“森林昆虫学”课程实践教学内容的重构——以广西大学为例

郑霞林 王小云 陆 温 李 俊 杨振德

(1.广西大学农学院，南宁 530004；2.广西大学林学院，南宁 530004)

一、“森林昆虫学”课程教学改革的背景

森林昆虫学在世界上已有近300年左右的发展史，是昆虫学的一个分支学科。虽然，我国早在明嘉靖九年(1530年)浙江等地已有松毛虫为害的记载，但直至1953年才正式出版第一部《森林昆虫学》教材[1]。现如今，“森林昆虫学”课程已是全国农林高等院校林学和森林保护专业的一门集基础理论和实践于一体的主修课程，主要讲授森林昆虫的识别、生物生态学特性、发生为害规律和成灾机制、灾害预防控制的策略与技术等方面的内容[2]。

广西壮族自治区常年气候温暖湿润，其独特地理环境形成的森林生态系统是广西壮族自治区生物多样性最为丰富的生态系统之一。截至2018年，广西壮族自治区森林面积达到2.22亿亩，森林覆盖率达到62.31%，活立木总蓄积量达7.75亿立方米，使其成为我国林业大省(区)之一。其中，人工林面积居全国第一，植被生态质量和植被生态改善程度居全国第一，石漠化土地面积减少率居全国第一，有效保障和维护了我国国土生态安全。2017年，广西壮族自治区全区林业总产值达5 200亿元，高出全国平均增速12个百分点；年木材产量3 059万立方米，占全国木材产量的1/3以上，为维护国家木材安全作出了重要贡献。此外，广西壮族自治区是面向东盟的重要门户和“一带一路”的重要节点，随着经济全球化的快速发展，其已成为我国众多外来有害生物入侵的前站。所以，广西壮族自治区害虫种类多、分布广，繁殖快、危害重，易成灾、损失大，易侵入、压力大，加上全球气候不断变化的直接影响，使得广西壮族自治区森林害虫的发生呈现新的特点和变化[3]，严重影响广西壮族自治区林业的可持续发展。

二、“森林昆虫学”课程实践教学面临的问题

当前，在广西壮族自治区森林健康不断受到严重威胁的情况下，培养更多能快速解决生产上虫害问题的技能型人才就显得尤为重要[4]。然而，在“森林昆虫学”课程教学过程中还存在如下问题：①我国本科教学改革形成的“厚基础、宽口径、强能力、高素质”人才培养模式对专业课程产生了较大冲击，最直接的影响就是大幅删减了“森林昆虫学”教学课时(含实践课时)，使得学生参与实践环节的时间更少[5]；②随着生产上现实情况的不断变化，“森林昆虫学”课程实践教学内容已陈旧；③随着现代科学技术的快速发展，“森林昆虫学”课程实践教学手段跟不上技术的发展要求；④“森林昆虫学”课程实践教学内容还处在知识驱动、教师主动、学生能动的“要我学”的阶段；⑤在就业的双向选择中招聘单位希望“淘”到更多的能解决实际问题而无需较多培训就能直接上岗的学生。因此，在校期间学生专业能力的培养不仅影响学生毕业就业率，还影响社会对人才培养的认可度。那么，如何在有限课时内高质量地培养出具有实践经验且能快速解决生产上虫害问题的技能型人才，就成为当前“森林昆虫学”课程实践教学中遇到的新挑战。

因此，这就要求“森林昆虫学”课程教学过程中重新审视该课程实践教学内容、重新构建实践教学体系，把教从知识传授为主逐步转向能力提升、价值观引导为主；把学从模仿仿效为主转向探究、实践、合作式学习为主；把被动学习转变为主动学习。如此，才能将学生学习的态度由“要我学”转变成“我要学、我想学、我会学”，才能将学生培养成既具有实践经验又能快速解决实际问题的技能型人才。

三、“森林昆虫学”课程实践教学内容的重构

(一)昆虫标本的采集及制作

标本采集与制作是研究昆虫的基础，也是“森林昆虫学”课程需要掌握的实践教学内容。通过该课程实践教学环节，学生可直接观察昆虫的形态与结构、了解昆虫的生物学与生态学特性、熟悉昆虫与植物和环境的关系，有利于激发学生学习该课程的兴趣，有利于培养学生的实际动手能力，有利于理论教学内容的再吸收(即复杂的问题简单化)。所以，该实践环节是引导学生进入“森林昆虫学”课程学习的重要一环，故将其放在该课程实践教学内容的第一部分。

