“金課”理念下的生態學綜合實驗課程模式改革研究

王 凱 章守宇

（上海海洋大學海洋生態與環境學院，上海201306）

生態學綜合實驗是生態學專業的專業方向必修實驗課程。本實驗課程學分為2 學分，開課學期為第5學期，先修課程為海洋生態學、種群生態學、水生生物學、海洋生物學和生物統計學等。

本課程的培養目標為：（1） 學習生態學綜合實驗應具備扎實的生態學基礎，嚴謹的學習思維態度和開拓創新的能力，通過本實驗，使學生形成正確的生態道德觀念和鮮明的生態道德情感，嚴謹的工作作風和實事求是的科學態度以及野外調查吃苦耐勞和團隊合作的精神；（2）通過本課程的學習，加深對生態學基礎理論和基本知識的掌握和理解；（3） 正確和熟練掌握生態學調查設計方法、實驗技能、基本操作和研究方法；（4）能夠利用所學知識和技能，提高觀察、分析和解決實際生態學問題的能力；（5） 通過本課程的學習，能夠聯系生態學學科知識，能夠深刻理解十九大報告明確堅持人與自然和諧共生，建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計，能夠積極主動投入到我國新時代生態文明和美麗中國建設實踐中。

1 課程存在的問題

生態學是一門實驗性、實踐性和應用性很強的學科， 實驗教學對培養學生實驗創新能力具有重要作用，對于生態學實驗，要求學生掌握生態學重要原理和方法的基礎上， 能夠結合生物資源和環境特征，理解生物和環境的辯證關系。

目前生態學實驗教學過程中，主要存在教學時間集中、內容單調和模式相對單一等問題。 現有的實驗課程往往集中安排在短學期的2 周時間，容易造成教學任務安排緊張，學生短期內難以理解和掌握實驗原理和結果。 現有的實驗內容在安排上主要根據理論課程設置，沒有充分考慮到現實發展中出現的生態問題及相關研究進展。

在生態學實驗課程開展過程中，部分實驗還是以演示和簡單操作的形式進行，相當部分的同學還處于被動接受的狀態， 學生難以將所學的知識進行聯系，如對生物群落特征和環境因子的關系實驗部分，如果不到現場進行生物樣品和環境因子采集，很難以對生物群落的生態變動過程有充足的認識。

發揮我校瀕臨海邊的區位優勢，依托我校在南匯東灘濕地開展的生態修復工作，發揮教學團隊老師的專業特長，加強野外考察的實驗教學環節，以學生為中心，通過教師指導、學生選題的模式，構建以探究為核心的生態學專業綜合實驗教學模式，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生的科研能力和創新意識，提高學生的綜合素質。

2 課程的改革思路和舉措

2.1 主要思路

發揮我校臨海的區位優勢，依托教師團隊開展的科研項目，以學生為中心，加強學生的動手能力，建設以學生探究為核心的生態學實驗教學模式，培養學生的創新能力和實踐能力。

2.2 具體措施

在前期調研的基礎上， 對教學內容進行設計，主要有三方面的內容：（1）理論知識，在生態學理論學習的基礎上，主要講述生態學研究中的分析指標和統計方法，要求學生在掌握知識點的基礎上，開展經典文獻閱讀，了解生態學最新的理論和研究方法，結合本專業知識，撰寫研究進展報告；（2）教學基地，在室內實驗室的基礎上，對南匯東灘濕地和舟山群島海域等區域進行現場勘查， 充分了解現場生態環境特征，對現場開展生態學實驗的內容和可行性進行分析。 充分無人機、 水下攝像機和野外錄像機等先進的設備，從空中和水中等不同視線、不同空間尺度，采集并制作野外實習區域的影像資料，讓學生從不同的角度對實習區域的生態環境有直觀的認識。 引導學生閱讀和觀看經典文獻材料，結合影像資料，開展生態環境和調查方法的討論；（3）資料匯總，主要對以往生物樣品等進行整理，在本課題建設的基礎上，進一步豐富實驗素材。 同時，進行生態調查方法的影像資料的制作，尤其是制作能夠反映現代生態學研究的影像資料，建立生態學專業實習的線上教學課程。 教學過程中，注重以學生為中心的探索式教學， 教師講授課程知識要點，學生廣泛閱讀并以小組學習討論的形式，通過學習目標達成度對教學效果和學習效果進行評價，進一步完善課程建設，并進行推廣應用。

