“金课”理念下的生态学综合实验课程模式改革研究

王 凯 章守宇

（上海海洋大学海洋生态与环境学院，上海201306）

生态学综合实验是生态学专业的专业方向必修实验课程。本实验课程学分为2 学分，开课学期为第5学期，先修课程为海洋生态学、种群生态学、水生生物学、海洋生物学和生物统计学等。

本课程的培养目标为：（1） 学习生态学综合实验应具备扎实的生态学基础，严谨的学习思维态度和开拓创新的能力，通过本实验，使学生形成正确的生态道德观念和鲜明的生态道德情感，严谨的工作作风和实事求是的科学态度以及野外调查吃苦耐劳和团队合作的精神；（2）通过本课程的学习，加深对生态学基础理论和基本知识的掌握和理解；（3） 正确和熟练掌握生态学调查设计方法、实验技能、基本操作和研究方法；（4）能够利用所学知识和技能，提高观察、分析和解决实际生态学问题的能力；（5） 通过本课程的学习，能够联系生态学学科知识，能够深刻理解十九大报告明确坚持人与自然和谐共生，建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计，能够积极主动投入到我国新时代生态文明和美丽中国建设实践中。

1 课程存在的问题

生态学是一门实验性、实践性和应用性很强的学科， 实验教学对培养学生实验创新能力具有重要作用，对于生态学实验，要求学生掌握生态学重要原理和方法的基础上， 能够结合生物资源和环境特征，理解生物和环境的辩证关系。

目前生态学实验教学过程中，主要存在教学时间集中、内容单调和模式相对单一等问题。 现有的实验课程往往集中安排在短学期的2 周时间，容易造成教学任务安排紧张，学生短期内难以理解和掌握实验原理和结果。 现有的实验内容在安排上主要根据理论课程设置，没有充分考虑到现实发展中出现的生态问题及相关研究进展。

在生态学实验课程开展过程中，部分实验还是以演示和简单操作的形式进行，相当部分的同学还处于被动接受的状态， 学生难以将所学的知识进行联系，如对生物群落特征和环境因子的关系实验部分，如果不到现场进行生物样品和环境因子采集，很难以对生物群落的生态变动过程有充足的认识。

发挥我校濒临海边的区位优势，依托我校在南汇东滩湿地开展的生态修复工作，发挥教学团队老师的专业特长，加强野外考察的实验教学环节，以学生为中心，通过教师指导、学生选题的模式，构建以探究为核心的生态学专业综合实验教学模式，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生的科研能力和创新意识，提高学生的综合素质。

2 课程的改革思路和举措

2.1 主要思路

发挥我校临海的区位优势，依托教师团队开展的科研项目，以学生为中心，加强学生的动手能力，建设以学生探究为核心的生态学实验教学模式，培养学生的创新能力和实践能力。

2.2 具体措施

在前期调研的基础上， 对教学内容进行设计，主要有三方面的内容：（1）理论知识，在生态学理论学习的基础上，主要讲述生态学研究中的分析指标和统计方法，要求学生在掌握知识点的基础上，开展经典文献阅读，了解生态学最新的理论和研究方法，结合本专业知识，撰写研究进展报告；（2）教学基地，在室内实验室的基础上，对南汇东滩湿地和舟山群岛海域等区域进行现场勘查， 充分了解现场生态环境特征，对现场开展生态学实验的内容和可行性进行分析。 充分无人机、 水下摄像机和野外录像机等先进的设备，从空中和水中等不同视线、不同空间尺度，采集并制作野外实习区域的影像资料，让学生从不同的角度对实习区域的生态环境有直观的认识。 引导学生阅读和观看经典文献材料，结合影像资料，开展生态环境和调查方法的讨论；（3）资料汇总，主要对以往生物样品等进行整理，在本课题建设的基础上，进一步丰富实验素材。 同时，进行生态调查方法的影像资料的制作，尤其是制作能够反映现代生态学研究的影像资料，建立生态学专业实习的线上教学课程。 教学过程中，注重以学生为中心的探索式教学， 教师讲授课程知识要点，学生广泛阅读并以小组学习讨论的形式，通过学习目标达成度对教学效果和学习效果进行评价，进一步完善课程建设，并进行推广应用。

