開展課題型生態學實驗，提高學生科學素養

南京師范大學生命科學學院 屈彥福 李 宏

生態學是研究生物及其周圍環境相互關系的學科，也是生物科學、環境科學和生態學專業非常重要的一門專業基礎課。重實踐和多學科深層次交叉也是生態學的主要特征，生態學實驗是對生態學課程教學的重要補充部分，也是提高學生生態學基本技能和科研能力的有效途徑。目前，高校涉及生態學這門課程的各專業普遍存在課程多、學生負擔重的情況，過多的專業課使最終分配到生態學和生態學實驗的時間大大縮短。以我校為例，生態學和生態學實驗課的學時數分別僅為36 和18 課時。在這么短的時間內，生態學課程的內容主要囊括了非生物環境、個體生態學、種群生態學、群落生態學和生態系統生態學等內容。這么短的時間和如此龐大的教學量也使得生態學實驗課成了組織難度較大的一門課程，原因主要是個體生態學相關實驗大部分和交叉學科的其他實驗相重疊，而生態學開課時間較晚，導致這部分內容不能重復開設；部分宏觀生態學的實驗內容耗時較長，無法在指定的時間段內取得理想的效果。因此，近年來關于生態學實驗課程的改革呼聲越來越高，如呼吁增加生態學實驗課時數、更替實驗設備和儀器、更新教學教材體系、改進教學方法和改革評價機制等相關研究屢有報道。盡管這些作者也提出了很多生態學實驗教學改革的具體措施和方法，但每個學校仍然有自身需要克服的困難，這就需要一線教師根據各個學校的具體情況，開展適合自身學校特點的生態學實驗教學改革方案。

針對實驗課的各種困難和問題，結合我校的實際情況，我們認真分析了生態學實驗課的主要內容和特點，并編撰了《基礎生態學實驗指導》一書，更新了教學教材體系。按照生態學實驗內容，將實驗分為基礎型、綜合型和探究型實驗。其中探究型實驗是提升學生科學素養和研究能力最為高效的教學內容。我們在原有教學計劃不變的情況下，將部分探究型實驗由原來的教師指定實驗內容，更改為學生模擬科研流程進行課題申報的形式展開實驗，通過這樣的方式可以充分調動學生的積極性，鼓勵學生根據文獻提出創新性實驗方案，并通過研究所獲取的數據驗證自己的實驗方案和結論，讓學生有機會完整地體驗科學研究過程中課題的申報和結題方案等重要環節。開展課題型生態學實驗的具體思路主要包括以下幾個方面。

一、合理安排實驗課教學計劃

生態學實驗課的開課時間往往要晚于生態學課程教學一個月左右，其原因主要是需要在實驗開展前將生態學的基本概念、原理傳授給學生。生態學實驗的目的是通過實驗加深學生對生態學基本概念和原理的理解，激發學生的研究興趣和探索精神，樹立學生嚴謹治學的科學態度，同時培養學生的創新能力、實踐能力和協作精神。根據教材的授課順序，基礎型和綜合型實驗在實驗課開始后按計劃進行授課。課題型實驗基本上利用學生的課余時間進行，實驗時間按照課題計劃執行，大約為1 個月。在生態學課程開始后教師就應有意識地要求學生為課題型生態學實驗做好準備，要求學生按照實驗課的標準進行分組，小組內的同學相互確認各自的職責，同時由各個小組推薦一名成員充當學生評委。這期間要求教師在授課過程中不斷向學生推薦一些易懂易做的研究論文，要求學生認真閱讀文獻，充分調動學生的積極性。

二、創新實驗課題開展流程和要求

在課題型生態學實驗開始前，各小組都要提交實驗申請書，申請書的格式要按照正式的項目申報書的要求填寫，實驗課開課后由教師和學生評委組成的評委會對各小組提交的實驗申請書進行審核，對未達到開題要求的實驗小組給出修改意見修改至滿足開題要求為止。課題型實驗開始時，各小組將自己的實驗課題制作成PPT，并派出一位同學對實驗內容進行講解和匯報。實驗開始時間是在期末考試前的兩個月左右，實驗過程中，要求學生嚴格按照申請報告開展實驗，并按時收集和記錄實驗數據。實驗完成后各組按照要求對實驗數據進行統計分析、撰寫結題報告并制作PPT。所有小組提交結題報告后，安排統一的時間進行結題答辯，每組派出一位同學展示小組的研究成果。由教師和學生評委組成的評委會對結題報告進行評審和打分。這一環節最重要的問題是要認真審閱各小組的實驗內容，保證在期末結束前實驗能保質保量完成，并有足夠的時間分析數據和撰寫實驗報告。

