不同专业的学生进行交叉组合。在团队解决问题的过程中，促进不同专业背景的同学相互了解与交流，激发多学科维度的融合与讨论，培养学生掌握跨学科的团队合作能力。

7 课程建构理论模型Curriculum construction theory model

5 结语

经过5年的积累与发展，生态实验课程的建设在总体上是卓有成效的。学生一方面掌握了基本的科学实验方法，另一方面也培养了循证设计的科学思维和跨学科合作的经验。本课程的创新之处主要在于以设计为导向进行生态实验教学，拓展了生态规划与设计的深度与广度。

应该指出的是，生态实验的教学效果受制于实验课时和实验条件。在初始阶段，学生对实验方法、目标和应用比较茫然，仅能够采集简单的实验数据。在后续的课程中，学生会更加熟练地进行实验操作，有针对性地采集实验数据。因此，生态实验教学需要一系列设计课程实验学时的支持，在条件允许的情况下，设置独立的实验课程。同时，景观生态实验室是保障教学效果的基础，应配置专项的实验设备和多学科组合的教师团队，选择以设计实践为导向的实验项目，确保实验数据对设计策略发挥作用。

注释：

① 图1、5、6均为实验课操作照片，均为作者自摄；图2为学生实验课作业图片，为学生绘制；图3、4、7均为作者自绘。

② 文中表格均为作者自绘。