高校非生态专业《生态学》教材拓展与教学方法探讨——以增加分子生态学内容为例

安 渊

（上海交通大学农业与生物学院，上海 200240）

近年来，随着我国生态文明建设的有序推进，国家和社会对自然资源管理和生态环境保护日益关注和重视，“生态文明建设”写进了党章和宪法，成为党和国家意志的体现。“绿水青山就是金山银山”和“山水林田湖草沙是一个生命共同体”已成为国家治理和行业管理的基本准则。在此背景下，高校有责任把生态理念和知识传播给广大学生，作为基础课程将“生态学”纳入非生态专业的必修课中，学习生态学知识，培养学生的生态思维和素养。

1 加强“生态学”在自然科学和管理科学间的桥梁和纽带作用

生态学是研究生物与环境相互关系的科学，与生物科学、环境科学、资源科学、地理科学等自然科学紧密关联，互有交叉，但又有明显区别。生态学最明显的特色在于将上述学科中相互关联的生物和环境内容提炼出来，研究二者之间的相互作用和关系。因此，生态学与众多自然科学课程产生了交叉和关联，如与植物学、动物学、微生物学、生理学、分子生物学、土壤学等；研究对象的层次更加广泛，包括基因水平、物种个体和群体水平、区域和全球层面的生态系统和景观水平；涉及植物、动物、微生物、大气和土壤环境以及经济、社会和人文等系统[1]。用共同属性的环境因子将各学科之间的生物因素紧密联系在一起，形成一个有机整体，反映出生态学的综合性、宏观性、战略性和实用性的特点。通过“生态学”课程的学习，有助于学生建立不同学科之间的联系，发挥“生态学”交叉学科的纽带和桥梁作用。

随着全球人口增加和工业化进程加速，人类对自然资源和生态环境的干扰程度越来越大、范围越来越广，正以前所未有的规模和强度影响自然和环境，导致人与自然、生物与环境之间的矛盾越来越突出，产生许多严重的生态和环境问题。生态学作为研究生物与环境相互关系的科学，必然成为认识和解决人与自然矛盾的基本理论，是人类与自然和谐共存、可持续发展应遵循的基本理论和指导思想，对我国构建“山水林田湖草沙生命共同体”，促进社会和经济健康发展具有重要的指导作用，特别是对解决当前全球面临的六大环境和社会问题，包括能源短缺、资源枯竭、人口膨胀、粮食短缺、环境退化和生态平衡失调，具有重要的指导作用。与此同时，现代科学与技术的发展对生态学理论的系统性、先进性、创新性和适用性提出更高的要求，推动生态学的发展。

2 非生态专业《生态学》教材存在的问题

生态学关联的学科多、综合性强，而高等院校非生态学专业因受学分限制，不能像生态专业一样设置多层次的生态学相关课程，多角度介绍生物与环境的关系，限制了学生对生态学知识的系统学习和综合理解能力发展。因此，对非生态专业的《生态学》教材内容提出新要求，要区别于生态专业的《生态学》教材，把生态学领域最新的理论和技术与经典生态学知识结合起来，如把分子生态学、进化生态学等反映时代科学与技术进步的内容融入《生态学》教材，提升教材的先进性，让非生态专业学生有机会从不同层面认识生物与环境的关系，多层面找准分析自然与环境问题的生态学理论“支点”，调动学生学习的积极性和对课程的重视度，更好地发挥《生态学》交叉学科的知识引领和整合作用，这是非生态专业《生态学》教材应具有的特点和内容拓展方向。

目前，国内《生态学》教材多达十几种，如杨持主编《生态学》，李振基主编《生态学》、尚玉昌主编《普通生态学》等。这些教材共同包涵了经典生态学的内容：生物与环境、种群生态学、群落生态学和生态系统生态学，部分教材中增加了景观生态学、恢复生态学等内容，但没有一本《生态学》教材包含了“分子生态学”的内容。在生态专业，分子生态学作为专业课开设，学生可以从中系统学习生物在分子水平对环境变化的适应与进化过程，而对非生态专业而言，由于《生态学》教材中不包含这部分内容，因此，学生没有机会学习分子生态学知识。现代生态学已向微观生态学和宏观生态学领域发展，更多地利用DNA测序和微观粒子等分子生物学技术研究生物的进化与适应，利用遥感和大数据等技术探索全球资源与生态环境变化。分子生物学是现代生物学发展的核心，是揭示生物个体和种群适应环境的最新科学，技术发展日新月异，创新性成果不断涌现。分子生物学为更准确、深入研究生物与环境的关系，诠释传统生态学理论和现象，丰富生态学内涵，并提供了坚实的分子机制和技术手段，为“分子生态学”的成熟和发展提供支撑。针对生态学涵盖内容的多元化，以及新时代高等人才对生态学理论知识扩展和提升的需求，将“分子生态学”知识纳入高等院校非生态专业的《生态学》教材十分必要，是完善新时代高校课程体系，培养“知识、能力、素质”三位一体高素质人才的需要。

3 非生态专业《生态学》教材增加分子生态学内容的建议

分子生态学是应用分子生物学的原理和方法研究生物与环境相互关系的科学，是宏观与微观的结合,关注生态过程和现象的分子作用规律，从分子水平解析环境变化引起的生物形态、遗传、生理生殖、进化等各个水平上协调适应的分子机理，特别是宏观生态学研究方法难以实现或宏观生态学理论难以解析的生态现象，如微生物参与碳固定、甲烷代谢、碳降解等多个碳循环重要过程。传统微生物碳循环研究多集中于微生物分离培养技术，无法覆盖绝大部分未培养微生物，无法深入解析碳循环过程中微生物群落的结构、功能和相互作用关系的全貌。宏基因组学技术（如DNA分子指纹图谱、高通量测序等）的出现克服了这些缺陷，实现了全面分析碳循环过程中微生物物种多样性和功能多样性的全貌特征和对碳循环过程的调控作用[2]。

