基于多種教學方式的“生態學”課程教學改革探索
——以深圳大學為例

付貴萍 武金發 林綺晴

(深圳大學生命與海洋科學學院，深圳 518071)

目前全球面臨資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢，世界各國越來越普遍地運用生態學理論與方法來解決人口、資源、環境和發展等問題，因此生態學專業研究越來越受重視。我國同樣迫切需要受過高等教育的生態學專業人才，黨的十八大強調：“必須樹立尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念，把生態文明建設放在突出地位。”[1]然而，高校擴招與傳統的教學模式之間的矛盾導致高校畢業生無法滿足新時代下生態發展變化的需求[2]。因此，改革生態專業人才培養模式，培養實踐型、創新型人才是教學改革的核心目標。

越來越多的高校及教師在不斷探索課程教學新方式。哈佛大學作為世界頂尖高校之一，在人才培養、科學研究和社會發展等方面對世界各國高校的發展建設產生了深遠的影響。對類似“生態學”這種跨學科、理論與實踐相結合的專業學科，哈佛大學強調應重視基礎研究、教育與實踐相結合，教師在教學中緊密結合實踐，整合不同學科資源，培養了大批一流的專業人才[3]。為適應我國社會發展的需要，我國部分高校正在探索教育教學新模式。廣東工業大學探索創新出“雨課堂+微視頻+網絡作業+大班授課、小班輔導”的教學新模式，極大地提高了學生自主學習的積極性[4]。劉璠[5]提出高校課堂教學可通過參與式教學方法，讓學生成為教學主體并參與到教學中去，充分發揮學生的主動性，使學生深入思考問題，拓寬專業知識，提升自身素質。馬明等[6]認為高校教學應理論與實踐相結合，課堂學習與科研相結合，培養學生的創新與實踐能力。孫丹丹等[7]提出在翻轉課堂教學中通過微實驗來引導學生獨立思考，提高學生自主學習與實踐創新能力。

深圳大學作為我國改革開放窗口的重點高校，熱切響應國家號召，不斷更新教學理念和方法，致力于培養更多的創新型人才。“生態學”課程是深圳大學生命與海洋科學學院的一門專業基礎課程，通過這門課程的學習，學生可以掌握生態學基礎理論與應用，獲取生態學研究最新進展。該課程對培養學生興趣，啟發學生獨立思考，增強學生分析問題和解決問題的能力，提高學生的綜合素質等具有重要的作用。筆者通過對多種教學方式的探索，培養和訓練學生的科學思維能力及科研實踐能力，以期為當前生態環境保護事業培養應用型、創新型人才。

一、“生態學”課程教學現狀

(一)課程內容寬泛、學習難度大

“生態學”課程作為生態、環境等專業學生學習的基礎課程之一，具有微觀與宏觀相結合、生命與環境相聯系的特點，導致其內容覆蓋面廣，但學校的課程設置與教學內容寬泛，導致學生在課堂中只能了解較為淺顯的基礎定義，無法進一步探究更深度的專業知識。而現實中生態環境變化迅速，“生態學”課程的知識體系又相對陳舊，無法合理闡釋當今諸多的生態環境問題，更無法培養學生綜合性和創新性思維能力。

(二)教學方法陳舊

教師受傳統教學觀念的束縛，講授生態學知識往往采取填鴨式教學方式，導致學生缺乏學習專業知識的興趣，很難系統地掌握生態學知識。更為突出的問題是，由于傳統“生態學”課堂教學忽略了生態實踐在該課程中的重要作用，導致學生對專業知識局限于死記硬背，不能利用理論知識解決實際問題，無法培養學生的獨立思考與實踐動手能力。因此，提高學生學習專業知識的積極性與主動性，培養學生思考問題與解決實際問題的能力，是“生態學”課程改革的重中之重。