2.3 实施路径

通过文献调研、专家访谈和案例研究，确定符合我校一流学科建设的生态学专业综合实验课程建设的内容、目标和计划，课程建设内容包括理论知识、实习现场和前期积累资料汇总， 注重最新的生态学研究进展和成果的导入，通过线上和线下教学实践，将生态学实验的不同课程，分为不同的主题，引导学生开展自主和探索式学习， 以学习目标达成度对课程进行效果评价和完善，进而对课程建设进行总结并进行推广。

2.4 创新点

依托我校的区位优势，充分融合学院生态学相关的科研项目和学生自主探索学习元素，线上和线下教学相结合，建设具有鲜明特色的生态学专业综合实验课程。

3 课程改革之后的教学实验内容模块

根据“金课”的理念，课程改革之后的教学实验内容分为12 个模块。 每个模块均包括学时、实验类型、实验要求、每组人数、实验目的、实验项目内容和对课程目标的支撑度等。

3.1 生态学实验设计和统计分析基本方法

学时：4；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：4 人。

实验目的：生态学研究需要对自然界或实验室中的生态现象进行调查、观察和科学实验，然后对数据进行统计分析，探求生态学规律。 本实验通过学习，掌握生态学实验的设计方法和常用的生态数据统计分析方法。

实验项目内容：（1）生态学实验设计方法；（2）生态学实验数据观测.整理与表示方法；（3）生态学实验数据类型与转化；（4）生态学数据的预处理；（5）生态学实验数据描述性统计和方差分析。

3.2 生态环境因子的观测实验

学时：8；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：4 人。

实验目的：生态环境因子对生物的生长、发育、行为和分布有着直接或间接的作用和影响。 通过本实验，了解和掌握光照、温度、湿度、风速和水体溶解氧等环境生态因子的观测实验方法。

实验项目内容：（1）不同生境中太阳辐射强度的测定；（2）不同生境气温、水温和土壤温度的测定；（3）不同生境中空气湿度的测定；（4） 不同生境中风速的测定；（5）不同生境中水体溶解氧含量的测定。

3.3 植物种内竞争性实验

学时：8；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：6 人。

实验目的： 了解种间关系的类型及种间竞争的特征，通过培养实验分析不同物种间对资源的竞争过程。

实验项目内容：（1）种间竞争实验设计方案；（2）植物种子及样品准备；（3）进行植物种子培育实验；（4）观察不同竞争状态下植物生物量变化；（5）数据处理与结果分析。

3.4 动物（鱼类）对温度、盐度耐受性的观测

学时：6；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：6 人。

实验目的：了解不同生物在极端环境温度与盐度下的反应；了解不同鱼类对温度、盐度的耐受限度和范围，认识影响鱼类耐受能力的因素。

实验项目内容：（1） 制备不同温度和盐度的水体；（2）对受试生物进行统一化筛选；（3）观察动物对高温和低温的耐受能力；（4）观察淡水鱼类对盐度的耐受能力；（5）数据处理和结果分析。

3.5 Lincoln 指数法估计种群数量大小实验

学时：4；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：6 人。

实验目的：通过Lincoln 指数法估计种群数量，使学生掌握标记重捕技术； 理解Lincoln 指数法在统计种群数量中的重要作用。

实验项目内容：（1）选取材料进行标记重补；（2）选取不同体积的容器进行标记重补；（3）数据处理，并分析不同体积下种群大小差异的原因。

3.6 种群生命表的编制

学时：4；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：6 人。

实验目的：了解生命表的类型及其结构；通过给定种群各年龄时期的存活个体数，计算生命表各特征值，理解种群生命期望的含义，领会生命表的生态学意义；通过实验操作，掌握生命表的编制方法；进一步提高建立数学模型和设计图来处理复杂的生态数据的意识和能力。

实验项目内容：（1）用骰子模拟动物死亡过程；（2）存活曲线的绘制；（3）编制种群生命表；（4）数据处理与分析。

3.7 动物群落数量特征分析及估算

学时：4；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：4 人。

实验目的： 学习利用样方法调查动物群落数量特征，掌握动物群落中物种相对重要性的评价方法，掌握分析动物群落种类组成特征、 分布规律及其与环境的相互关系的方法，提高从事群落生态学调查的能力。