三、完善生態學實驗課評價和考核機制

傳統的生態學實驗課成績主要由兩個部分構成：學生每次實驗課的實驗報告和期末的實驗技能考核，這個成績考核方案容易導致學生忽略實驗過程和操作方案，不利于培養學生的科研素養和創新能力。這種考核機制的缺點在其他的教學研究中也有提及，只有把實驗操縱和過程化管理納入考核過程才能有效培養學生的科研能力，提高學生的科研素養。我們確立課題型生態學實驗教學方案后，將原有的分數比例做了適當的調整，實驗報告、期末實驗技能考核和課題型實驗的成績分別占總成績的40%、30%和30%。其中課題型實驗的成績根據開題報告、結題報告以及開題和結題報告答辯情況綜合給出，而開題報告和結題報告由教師和學生組成的評委會綜合給出成績。這一過程需要教師公開透明地給出評分依據和學生的最終成績，評分依據中盡可能將每一個環節進行量化，使得學生的成績能有分可依、有分可查。

四、根據實驗課反饋消息進一步改進相關教學方案

在教學過程中，教師會根據學生的上課表現、回答問題和撰寫的實驗報告等材料不斷地獲取學生對實驗課程的態度和信息，判斷生態學實驗課程改革的成敗。教師從學生身上獲得的反饋信息將會成為教師對教學效果的評判依據，為生態學實驗課程的改革和創新提供重要參考資料。教師在教學過程中除了采用上述的方法獲得反饋信息外，還可以通過向學生發放調查問卷和訪談等形式獲得，我們可以以此為依據不斷地提高教學質量，使生態學實驗課程能夠以提升學生的團隊協作能力、科研能力和綜合素養為目標，讓學生在盡早掌握生態學實驗基本技能的同時，對生態學領域的前沿科學問題和解決辦法有較為系統的認識。這一環節需要教師不斷和學生進行溝通，獲取第一手資料，讓學生的反饋信息迅速成為提升教學質量、改善教學效果的利器。

課題型生態學實驗從申請、開題、開展實驗、撰寫結題報告到結題答辯，完整地把科學研究和課題申請流程向學生做了展示，讓每一位同學都能夠切身體會科學研究和課題申請的全部過程，充分調動學生的積極性，有利于學生科學素養的提高。在課題型生態學實驗開展的整個流程中，幾乎每個環節都會幫助學生提高自身的科學素養和科研技能。如申請書的撰寫過程中，要求學生對所開展課題進行全面細致的比較，總結前人研究的方法和問題，提出自己的研究思路等，這一過程不僅讓學生加深了對生態學理論課學習的概念和原理的理解，同時也大幅拓寬了學生的知識面，使學生更有自信地面對自己所研究的領域；實驗環節中，要求團隊成員精誠合作，為達到實驗目的需要小組成員的不斷配合，從申請書和結題報告的撰寫到實驗數據的獲取都在無形中增強著小組成員間的合作意識；結題考核則要求小組間相互競爭，這無形中要求各個小組成員凝聚在一起共同將結題報告做好、做完善；實驗開始前后的開題報告和結題報告不僅鍛煉了演講者的語言表述能力，同時也是對小組實驗成果的一次展示。相信這些同學有了這樣一次完整的課題型實驗后，不僅能加深學科的知識和概念的認識，也為他們將來參加真正的學術研究埋下種子。

開展課題型生態學實驗，不僅需要教師對從課題申請到實驗結論的得出等方面進行嚴格把關，也需要教師不斷提高自身的專業素養，積極引導學生，培養學生的科研創新能力，提高學生的科學素養，在整個教學過程中還要做到公平公正、認真對待每一位學生。此外，也需要教師能夠積極將學生引入課程中，讓學生主動參與生態學實驗教學，從文獻的查閱到報告的撰寫，從論文的格式到一詞一句的修改都在默默地提升著學生的科研素養。在這個過程中，很多學生逐漸認識到論文由哪些部分組成、數據處理的方法和參考文獻的格式等細節問題，這種有意識的訓練和指導為學生將來撰寫畢業論文提供了一次良好的模擬演練機會，也為學生能力的提升創造了良好的平臺。因此，我們也呼吁其他實驗課程開設課題型實驗，讓學生在日常的學習中有更多的機會參與科研項目，讓他們熟悉科研流程中的每一個環節，并在潛移默化中提高他們的科研技能和科學素養。開展課題型生態學教學后，學生參與實驗的主動性、積極性和小組協作能力明顯得到了提高，扭轉了學生對待生態學實驗課程的態度，增加了學生對科研工作的了解，而且這種完整的科研訓練模式將為他們日后走上科研工作崗位打下堅實的基礎。