二、“生態學”課程教學改革探索

(一)科學設置課程教學內容

由于“生態學”課程內容廣泛且零散，高校教師為了取得更好的教學效果，要清晰明確、富有條理地設置課程內容，便于學生掌握生態學的基礎知識，為后續能力的提升奠定基礎。課堂學習的基礎內容應以生態學結構層次為標準，從5大部分內容來講解，即生物與環境、種群生態學、群落生態學、生態系統生態學和應用生態學，每一部分又有具體的內容支撐，從而形成金字塔結構的教學體系(見圖1)。金字塔結構圖有助于學生形成結構化思維，構建系統性的生態學知識體系。為保證學習效果，課程內容要基于任務驅動的模式，通過限時完成規定的測試、問答等任務，給學生以學習壓力，定期完成一定量知識點的學習任務。

圖1 “生態學”課程教學內容體系

(二)采用多種教學方式，培養學生創新思維

針對“生態學”跨學科、理論與應用結合緊密的學科特點，教師應依據創新應用型人才培養目標及理論與實踐相結合的原則，運用多種教學形式開展教學。

1.精確結合教學案例開展啟發式教學，引導學生主動思考

案例教學是一種以教學案例為基礎，以學生在課堂內外對真實事件和情境的分析、思辨為重點，以提升學生應用理論創新性分析和解決實際問題的能力為目標的教學方法[8]。案例教學可應用于生態學基礎知識點的進階學習，能有效啟發和引導學生自主學習，培養學生的自主思考能力。生態學理論不難理解，但難在應用。為保證學習效果，要求學生能舉一反三，鼓勵針對多個實際案例進行分析，讓學生對知識點能融會貫通，靈活應用。

案例教學在“生態學”課程教學中，要想啟發學生主動思考，其要點在于案例的選擇應注重與當地生態環境緊密聯系，案例須與時俱進，切忌照搬、套用陳舊或教材現成的案例。例如生態學教材中用來說明生物群落演替的經典案例是Olson研究的美國密執安湖的沙丘案例[9]，該案例年代久遠，且美洲環境與我國環境差異較大，學生沒有直觀感受，難以產生共鳴。為此，筆者在課程教學中選擇了深圳當地的水環境演替作為案例，引導學生考察深圳近20年來水環境由黑臭水體到潔凈水體的變化過程，再啟發學生預測水體后續的演替方向，從而幫助學生理解控制演替趨勢的3種生態學理論模型。又如生態學教材中將云南地區的紫莖澤蘭入侵危害作為“生態入侵”的案例[10]，但華南地區紫莖澤蘭的入侵現象并不顯著，因而筆者結合當地生態狀況，靈活地將深圳地區危害最嚴重的薇甘菊作為案例，同時引導學生發現本地區還有哪些其他入侵物種，并思考不同地區入侵物種出現的機制，從而啟發學生對生物與環境的關系有更深入的認識。

“生態學”課程中靈活應用案例進行教學可以使學生對生態學理論知識的認知更加深刻，使學生在日常生活中不由自主地對周圍的生物與環境產生好奇與疑問，本能地回憶與思考生態環境與生物群體之間的內在關系，從而養成運用生態學知識的思維習慣。與傳統的教學方式相比，案例教學更加生動形象，同時結合當地生態環境開展的案例教學更具有啟發性、適用性和實踐性，能提高學生對生態環境的認知度，引導學生主動思考，提升對生態學知識的理解與掌握。

2.創新利用翻轉課堂教學，實現學生自主學習

近年來，起源于美國的“翻轉課堂”成為當今中國教育改革中重要的實踐方式之一，我國高校對翻轉課堂的改革研究與課程實踐逐年增長[11]。翻轉課堂指學生在課外及其他時間利用網絡視頻、圖書文獻等教學資源自主學習，教師在課堂中與學生交流互動并進行疑難解答，有助于學生深度學習，實現學生在學習中的中心地位[12]。盡管我國教育環境正處在變革的深水階段，但是當今高等學校教師和學生的思想仍被傳統教學方式嚴重束縛，學生嚴重依賴教師進行知識灌輸，缺乏自主學習的動力，導致翻轉課堂教學的全面實施存在一定難度，然而高校仍然可以在創新應用翻轉課堂教學方面開展一些探索和嘗試。