实验项目内容：（1）实验前复习课本中“群落数量特征”的相关内容；（2）野外调查，选择近岸潮间带进行动物群落和环境因子调查；（3） 室内生物学实验；（4）数据整理和结果分析。

3.8 动物群落结构和空间分布特征分析

学时：6；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：4 人。

实验目的：掌握群落结构和空间分布特征的采样方法，掌握用多样性指数分析群落结构特征的方法。

实验项目内容：（1）实验前复习课本中“群落结构和多样性指数”相关内容；（2）野外调查，选择近岸潮间带不同潮区进行动物群落调查；（3） 室内生物学实验；4.数据整理和结果分析。

3.9 生物群落物种摄食和食物关系分析

学时：8；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：4 人。

实验目的：了解生物群落物种摄食和食物关系分析的方法，掌握胃含物分析和碳氮稳定同位素测试的原理、方法，掌握食物关系分析的计算指标和方法，理解摄食和食物关系对生物群落结构的影响。

实验项目内容：（1）实验前复习课本中群落生物关系的相关内容， 阅读文献了解摄食分析的方法；（2）野外调查，选择近岸水域进行动物群落和环境因子调查；（3）室内进行生物学实验，稳定同位素样品处理；（4）数据整理和结果分析。

3.10 群落排序

学时：4；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：4 人。

实验目的：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 语言）等计算机软件进行群落排序的方法。

实验项目内容：（1） 复习课本中群落排序的相关内容；（2） 群落数据准备 （前期动物群落调查数据整理）；（3）利用 SPSS（R 语言）主成分分析功能，对群落进行排序，掌握分析的基本原理、计算过程、输出结果意义；（4）数据整理和结果分析。

3.11 群落聚类分析

学时：4；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：4 人。

实验目的：掌握群落聚类分析的原理和方法，掌握利用SPSS（R 语言）等计算机软件进行群落聚类的方法，理解群落的连续或间断性特征及其与环境的关系。

实验项目内容：（1）复习课本中群落聚类的相关内容；（2）群落数据准备（前期动物群落调查数据整理）；（3）利用 SPSS（R 语言）聚类分析功能，对群落进行聚类，掌握分析的基本原理、计算过程、输出结果意义；（4）数据整理和结果分析。

3.12 生态位分析

学时：4；实验类型：综合型；实验要求：必修；每组人数：4 人。

实验目的：掌握生态位相关概念和原理，掌握生态位宽度和生态位重叠的测定方法和分析方法， 进一步认识生态位理论在群里生态学研究中的作用和意义。

实验项目内容：（1）实验前复习课本中群落生态位的相关内容；（2）野外调查，选择潮间带等典型生境进行动物群落和环境因子调查；（3）室内进行生物学实验；（4）数据整理和结果分析。

4 结语

根据“金课”理念，对生态学综合实验课程进行了有针对性的课程模式的改革。 按照我校的实际情况，结合学生们的实际基础，提出了学生探究为核心的生态学实验教学模式。 按照我校一流学科建设的要求，对生态学专业综合实验课程内容进行了有机的重构，注重导入最新的生态学研究成果，实行线上线下混合教学实践，将实验教学内容划分为11 个模块，循循善诱学生们能够开展独立的自主和探索式的学习。

为了践行“绿水青山就是金山银山”的生态文明建设的理念，在本课程中积极融入了思政要素，能够有机地融合在课程教学的每个环节当中，培养学生们能够辩证看待发展和生态保护的互存关系，培养学生们能够综合运用生态学的原理和方法来深刻理解生态学理论在蓝色粮仓计划当中的理论支撑作用，培养学生们独立思考和综合判断的综合能力和解决实际问题的科学素养， 主动融入我国生态修复的伟大实践，积极参加生态环境保护和海洋强国的建设。

通过“金课”理念下的生态学综合实验课程模式改革，能够激发教师和学生们的良好互动，提升实验课程的综合教学效果。 今后，要利用学习目标达成度测量学生们的自我掌握程度，利用质量评价体系对课程的教学效果进行综合评估，找出课程教学实践的薄弱环节，从而能够更好地推动课程模式改革向“金课”标准的迈进。