“全球變化生態學”教學改革與實踐
——以天童國家野外站為依托

鄭澤梅，楊海波，楊慶松，江 山

（華東師范大學 a.浙江天童森林生態系統國家野外科學觀測研究站；b.生態與環境科學學院，上海 200241）

全球變化生態學是在全球變化背景下發展起來的一門新興學科，其源于對生物圈的研究，從IGBP時代逐步發展［1］。它主要探討全球變化的生態過程、生態關系、生態機制、生態后果及生態對策，是當前生態科學一個熱門、重要的研究領域。基于全球變化問題的廣泛性、綜合性和熱門性，我國很多高校都開設了與全球變化或全球變化生態學相關的課程［2］。例如，北京大學、南京農業大學開設專業選修課，清華大學地學中心為大氣科學（全球變化方向）輔修專業開設了“全球變化生態學”和“全球變化大數據分析”等課程，也有一些高校面向全校學生開設“全球變化通識”課程［3］。在教學過程中，很多學者從教學模式、教學內容等方面對“全球變化生態學”進行了教學改革與實踐。陳永金等［4］和董進國等［5］嘗試了在全球變化類課程中使用探究式學習法。劉衛國等［6］和彭劍峰［7］建議教師要充分利用信息化技術引導“全球生態學”的教學過程。王艷紅等［3］認為全球變化通識課程的授課教師應充分地將“設問式”和互動教學方法運用到課程教學實踐中。

自2010年起，華東師范大學生態與環境科學學院面向生態學專業三年級本科生開設專業選修課“全球變化生態學”，課程共36學時。因生態學專業培養方案調整，2018年該課程被列入生態學學科特色課程體系，更加強化了對課程特色性的要求。依托學科優勢和開放優質的教學資源是提升學生創新能力的有效途徑［8-9］。浙江天童森林生態系統國家野外科學觀測研究站（以下簡稱“天童國家野外站”）是國家“211”和“雙一流”重點學科、上海市、華東師范大學生態學的建設內容之一，已構建了科研反哺教學的實踐平臺［10］。為提升學生的理論認知、實踐和創新能力，課程教師依托天童國家野外站，從教學內容、教學形式和考核方式等方面對課程開展了教學改革與實踐，突出了課程特色，取得了良好效果，以期為我國高校相關課程的教學提供借鑒。

一、“全球變化生態學”課程內容與教學挑戰

（一）課程教學內容與目標

“全球變化生態學”的教學內容主要分為三大部分：（1）生態系統變化的多尺度觀測與分析；（2）全球變化驅動下的生態系統變化過程及其適應性；（3）應對氣候變化的人類行動。根據專業培養計劃的要求，課程從知識理論基礎、持續學習能力和綜合素質等三個角度設定了專業教學目標：（1）了解全球變化生態學的主要研究手段，能理解生態系統主要物質循環過程、生物入侵和生物多樣性對全球氣候變化的響應過程及其內在機制；（2）能使用“全球變化生態學”理論框架解釋已有氣候變化對生態系統的影響機制，并能使用典型研究手段開展全球變化生態學基礎研究；（3）了解國際社會應對氣候變化已采取的相關措施與行動。

（二）教學挑戰

1.課程教學內容須推陳出新。“全球變化生態學”涉及的內容多而廣，并且隨著學科研究的深入，新的技術手段、研究成果和重大國際政策也會不斷涌現。教師要保證在短短的36個學時內有效地完成這些內容的講解，這就要教師在保證教學內容系統性基礎上，既要對現有的內容進行整合和合理取舍，也要突出教學內容的新穎性［11-12］。在教學過程中，將近幾年出現的新技術手段融入“全球變化生態學”研究方法講解，將全球變化生態學領域最新的研究成果作為案例分析素材，是完善教學內容的直接途徑［13］。

2.課程教學手段較為單一。“全球變化生態學”涉及的專業術語較多，是一門理論性和實踐性都較強的課程。通過傳統的“填鴨式”教學模式（如講授法）或案例教學，學生雖能在一定程度上了解“全球變化生態學”的主要研究手段，理解生態系統對全球變化的基本響應過程與機理。但是，他們對這些知識點的理解可能更多停留在課件的圖片和教師的描述上。學生對“全球變化生態學”的研究手段認知不夠直接，對全球變化理論框架的理解層次不夠深刻。講授法的教學模式導致學生處在被動學習的狀態，降低了其學習興趣［14］。對此，通過適當增加小組討論和現場教學環節，對課堂教學進行有效補充［13］，能提高學生對理論的認知能力和實踐能力，可以讓整個教學在充滿互動、真實、近距離的氛圍中展開。