結合“生態學”教學，教師在精確、高效、清晰地講解完生態學基礎理論之后，提出調研課題，讓學生自行分組并選擇主題，針對主題內容查閱資料，提出新穎、獨到的觀點，供師生共同學習和討論，營造問答、交流、碰撞的學習氛圍。這種教學方式以問題為導向，激發學生內在學習動力，使學生對知識的獲取由被動變為主動，極大地調動學生學習的積極性[13]，達到深度學習的目的。

翻轉課堂所列的課題應具有一定的綜合性、復雜性和難度，可列出當前生態領域尚未解決的問題，如轉基因生物與生態安全、溫室氣體與全球氣候變暖、環境與人類可持續發展等，鼓勵學生采取批判性思維方式去收集和處理資料。課題還應鼓勵學生組隊進行，互幫互助，避免出現一些基礎理論掌握不足的學生難以完成任務的狀況。通過學生合作和小組討論，促進學生自主探究式學習，還有助于培養學生的團隊協作能力。

3.開展“生態學創新實驗短課”教學，指導學生從事科學研究

經典的“生態學”學科側重于對研究對象的描述，多采用直觀描述、調查分析、數理統計、單項實驗等較為傳統的研究方法，長期以來“生態學”被誤認為是一門描述性的、近似于思維方法論和社會科學的學科。特別是近十幾年來，隨著生態學向經濟學和人文科學的滲透，大眾對生態學有偏離自然科學，更靠近社會科學的錯覺。

然而生態學來源于生物學，其研究對象是生物與環境之間的相互關系，它始終圍繞著生物與環境之間的物質循環、能量流動、信息傳遞開展研究，就必然要與生物學、環境學、生物化學實驗等相結合，需要通過實地觀測與調查研究獲取實驗數據，認識和回答自然界各種生態學過程及其內在機理問題。因此強化實踐教學，開展科學實驗研究，更有助于提升“生態學”課程的教學效果。

但是與生物化學、生物學這些學科不同的是，生態實驗大多耗時較長，不能在實驗室短短的幾個小時內就完成實驗操作并得出結果，而是需要離開教室、實驗室到自然界去探尋、發現。“生態學創新實驗短課”就是對課堂教學的補充和延伸，學生在“生態學創新實驗短課”中可前往當地的生態保護區以及較為典型的生境區域進行現場勘察，并開展科學實驗。

深圳市福田國家級紅樹林自然保護區是深圳大學“生態學創新實驗短課”的優良實踐基地。紅樹林是熱帶或亞熱帶海灣、河口泥灘上特有的常綠灌木和小喬木群落，是陸地向海洋過渡的特殊生態系統，在深圳地區有大面積的天然分布。福田紅樹林保護區內存在多種陸生、水生動植物種類，沼澤、池塘和潮間帶等多種生境為“生態學”教學提供了大量研究對象及實驗場地。在“生態學創新實驗短課”中，教師可組織學生到紅樹林濕地進行科考，教師提出底棲生物棲息地構建、水鳥復育方案、原生魚復育措施等研究方向；學生自主設計研究方案，結合紅樹林濕地的物種組成、生態環境等進行生態調查、采樣分析、生物復育等科研工作，自主撰寫研究論文。