分子生态学是基于基因表达、DNA标记（RFLP、RAPD、AFLP、SSR、SNP、RAD、MSAP、Hiseq等）、蛋白质标记（等位酶标记）和基因组测序等方法研究生物与环境之间的相互关系。研究内容包括群体保护遗传学、生物地理与物种形成、亲缘关系与种群遗传分化、形态和生理分化的分子适应、生物共生与协同进化、转基因生物释放及其生态效应（即生物安全）以及分子生态学技术等。在濒危物种保护和致濒因素分析，环境变化与生物多样性关系，物种起源与进化，生物与生物地化循环过程关系，亲缘关系与种群遗传分化、驯化与特征形成等研究方面显示出其独特的作用，形成了分子生态学固有的研究方法和理论体系[3-5]。随着DNA和蛋白检测技术的不断创新，生物个体适应、种群遗传结构和多样性差异会得到进一步阐明，将为生态学和分子生态学研究和理论创新注入强大动力，推动生态学快速发展。

分子生态学是高校生态学专业的必修课程，非生态专业基本不开设。“生态学”是非生态专业学生学习分子生态学知识的唯一途径，但目前出版的《生态学》教材均未包含分子生态学内容，因此，在《生态学》教程中增加分子生态学章节十分必要，重点内容包括：分子生态学方法与原理、生物对环境因子的分子适应、种群分子标记生态学、宏基因组与生物进化等，6—8个学时较为适宜。

4 生态学教学的方法与目标

首先，非生态专业“生态学”课程教学面临三个主要问题：（1）教学时数少，一般为32学时；（2）缺乏实验教学环节，理论和实践脱节；（3）教材建设缺乏针对性，生态专业和非生态专业教材共用。前两个问题短期内难以解决，而教材建设可以先行。根据非生态专业的课程设置特点，合理调整经典生态学内容，增加分子生态学等现代生态学内容，既讲经典生态学，同时，启发性地讲授一些现代生态学知识（如分子生态学），开阔学生的视野、思路和知识面。

其次，按照本科专业特点，合理规划《生态学》教材内容，授课过程的案例与生态学和社会关注的热点紧密结合，进行启发性教育。以学生为主体，讲授知识的同时，引导和启发学生关注自然资源管理和生态环境保护中的实际问题，理论联系实际，用生态学理论和方法思考实际问题，例如“中度干扰假说”提出中等程度干扰有利于维持群落较高的物种多样性。当前，国家对自然资源的保护与管理高度重视，实施了长江十年禁捕和海洋季节性休渔、对北方大面积草原实施生态补偿，减轻草原放牧强度等措施。这些举措是“中度干扰假说”理论的很好例证，在授课时可启发性地引导学生思考自然资源管理与利用问题，思考“适度干扰或利用”的内涵及其适用的自然资源类型，树立“适度干扰”是维持自然资源可持续发展的科学理念。

第三，探索有效的教学方法。生态学具有多学科交叉的特点，非生态专业受到学时数和实验课时数少的限制，以及关联课程开课相对滞后的影响，实际授课时以生态学理论和原理讲授为主，因此，生态学教学的手段和方法显得尤为重要。灵活运用各种有效的教学方法如：讲授法、研讨式教学法、讨论式教学法、Presentation教学法、合作学习、线上线下融合等，对提高教学效果十分有益[6-8]。此外，安排2-4学时的实景教学也十分必要，在讲到种群和群落内容时，选择校园或附近公园的典型复合种群植被，实地讲解种群适应、群落组成、功能特征、动态变化等内容，增强学生对课程内容的理解、对生态理论应用的理解和思考，提高学生学习的积极性与创新性。

第四，增加学生反馈环节。在课程进度的不同阶段，实时了解学生对生态学课程内容的理解和想法，鼓励学生提出各自希望学习的生态学内容、感兴趣的生态学问题等，诸如自然生态系统退化、生物多样性维护与丧失、全球变暖、生物安全、粮食安全等，并在教学过程中针对性地将这些问题融入课堂，提高学生的学习兴趣，增强学生保护生态环境的意识。

第五，生态学是反映人与自然矛盾的基本理论，也适于分析人与社会的基本矛盾。在讲授相关生态学知识的同时，引导和启发学生利用生态学理论思考和认识人与社会，以及学生未来生活和工作中遇到的各种社会和心理问题。通过生态学理论学习，培养学生的生态思维逻辑，达到知识学习和能力培养的目标。

5 结语

“生态学”作为一门基础性、交叉性的课程，被越来越多的非生态专业院系选择开设，因此，针对性地调整《生态学》教材内容，增加现代生态学比例十分必要。通过拓展《生态学》教材内容，改进教学方法，一方面，保证非生态专业学生全面、系统学习生态学的基本概念、理论和方法，熟悉生物在分子、个体、种群、群落、生态系统和景观等不同尺度的生态学规律，科学认识生物与环境的关系；另一方面，培养学生“生态”思维的习惯和方法，并以此分析人类面临的各种环境问题，建立科学的生态文明与绿色环保观念。