3.課程考核方式缺乏對學生學習過程的評價。課程期末考試以傳統的選擇、填空、簡答和論述為考試題型，側重考查學生對課程知識的記憶和理解。有的學生臨時抱佛腳，死記硬背課堂筆記或者教師教案，也能取得不錯的成績。這種考核方式難以實現考核的真正目的，也難以對學生的整個學習過程和知識掌握情況進行有效監督和評價。在教學過程中增加過程評價環節（如設置小組討論得分），期末從試卷考試轉變為課程論文或課程研究計劃評價，綜合性的考核模式將有助于學生學習能動性的提高和創新能力的培養。

二、天童國家野外站的“全球變化生態學”教學資源優勢

20世紀80年代，華東師范大學宋永昌教授開始帶領團隊在寧波天童國家森林公園開展植被定位研究。1992年，華東師范大學天童生態試驗站成立，是我國成立較早的常綠闊葉林生態系統定位研究站之一。2005年，天童生態試驗站通過遴選，首批進入國家生態系統野外科學觀測研究網絡，正式成為浙江天童森林生態系統國家野外科學觀測研究站，是當時教育部華東地區唯一的國家級森林野外臺站。天童國家野外站2004年被華東師范大學定為大學生創新實踐基地，2012年被遴選為首批國家級理科野外實踐教育基地，2021年成為首批“寧波市自然教育基地”。依托臺站多學科綜合觀測技術、先進的儀器設備、經驗豐富的教師隊伍，天童國家野外站構建了輻射華東地區的科研反哺教學的實踐平臺［10］，在創新人才的培養中發揮著積極的作用。天童國家野外站獨特的地理位置、完善的科研設置、豐富的科研成果為“全球變化生態學”的改革與實踐提供了豐富的教學資源。

天童國家野外站坐落于浙江天童國家森林公園內，站區海陸交界，經常受到臺風、干旱等極端天氣事件的干擾［15］。根據寧波市氣候公報等資料記載，臺站近10年間共經歷了2次極端降雪和冰凍（2008和2016年），1次極端高溫和干旱（2013年）以及3次高強度臺風和熱帶風暴（2008年、2012年和2019年）。天童站區內因極端天氣產生的自然干擾景觀，是進行全球變化教學的天然素材。

天童國家野外站設有常綠闊葉林演替系列樣地、亞熱帶極端干旱控制試驗樣地、長期氮磷添加試驗樣地和近自然林改造中德示范樣地等多個長期實驗平臺，擁有無人機高光譜遙感、50米碳水通量觀測塔、溫室等先進的生態學野外觀測設備和設施。這些硬件條件和新技術手段是“全球變化生態學”研究和服務國家碳達峰、碳中和目標的重要支撐，也是“全球變化生態學”現場教學和課程研究計劃方案實施的主要依托對象。

近年來，天童國家野外站在全球變化生態學領域取得了諸多高亮點的科研成果，多篇論文發表在Nature Climate Change、Nature Communications、Science Advances和Global Change Biology等期刊上。將這些優秀論文融入課堂教學或小組討論，是對課程案例教學內容的有力補充。

三、依托天童國家野外站的教學改革與實踐

為充分利用天童國家野外站的野外觀測儀器、設施和試驗樣地等教學資源，提高本科生直接接觸基礎研究的機會，結合學科特色要求，教師從教學內容、教學手段和考核方式三方面對“全球變化生態學”進行了教學改革與實踐（見圖1）。通過教學內容推陳出新，教學手段多樣化和考核方式過程化，進一步拓展臺站優質教學資源的服務對象，將科學研究貫穿整個教學過程，搭建生態學教學與科學研究的橋梁，在體現課程的學科特色的同時，提升學生的認知和創新能力。

圖1 “全球變化生態學”教學改革實踐思路

（一）教學內容

在課程教學內容的三大部分中均融入了與天童國家野外站有關的內容。（1）在第一部分中，從全球變化生態學的三大研究手段（觀測、控制實驗和模型模擬）切入。在觀測部分介紹了天童國家野外站基于近地面無人機遙感技術進行森林樣地地形、樹高和林冠的精確測定工作；在控制實驗部分介紹了臺站的兩個全球變化控制平臺——亞熱帶極端干旱試驗平臺和長期氮磷添加控制試驗平臺；在模型模擬部分介紹了臺站研究人員在碳循環模擬不確定性溯源性分析方面的工作。（2）在第二部分中，以案例分析為教學手段，剖析了亞熱帶森林土壤呼吸響應極端干旱的生物和非生物調控機制。（3）在第三部分應對氣候變化的人類行動中，介紹了天童國家野外站基于近自然經營技術開展亞熱帶森林增匯示范的工作。