“生態學創新實驗短課”的實施過程中，教師一方面要支持和鼓勵學生自由探索和培育創新意識，同時也要指導學生輸出研究成果，督促學生完成科學論文的撰寫。通過研究論文系統性的結構搭建、嚴密的數據和邏輯論證，訓練學生研究能力，使學有余力的同學突破學習瓶頸，由重復練習的學習者轉變為探索發現的研究者，培養學生成為能夠適應高速變化的社會環境、善于解決復雜多變的生態環境問題的創新型人才。此外，針對部分表達能力弱，在案例教學、翻轉課堂教學中沒有充分展示自我的學生，“生態學創新實驗短課”提供了更多樣化的平臺，給予性格內向的學生施展才華與公平競爭的機會，實現了“生態學”課程教學的因材施教，有利于促進學生的個性化發展。

(三)運用各種信息科技手段，實現教學手段多元化

21世紀信息技術迅速發展，網絡已成為現代人生活與發展的必需品，互聯網已經潛移默化地滲透、影響、改變著人類生活。學生通過網絡進行學習，獲取知識，已成為當今高校學生學習的必備手段之一[14]。然而部分高校學生并沒有正確利用網絡獲取知識，反而沉溺于網絡游戲與影視作品中，厭倦、抵觸課堂教學，給高校課堂教育帶來極大阻礙。為了正確引導學生學習，切忌禁止學生與網絡進行接觸，而需對學生進行引導與教育。通過“互聯網+”與生態學課程相結合，升級傳統生態學教學模式，提高教學質量，實現學生多元化自主學習[15]。

1.開設生態學網上精品課程

MOOC(即Massive Open Online Courses)的發展給課程教學帶來了很大影響，是課程教學信息化和網絡化發展的重要形式之一[16]。相對于傳統的大學課堂授課，MOOC課程的上課時間更為靈活、方便，學生可以根據個人的掌握程度，對薄弱的知識點可以進行重復學習，不斷鞏固。在全球疫情的特殊時期，MOOC課程成為學生學習的重要方式，生態學MOOC課程不僅讓本校、本專業學生學習到生態學領域名師開設的精品課程，而且課程受眾還面向更加廣泛的其他高校學生，能夠使“生態學”這門課程成為通識課程廣為傳播，更加有效地普及了生態學知識，提升了全社會的生態文明意識。

2.充分發揮微信公眾號作用

通過微信公眾號發布文章與視頻等信息，可以讓人更快捷地獲得信息與知識。此外公眾號還具有功能定位明確、發布文章特色鮮明等優點[17]，目前被越來越多的高校及學術期刊所利用，關注度逐年上升，發展前景良好[18]。微信公眾號具有時效性、動態性特點，順應了學生關注網絡信息的趨勢，拓寬了學生學習、交流的途徑，全方位地營造了學習氛圍。學生可以通過“生態學”課程公眾號發布自己撰寫的生態學短文，分享“生態學”課程學習心得，教師可將其作為課程平時成績給予加分獎勵。更為重要的是，通過朋友圈、群消息等途徑轉發、推送學生的生態短文，可以擴大宣傳，讓社會各界及用人單位了解學生的專業學習情況，增加學生今后的就業機會。此外，短文的發布與推送還有助于家長及時了解學生在校學習情況，搭建家庭與學校的溝通橋梁，營造家庭與學校共同培養學生的氛圍。

3.將VR技術引入課堂教學

近年來，虛擬現實技術(VR技術)逐漸進入人們生活，并潛移默化地影響著社會的發展與人類的進步。VR技術通過計算機模擬現實環境，創造虛擬的三維立體環境，并使人們從虛擬的環境中獲得視覺、觸覺等信息，實現了高度仿真、信息交融的人機交互技術[19]。“生態學”課程專業知識與復雜的生態環境緊密相關，特別是一些特殊生態系統如深海區、熱液口區和極地海區等難以在課堂上形象、深入地呈現與講解，這時，VR技術就成為“生態學”創新型課程教學的最佳輔助手段。