2.3 實施路徑

通過文獻調研、專家訪談和案例研究，確定符合我校一流學科建設的生態學專業綜合實驗課程建設的內容、目標和計劃，課程建設內容包括理論知識、實習現場和前期積累資料匯總， 注重最新的生態學研究進展和成果的導入，通過線上和線下教學實踐，將生態學實驗的不同課程，分為不同的主題，引導學生開展自主和探索式學習， 以學習目標達成度對課程進行效果評價和完善，進而對課程建設進行總結并進行推廣。

2.4 創新點

依托我校的區位優勢，充分融合學院生態學相關的科研項目和學生自主探索學習元素，線上和線下教學相結合，建設具有鮮明特色的生態學專業綜合實驗課程。

3 課程改革之后的教學實驗內容模塊

根據“金課”的理念，課程改革之后的教學實驗內容分為12 個模塊。 每個模塊均包括學時、實驗類型、實驗要求、每組人數、實驗目的、實驗項目內容和對課程目標的支撐度等。

3.1 生態學實驗設計和統計分析基本方法

學時：4；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：4 人。

實驗目的：生態學研究需要對自然界或實驗室中的生態現象進行調查、觀察和科學實驗，然后對數據進行統計分析，探求生態學規律。 本實驗通過學習，掌握生態學實驗的設計方法和常用的生態數據統計分析方法。

實驗項目內容：（1）生態學實驗設計方法；（2）生態學實驗數據觀測.整理與表示方法；（3）生態學實驗數據類型與轉化；（4）生態學數據的預處理；（5）生態學實驗數據描述性統計和方差分析。

3.2 生態環境因子的觀測實驗

學時：8；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：4 人。

實驗目的：生態環境因子對生物的生長、發育、行為和分布有著直接或間接的作用和影響。 通過本實驗，了解和掌握光照、溫度、濕度、風速和水體溶解氧等環境生態因子的觀測實驗方法。

實驗項目內容：（1）不同生境中太陽輻射強度的測定；（2）不同生境氣溫、水溫和土壤溫度的測定；（3）不同生境中空氣濕度的測定；（4） 不同生境中風速的測定；（5）不同生境中水體溶解氧含量的測定。

3.3 植物種內競爭性實驗

學時：8；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：6 人。

實驗目的： 了解種間關系的類型及種間競爭的特征，通過培養實驗分析不同物種間對資源的競爭過程。

實驗項目內容：（1）種間競爭實驗設計方案；（2）植物種子及樣品準備；（3）進行植物種子培育實驗；（4）觀察不同競爭狀態下植物生物量變化；（5）數據處理與結果分析。

3.4 動物（魚類）對溫度、鹽度耐受性的觀測

學時：6；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：6 人。

實驗目的：了解不同生物在極端環境溫度與鹽度下的反應；了解不同魚類對溫度、鹽度的耐受限度和范圍，認識影響魚類耐受能力的因素。

實驗項目內容：（1） 制備不同溫度和鹽度的水體；（2）對受試生物進行統一化篩選；（3）觀察動物對高溫和低溫的耐受能力；（4）觀察淡水魚類對鹽度的耐受能力；（5）數據處理和結果分析。

3.5 Lincoln 指數法估計種群數量大小實驗

學時：4；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：6 人。

實驗目的：通過Lincoln 指數法估計種群數量，使學生掌握標記重捕技術； 理解Lincoln 指數法在統計種群數量中的重要作用。

實驗項目內容：（1）選取材料進行標記重補；（2）選取不同體積的容器進行標記重補；（3）數據處理，并分析不同體積下種群大小差異的原因。

3.6 種群生命表的編制

學時：4；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：6 人。

實驗目的：了解生命表的類型及其結構；通過給定種群各年齡時期的存活個體數，計算生命表各特征值，理解種群生命期望的含義，領會生命表的生態學意義；通過實驗操作，掌握生命表的編制方法；進一步提高建立數學模型和設計圖來處理復雜的生態數據的意識和能力。

實驗項目內容：（1）用骰子模擬動物死亡過程；（2）存活曲線的繪制；（3）編制種群生命表；（4）數據處理與分析。

3.7 動物群落數量特征分析及估算

學時：4；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：4 人。

實驗目的： 學習利用樣方法調查動物群落數量特征，掌握動物群落中物種相對重要性的評價方法，掌握分析動物群落種類組成特征、 分布規律及其與環境的相互關系的方法，提高從事群落生態學調查的能力。