在标本采集与制作环节，“森林昆虫学”课程组教师采用将学生分组合作学习和任务驱动性的探究式学习的教学策略，开展实习时间为2周的教学工作。首先，教师将学生分成若干小组，每小组5人(推选1人为组长)，由专任教师带队，前往实习区域(如林场、森林公园、人工林和天然林等)开展实习活动；其次，学生利用实地采集、灯诱或性诱等措施，采集100种昆虫，并记录采集人、采集时间和采集地等信息；再次，学生标本采集完成后，专任教师在实验室讲解、示范不同类群昆虫标本的制作过程，各小组成员在规定时间内共同协作完成标本的制作任务；最后，各小组将采集并制作好的标本经烘干处理后，放置于标本盒内，教师根据上交的标本数量给出学生成绩(1分/种)，作为该实践环节的最终成绩。

(二)昆虫标本的鉴定

昆虫标本的鉴定是“森林昆虫学”课程实践教学的重点掌握内容。标本的鉴定以成虫为主，对于尚不具备明显鉴定特征的卵、幼虫和蛹的虫态，可通过室内饲养获得鉴定特征后进行种类鉴定，昆虫标本的鉴定包括传统形态学方法和分子生物学方法。对于普通(常见)种类，采用传统的形态学鉴定方法；对于疑难种类，采用分子生物学的方法进行鉴定。为了让学生更全面地掌握昆虫标本的鉴定方法，“森林昆虫学”课程组设置了如下实践教学内容。

1.基于现场教学的昆虫外部形态特征的观察及检索表的制作

在昆虫外部形态特征观察及检索表制作环节，教师采用探究性的探究式学习的教学策略，开展教学工作。昆虫外部形态特征的识别和检索表的使用是昆虫鉴定工作的第一步。教师将昆虫纲中每目选择1种代表性种类供学生观察，以便学生了解不同目昆虫的典型特征，该环节安排8学时(1天)。首先，教师将学生分成若干小组，每小组5人，让学生逐目观察外部形态特征，并讨论各目最显著的区别点；其次，教师讲解昆虫检索表的原理、使用方法和编制方法，学生根据上述各目昆虫的不同点，编制其检索表；最后，每位学生交一份昆虫目级检索表，教师根据检索表的编制情况给出学生的实际分数。

2.基于“互联网+”的广西大学昆虫标本馆内昆虫标本的鉴定

教师采用兴趣目标驱动的“互联网+”自主型学习的教学策略开展教学工作。在已建立的广西大学昆虫标本馆数据库的基础上，教师要求学生在8学时(1天)内完成该实践教学内容。在该实践教学过程中，每位学生要根据随机分配的20种标本(已去除原有标签)的形态特征，基于检索表的原理，逐步进行检索，直至鉴定出具体的昆虫标本种类。教师根据鉴定结果的准确性给学生评分(5分/种)。

3.基于现场教学的昆虫标本鉴定

教师采用面对面互动的合作学习教学策略开展教学工作。在广西大学昆虫展厅，学生分小组依次随专任教师进入展厅，可在蝴蝶和蛾类展区、甲虫展区、农林害虫展区、检疫性害虫展区和资源昆虫展区完成昆虫标本的现场鉴定，该环节安排8学时(1天)。每位学生被随机分配来源于展厅内的20种已去除原有鉴定信息标签的昆虫标本，根据该昆虫标本的形态特征定位到其所属展区后调阅带有鉴定信息标签的同种昆虫标本。基于2个实物标本间的比对，教师向学生讲解和答疑鉴定要点，学生确定无标签昆虫标本的分类地位。教师根据鉴定结果的准确性给学生评分(5分/种)。

(三)昆虫生物生态学特性的观察

1.基于虚拟仿真的昆虫生物生态学特性的观察

教师采用问题驱动的师生互动型教学策略开展教学工作。随着计算机及信息科学的飞速发展，学生可以在虚拟情景中完成真实情况下难以甚至不能完成的实验。虚拟仿真实验作为真实实验的补充和扩展，具有仿真性、参与感和安全性等特点，其与传统实物实验结合，可以使学生获得全面训练，对培养学生的动手能力、观察能力、独立思考能力和创新能力具有重要意义。因此，基于广西大学林学院已建立的虚拟仿真实验中心平台，“森林昆虫学”课程组设置了如下实践内容的实验。