（二）教學手段

以往的教學手段主要以傳統的課堂教學為主，教師單向輸出知識，缺乏互動性。在教學改革中，教師將小組討論和現場教學融入教學方法。

1.小組討論。課程要求每2人一組，針對課程第二部分的內容，選擇一篇天童國家野外站近期發表的全球變化生態學領域的高水平論文進行課前精讀，課上再進行20分鐘左右的小組匯報，匯報表現將計入課程總評成績，占50%。學生根據自己的興趣選出了臺站研究人員發表在Nature Communications、Global Change Biology和Functional Ecology上的論文，主題包括全球氣候變化與植物功能性狀、干旱與生態系統碳循環等［16-19］。學生精讀論文后，制作了小組會匯報PPT。在小組會中，學生介紹了論文的主要結果、亮點和科學貢獻，也表達了自己的閱讀感想，并對科學問題的認識進行了師生討論。學生普遍認為，精讀論文有助于詳細了解科學研究過程，小組討論加深了自己對相關知識點的理解。

2.現場教學。現場教學是教學中一種非常特殊的教學組織形式，通過現場教學能更有效地提高教學效率和教學容量。教師緊密圍繞課堂教學內容，通過挖掘天童國家野外站的優質教學和科研資源，實現了現場教學與課堂教學的融合。在現場教學中，教師設置了“全球變化的影響—觀測—控制實驗—研究實踐”為主線的現場教學線路。2019年，天童國家野外站站區遭受了“利奇馬”臺風的侵襲，站區形成了大型的泥石流滑坡景觀。教師通過極端天氣介紹生態系統的破壞性，帶領學生參觀了泥石流滑坡后的修復現場，讓學生切身感受極端天氣對自然系統的破壞力。然后，以碳達峰、碳中和為話題，介紹了區域碳水平衡評價的有力工具——通量觀測塔，通過分析天童50米通量塔周邊林冠景觀格局，讓學生理解森林碳水通量觀測的選址依據。接下來，教師帶領大家參觀了臺站的亞熱帶極端干旱試驗樣地，講解了干擾對照處理在控制實驗設置中的必要性，并直觀地比較了不同干旱處理下林冠下方植被的生長狀況。最后，教師指導學生在長期氮磷施肥樣地選擇了兩個不同處理的樣方進行了灌木光合能力的測定，在教會學生使用先進分析儀器LI6800-F的基礎上，讓學生體驗在野外獲取課上精讀論文中的數據。

（三）考核方式

考核是檢驗學生學習情況的主要手段，然而，“一考定成績”不能有效地對學生的學習過程進行評價。不同于以往的試卷測評，改革后的課程注重對學生學習過程的評價，以小組討論和期末考核的加權得分作為課程最終成績，其中小組討論和期末考核各占50%。教師根據匯報情況、提問和回答情況給出小組討論的分數，同一小組成員分數相同。期末考核以提交研究計劃的形式完成。課程要求研究計劃：（1）需依托天童國家野外站全球變化試驗平臺；（2）能圍繞全球變化熱門話題提出創新性強的科學問題；（3）綜述全面、針對性強，研究目的和內容明確，方案可行。學生根據自己的興趣點，通過查閱文獻資料，提出了包括基于日光誘導葉綠素熒光的亞熱帶森林生態系統總初級生產力的模擬及其對干旱的響應研究、亞熱帶森林干旱與磷限制相關關系研究、極端干旱對亞熱帶森林食物網結構和群落結構的影響等具有一定創新性的研究計劃，充分體現了學生在學習過程中的主觀能動性和創造力。

結語

“全球變化生態學”是我國很多高校生態學專業學生的選修課程，對于學生知識面拓展、思維能力或創造力的提高具有重要的作用。本文結合教師在“全球變化生態學”課程的教學，探討了基于國家野外站優秀的教學資源進行的改革和實踐。通過教學內容完善、教學手段豐富化和考核模式過程化三方面的改革，體現了課程的學科特色性，有助于學生知識理解、創新意識及能力的提升。