實驗項目內容：（1）實驗前復習課本中“群落數量特征”的相關內容；（2）野外調查，選擇近岸潮間帶進行動物群落和環境因子調查；（3） 室內生物學實驗；（4）數據整理和結果分析。

3.8 動物群落結構和空間分布特征分析

學時：6；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：4 人。

實驗目的：掌握群落結構和空間分布特征的采樣方法，掌握用多樣性指數分析群落結構特征的方法。

實驗項目內容：（1）實驗前復習課本中“群落結構和多樣性指數”相關內容；（2）野外調查，選擇近岸潮間帶不同潮區進行動物群落調查；（3） 室內生物學實驗；4.數據整理和結果分析。

3.9 生物群落物種攝食和食物關系分析

學時：8；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：4 人。

實驗目的：了解生物群落物種攝食和食物關系分析的方法，掌握胃含物分析和碳氮穩定同位素測試的原理、方法，掌握食物關系分析的計算指標和方法，理解攝食和食物關系對生物群落結構的影響。

實驗項目內容：（1）實驗前復習課本中群落生物關系的相關內容， 閱讀文獻了解攝食分析的方法；（2）野外調查，選擇近岸水域進行動物群落和環境因子調查；（3）室內進行生物學實驗，穩定同位素樣品處理；（4）數據整理和結果分析。

3.10 群落排序

學時：4；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：4 人。

實驗目的：了解群落排序的基本思想和主成分分析的基本原理，掌握利用SPSS（R 語言）等計算機軟件進行群落排序的方法。

實驗項目內容：（1） 復習課本中群落排序的相關內容；（2） 群落數據準備 （前期動物群落調查數據整理）；（3）利用 SPSS（R 語言）主成分分析功能，對群落進行排序，掌握分析的基本原理、計算過程、輸出結果意義；（4）數據整理和結果分析。

3.11 群落聚類分析

學時：4；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：4 人。

實驗目的：掌握群落聚類分析的原理和方法，掌握利用SPSS（R 語言）等計算機軟件進行群落聚類的方法，理解群落的連續或間斷性特征及其與環境的關系。

實驗項目內容：（1）復習課本中群落聚類的相關內容；（2）群落數據準備（前期動物群落調查數據整理）；（3）利用 SPSS（R 語言）聚類分析功能，對群落進行聚類，掌握分析的基本原理、計算過程、輸出結果意義；（4）數據整理和結果分析。

3.12 生態位分析

學時：4；實驗類型：綜合型；實驗要求：必修；每組人數：4 人。

實驗目的：掌握生態位相關概念和原理，掌握生態位寬度和生態位重疊的測定方法和分析方法， 進一步認識生態位理論在群里生態學研究中的作用和意義。

實驗項目內容：（1）實驗前復習課本中群落生態位的相關內容；（2）野外調查，選擇潮間帶等典型生境進行動物群落和環境因子調查；（3）室內進行生物學實驗；（4）數據整理和結果分析。

4 結語

根據“金課”理念，對生態學綜合實驗課程進行了有針對性的課程模式的改革。 按照我校的實際情況，結合學生們的實際基礎，提出了學生探究為核心的生態學實驗教學模式。 按照我校一流學科建設的要求，對生態學專業綜合實驗課程內容進行了有機的重構，注重導入最新的生態學研究成果，實行線上線下混合教學實踐，將實驗教學內容劃分為11 個模塊，循循善誘學生們能夠開展獨立的自主和探索式的學習。

為了踐行“綠水青山就是金山銀山”的生態文明建設的理念，在本課程中積極融入了思政要素，能夠有機地融合在課程教學的每個環節當中，培養學生們能夠辯證看待發展和生態保護的互存關系，培養學生們能夠綜合運用生態學的原理和方法來深刻理解生態學理論在藍色糧倉計劃當中的理論支撐作用，培養學生們獨立思考和綜合判斷的綜合能力和解決實際問題的科學素養， 主動融入我國生態修復的偉大實踐，積極參加生態環境保護和海洋強國的建設。

通過“金課”理念下的生態學綜合實驗課程模式改革，能夠激發教師和學生們的良好互動，提升實驗課程的綜合教學效果。 今后，要利用學習目標達成度測量學生們的自我掌握程度，利用質量評價體系對課程的教學效果進行綜合評估，找出課程教學實踐的薄弱環節，從而能夠更好地推動課程模式改革向“金課”標準的邁進。