為了讓VR技術更好地應用于生態學課堂教學，深圳大學根據現實生態環境，在VR系統中設置了深海海洋模塊、濱海環境模塊、紅樹林濕地模塊等模擬環境，學生可以在教室里體驗現實中的生態環境。例如使用VR技術選擇深海海洋模塊，學生可以清楚地觀察到逼真的深海生物、地形構造等，每個生物、環境要素在VR系統中均有詳細的介紹說明，同時設置有選擇、判斷題目來檢驗學生對相關知識的掌握情況。VR技術不但突破了生態課程教學的時空限制，還極大地激發了學生學習的興趣，實現了情景化教學。

(四)改革課程考核模式，培養學生應用能力

設定學習目標、制定考核規則、及時反饋檢查是學生高效學習的保障，也是檢驗教學效果的重要環節。考核評價體系不僅要考查學生掌握基礎理論知識的情況，更要考查學生提出問題、分析問題、解決問題的能力，強調學生的創造力、實踐力。新型的考核評價體系，采用過程化與個性化相結合、形成性評價與結果性評價相結合的綜合考核評價體系(見表1)，及時檢查和反饋，幫助學生解決問題，獲得進步。

表1 “生態學”課程綜合考核評價體系

綜合考核評價體系中，學生最終成績=平時表現×80%+期末考試成績×20%。平時表現(滿分為100分)主要包括課堂表現(20分)、課題展示(20分)、科研實踐(20分)、文獻報告(30分)、綜合表現(10分)或其他加分項組成，以上5項考核內容根據相應的評判依據，分別設置了不同的賦分標準：7～10分、4～6分、0～3分。期末考試(滿分為100分)可采取閉卷、開卷或綜合報告形式，以考核學生對生態學課程整體的掌握與應用程度。該評價體系需在開課時向學生說明，讓學生明確學習目標，教師在教學過程中及時反饋學習成效，激勵學生不斷查漏補缺。

三、“生態學”課程教學改革成效

(一)激發了學生的學習積極性和主動性

在“生態學”課程新型教學方式的實踐過程中，教師通過案例教學法，以當地實際案例為引導，啟發學生從多種思維角度思考問題。翻轉課堂讓學生在分析生態現象與問題時主動查找數據與資料以佐證自己的觀點與主張，充分發揮了主觀能動性，將專業知識的被動吸收轉化為了主動探尋，學生對生態學問題的認識與分析能力有了明顯提高。科技手段的使用激發了學生們的好奇心與積極性，有效地拓寬了師生間的交流途徑，學生對生態學課程評價高，課堂氣氛活躍。其中，VR技術在生態課堂教學中的應用最受學生歡迎，它在“生態學”課程中的應用極大提高了課程的知名度，選修“生態學”課程的人數顯著增加。VR技術在幫助學生認識生態環境，了解生物信息等方面發揮了重要作用，是“生態學”教學改革的重要成果之一。

“生態學”課程教學改革通過更科學的考核方式檢驗學生對知識的掌握程度，學生不再將希望寄托于期末突擊復習，課后作業、研究報告的水平有了質的飛躍，考試成績顯著提高。“生態學”課程的不及格率由2018—2019學年第一學期的67.35%降低到第二學期的12.5%，高于60分的各成績段人數比例均有較大增加。

(二)培養了學生解決問題的能力

“生態學創新實驗短課”的開展鍛煉了學生的實踐能力，培養了創新意識。學生在實驗中不僅獲得了科學研究專業技能，而且激發了其對科研工作的興趣。據統計，深圳大學生命與海洋科學學院幾乎全部的學生在畢業設計之前就進入實驗室參與科研實驗。一些表現優秀的本科學生不僅能夠獨立開展科研實驗，還發表了大量高水平研究論文，近5年本科學生發表高質量論文60余篇，其中包括19篇SCI論文。與此同時，學生中選擇攻讀碩士研究生，繼續從事生態學研究的人數比例越來越高，2019年深圳大學生命與海洋科學學院本科學生選擇攻讀本校“生態學”碩士學位人數與2018年相比提高了6倍，深圳大學生態學專業研究生的生源質量有了明顯提升。