“植物種群動態特征調查與分析”實驗設計與實踐

[摘 要] “植物種群動態特征調查與分析”實驗以學生為主導開展實驗設計和實驗教學。實驗系統化了學生的知識體系，培養了學生的科研思維，提高了學生學習生態學的興趣。

[關鍵詞] 生態學實驗;種群動態;研究性實驗

[基金項目] 2018年度西南大學校級教育教學改革研究項目“高校生態學實驗創新體系研究與實踐推廣”（2018JY053）

[作者簡介] 朱海燕（1977—），女，湖北咸寧人，博士，西南大學生命科學學院講師，主要從事植物生態學研究。

[中圖分類號] G642.423? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）30-0379-02? ?[收稿日期] 2019-10-02

生態學是研究生物與環境之間相互關系的學科，具有很強的實踐性[1]。實驗是理論知識向實踐過渡的重要過程[2]。在加強理論教育的同時，我們注重實驗教學改革，豐富實驗體系[3]，優化實驗方案[4]。在現有的生態學實驗體系中，種群動態實驗多為種群密度、種群生命表、種群增長模型等基礎性實驗[5-8]。教學發現，學生對單個知識點掌握好，但綜合應用及延伸學習效果較差，且實驗中學生主導性有限。為此，課程組以“植物種群增長模型”為例，擴充實驗內容，設計了“植物種群動態特征調查與分析”，變基礎性實驗為研究性實驗，以期培養學生的生態學素養和科研思維能力，提高生態學實驗課程的教學質量。

一、教學設計與實踐

（一）教學設計

教師給出任務。以自然群落中的某喬木種群為實驗對象，要求學生通過實驗，理解種群動態與環境的關系，提出種群利用和保護、或病蟲害防治等策略。

學生完成任務。首先，學生自主分組，以小組為單位，利用課余時間，結合所學知識，檢索文獻，確定實驗方法和實驗內容，完成實驗方案初稿。之后，各小組推薦一名成員進行實驗方案的班級陳述，教師和其他同學對方案進行質疑和修訂補充，形成最終的實驗方案。最后，各小組獨立完成實驗操作、數據分析及報告撰寫等過程。

（二）實驗操作

以槐樹（Sophora japonica Linn）種群動態特征分析為例。為了解群落中槐樹種群的現狀和未來發展趨勢，小組采用總數量調查法對其進行每木檢測，完成種群年齡結構、靜態生命表、存活曲線、及種群增長模型四個實驗內容。實驗設備有GPS、羅盤和軟尺。

學生利用實驗設備獲取實驗樣地的地理位置、坡度坡向，樣地內槐樹的樹高和1.3m處的胸圍，估算群落的郁閉度。結果記錄于事先制定好的野外調查記錄表上。

實驗過程中，組員合理分工，自主完成實驗操作，教師為學生現場解惑答疑，如“連理枝”、倒伏和坡地上槐樹胸圍的測量;或引導組員關注槐樹幼苗生長與光照條件的關系、自然群落的演替等，將課堂內容生動地再現于自然群落中。

野外調查結束后，組員運用Excel獨立完成原始數據的處理和分析，教師為其提供必要的指導，如靜態生命表編制過程中數據倒置的處理，三點法[4]計算環境容納量K及三點的選擇，Excel中直線回歸求r和a值等。

（三）實驗結果

實驗樣地位于東經106°26′、北緯29°50′，海拔252.6m，群落郁閉度0.6。小組共調查槐樹466株。以徑級結構代替年齡結構，每級間隔2cm[9]，將其劃分為19個齡級，1—4齡級個體數量大，從第五齡級開始下降，齡級越大，個體數量越少，為增長型種群。由于采用不同齡級在空間上的差異來研究特定時間段的種群動態，難免存在一定的系統誤差，及與數學假設技術不符的現象，因此在8、9、10、11齡級出現了數據倒置，借助方程勻滑技術[ 10 ]對數據進行處理，得到槐樹種群的靜態生命表和存活曲線，曲線為Ⅲ型，表現出幼苗死亡率較高，到第九齡級后死亡率降低。以樹高1.3m處的胸圍為基礎，計算各齡級槐樹種群的基蓋度，采用三點法和直線回歸，得到K、r和a值，建立種群增長模型（式1）。

S=■ （式1）

從槐樹的角度來看，林業上應注意幼苗的管護，并對該群落進行適度的干擾，為幼苗的生長提供適宜的光照條件。

（四）成績評定

實驗成績由實驗設計、野外調查和研究報告三部分組成，依次占比為30%、30%和40%。實驗設計由小組成員根據貢獻率互評給出分數;野外調查按照出勤和野外實作情況決定。實驗報告以研究報告的形式呈現，含前言、研究區概況、研究方法、結果與分析、討論與結論、參考文獻幾個部分。

二、實驗效果

原有的基礎性實驗主要是通過教師講解實驗原理和實驗過程，規范學生基本操作技術、使學生掌握實驗方法、數據處理和結果分析。學生依葫蘆畫瓢，積極性和參與度不高;且不同實驗之間關聯性不強。當以一個植物種群串起多個實驗，并融入科學研究的方法、技能和思維后，實驗具有了一定的科研性質，產生了良好的教學效果：

1.系統化了學生的知識體系。實驗內容綜合了種群年齡結構、靜態生命表、存活曲線、增長模型四個實驗，曾經獨立分開的知識系統地展現在學生的研究報告中，促進了知識的內化吸收;同時，補充了理論教學，如擴展了數據勻滑技術、植物種群年齡的劃分、邏輯斯蒂增長模型參數的計算等內容;第三，融合了多個實驗技術，如環境因子調查、植物分類、Excel數據處理等。

2.培養了學生的科研思維能力。科研思維訓練對學生再學習和創新具有重要作用。實驗過程中，學生學會了查閱和分析文獻，這有助于學生在更深層面上理解知識，形成扎實全面的知識體系;實驗操作和結果分析等過程培養了學生的實踐操作能力、分析問題和解決問題的能力。

3.提高了學生的學習興趣。在“學生為主，教師為輔”的教學模式中，學生的心態不再是“我被學”，而是“我要學”，充分調動了學生的主觀能動性。實驗過程中，學生體會到了理論應用于實踐的價值和樂趣，教學質量有了很大提升。

參考文獻

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[2]孫杰，鐘小劍，楊紅玉，等.“生態學實驗與技術”課程實驗教學改革的實踐與探索[J].實驗室科學，2019（3）：146-150.

[3]劉錦春，陳瑤，魏虹.“生態學”實驗教學初探-建立以生態評價和生態建設為主線的“生態學”實驗實習體系[J].西南農業大學學報（社會科學版），2014（1）：133-135.

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Experimental Design and Practice on the Investigation and Analysis of Dynamic Characteristics of Plant Population

ZHU Hai-yan

（School of Life Science，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Abstract：The research experiment is beneficial for the students.Taking the experiment of "Investigation and Analysis of the Dynamic Characteristics of Plant Population" as an example，the experimental schemes were designed and completed by the students，and necessary guidance was provided by teachers.The results showed that，through the experiment，knowledge points were systematically integrated in one goal，and the students' abilities of investigation and analysis were trained，and the learning interest was promoted.

Key words：ecological experiment;population dynamic;research experiment