(1)昆虫发育过程的虚拟仿真

大部分昆虫的发育需要经过卵、幼虫、蛹和成虫4个阶段，但常规实验较难在短期内观察到各虫态的发育过程。因此，“森林昆虫学”课程组采用虚拟技术制作了完全变态和不完全变态昆虫各虫态的发育过程，如孵化、蜕皮、化蛹和羽化等，并制成3D与VR相结合的昆虫变态软件展示各虫态的发育过程。完全变态的昆虫选择我国南方桉树上常见的食叶害虫油桐尺蠖和蛀干害虫云斑天牛；不完全变态的选择黄脊竹蝗。以油桐尺蠖为例，让学生带着“该虫的发育过程是如何”的问题开展实验。首先，学生通过选择界面，选择合适的工具；其次，材料工具选择好后，学生选择油桐尺蠖卵/幼虫/蛹/成虫，并将其置于桉树树干/杈的缝隙中，观察各虫态的变态过程，如放置卵块，通过计时器可观察卵块开始孵化至完全孵化的时间，计算卵的发育历期。以此类推，观察和记录幼虫、蛹和成虫的发育历期。此外，还需观察各虫态变态过程中的行为，如蜕皮、羽化、交配和产卵等行为。学生根据所观察的结果提交实验报告，教师根据完成的实验报告情况进行评分。

(2)昆虫繁殖过程的虚拟仿真

绝大部分昆虫采用两性生殖方式繁殖后代。但对于其定位、选择、求偶和交配等较为抽象和复杂的过程，在常规实验中很难观察到。因此，“森林昆虫学”课程组以朱红毛斑蛾为例，采用虚拟技术将其两性生殖过程中的雄虫定位、求偶、雌虫产卵等过程制作成3D与VR相结合的昆虫繁殖过程影像，通过虚拟仿真平台进行展示，以提高学生对昆虫行为的学习兴趣。首先，学生通过选择界面，选择合适的工具；其次，材料工具选择好后，学生将朱红毛斑蛾雌雄成虫置于养虫笼中，并点击计时器开始计时，记录雄虫开始爬行、朝雌虫定向飞行、成功定位雌虫整个觅偶过程所需的时间等；最后，学生根据所观察的结果提交实验报告，教师根据实验报告的完成情况进行评分。

2.基于实操的昆虫生物生态学特性的观察

基于实操的昆虫生物生态学特性的观察的目的是让学生学会测定昆虫发育的起点温度和有效积温。温度的高低是昆虫生长发育快慢的重要因素之一，测定昆虫各虫态发育起点温度和有效积温，可预测各虫态在不同环境温度下的发育情况，为预测害虫发生期提供重要依据。

以马尾松毛虫为例介绍昆虫发育起点温度和有效积温的测定。首先，采用灯光诱捕技术捕获马尾松毛虫成虫，将其置于养虫笼内，并带回实验室让其产卵至产卵介质上，每天在上午8∶00收集一次卵块。其次，将收集的卵块分别置于15℃、20℃、25℃、30℃和35℃共5个温度梯度下，每天在8∶00、14∶00和20∶00时间点各观察一次，并记录各温度下卵开始孵化直至完全孵化所需的时间，计算卵的发育历期。以此类推，计算幼虫、蛹和成虫在各温度下的发育历期。最后，根据相关公式计算出马尾松毛虫卵、幼虫、蛹和成虫的发育起点温度和有效积温。学生根据所计算的结果提交实验报告，教师根据实验报告的完成情况进行评分。

(四)基于虚拟仿真的害虫预防控制技术的实践

在“森林昆虫学”课程的常规实验中，害虫的为害、调查及防治过程在实验室内无法开展，因此需采用虚拟仿真技术实施。以油桐尺蠖为例，“森林昆虫学”课程组将其幼虫的危害习性、化蛹场所及成虫的产卵习性，各虫态的调查方法和防治措施等过程制作成3D与VR相结合的为害、调查及防治过程影像，并通过虚拟仿真平台进行了展示。通过该虚拟仿真实验，学生能掌握害虫调查和防治的基本技能和操作方法，同时还能培养和提高学生的综合能力和创新能力。

1.害虫发生及危害情况的调查

以食叶害虫油桐尺蠖为例。首先，学生通过选择界面，选择一定数量的卵分3次(每次间隔12小时)随机置于林内桉树树干/树皮缝隙内，作为后续调查卵、幼虫、蛹和成虫的起始虫源/量；其次，材料工具选择好后，采用如下方法调查卵、幼虫、蛹和成虫数量。

(1)卵和幼虫的调查

采用五点取样法调查桉树上卵块和幼虫的数量。首先，每个样点随机选择15株桉树；然后，调查每株桉树树干上的树皮或树杈缝隙处是否有雌虫产下的卵块，并统计总卵块数量。同时，在每株桉树树冠的东南西北4个方位用修枝剪随机剪取一根枝条，记录枝条叶片上的幼虫数量和被害株数。

(2)蛹的调查

采用五点取样法调查蛹的数量，每个样点随机选择15株桉树，在以树基为中心的1米范围内，用铁锹挖开表土层，调查其内化蛹的数量。

(3)成虫的调查

采用五点取样法调查成虫的数量，每个样点随机选择15株桉树，利用目测法或网捕法调查每样点的成虫数量。根据所调查的结果计算孵化率、植株被害率、化蛹率、羽化率和发生为害盛期的时间等。学生根据所计算的结果提交实验报告，教师根据学生完成实验报告的情况进行评分。

2.害虫防治技术的实践

学生通过选择界面，选择一定数量的成虫和幼虫随机置于若干株桉树叶上，作为该实验内容的起始虫量，调查如下防治方法的防治效果。

(1)物理防治

首先，学生通过选择界面，选择时钟设置暗期开始时间；其次，暗期开始后选择诱虫灯并悬挂于桉树枝干上(距地面约1.5米)；最后，接通诱虫灯电源，每小时统计一次被诱捕的成虫数量，并计算诱捕率。

(2)化学防治

首先，学生通过选择界面，选择任意药剂配制成相应的浓度(20%氰戊菊酯乳油1 500倍液、52.25%农地乐乳油1 500～2 000倍液、90%敌百虫晶体1 000倍稀释液、50%杀螟硫磷乳油500倍稀释液或20%克螨虫乳油1 000倍液)；其次，选择界面中的喷雾器，将配好的药剂倒入其内；再次，选择30株桉树喷洒备好的化学药剂作为处理组，同时选择30株桉树喷洒清水作为对照组(对照组和处理组之间间隔10行)，并记录喷药开始时间；最后，在喷药后的12小时、24小时、36小时、48小时、60小时和72小时各调查记录一次对照组和处理组的幼虫死亡数量，计算出幼虫死亡率、虫口减退率和校正死亡率。学生根据所计算的防治效果提交实验报告，教师根据学生实验报告完成情况进行评分。

四、“森林昆虫学”课程实践教学内容重构取得的效果

通过近几年的研究与实践，“森林昆虫学”课程组取得了非常好的教学效果。主要体现在以下2个方面。

(一)重构后的实践教学内容促进了学生学习兴趣和动手能力的提高

笔者在“森林昆虫学”课程授课过程中，未发现学生有玩手机、聊天、看与该课程无关的书籍和开小差等现象的发生，学生均积极采集、认真制作和仔细鉴定昆虫标本，全神贯注地观察昆虫生物生态学特性，勇于探索害虫预防控制技术，并主动积极地与同学和教师交流、沟通。此外，与前几年未实施改革时的成绩相比，改革后学生的平均实践总成绩增加了12%。

(二)重构后的实践教学内容加强了与理论教学内容的融合贯通，使学生能更好地掌握课堂上讲授的理论知识

“森林昆虫学”课程理论教学考试成绩的优良率由改革前的76%提高到了88%。通过分析试卷，笔者发现学生对综合类试题解答优良率明显增加。比如，回答“如何确定一种昆虫是否为害虫？哪些情况需要防治、哪些情况不需要防治？”“以松树、杉树和桉树上你认为为害最为严重的一种(类)害虫为例，根据所学的专业基础知识分析其严重为害的潜在原因，并尝试制定一套科学合理、可操作性强的综合防控措施”等试题时，学生不仅答得有条有理，而且还较符合生产实际情况，明显看出不是“死记硬背”而是基于所学知识自己组织思路的结果，说明改革后的“森林昆虫学”课程实践教学内容有助于学生消化理解理论知识，这为“森林昆虫学”课程实践教学内容的继续改革增添了信心。