王光军,杨相琴,项文化,朱 凡,闫文德,梁小翠
(中南林业科技大学 生命科学与技术学院,湖南 长沙 410004)
生态学本科专业实践教学模式的改革与实践
王光军,杨相琴,项文化,朱 凡,闫文德,梁小翠
(中南林业科技大学 生命科学与技术学院,湖南 长沙 410004)
实践教学是生态学专业实施人才培养的必然选择。经过多年的研究与实践,中南林业科技大学依据本校生态学科特色、充分利用区域和行业优势资源,打造运转高效、良性循环的实验实习新平台,建成了与理论教学体系有机结合而又相对独立,课内外衔接、校内外联合、产学研结合、融专业教育和综合教育为一体,立体化、多层次的开放式实践教学模式,较好地培养了学生的创新精神、研究能力和综合运用生态技术解决实际问题的能力。
生态学专业;本科教育;实践模式
生态学是研究生物与环境之间的复杂关系的学科,具有较的学科交叉性、实践性和应用性。当今生态环境日趋恶化、人与自然、社会关系变得愈来愈复杂、生态文明建设已成为我国现代化建设不可或缺的一个重要组成部分。因此,加强生态学研究,服务于现实社会及其各具体领域问题的解决显得日益迫切,生态学专业人才的培养也需要更加注重探索性和综合性思维、应用能力和动手能力的训练。但长期以来,其偏重课堂理论教学,实验实习教学课时少的状况并没有多少改观。出于经费、安全性、可操作性等各种因素考虑, 学生实践机会很少,且内容简单,常流于形式,局面堪忧。在实验实践教学的改革和建设中,我们围绕生态学本科专业培养高级复合型人才的目标,以“学习、实践、创新”为指导思想,以“夯实基础、强化训练、加强综合、培养能力、提高素质”为基本原则,按照理论教学与实践教学相互关联又相对独立的原则,结合本校传统与特色,重构实践教学体系,改革实验教学和方法,打造运转高效、良性循环的实验实习新平台,初步建成了课内外衔接、校内外联合、产学研结合、融专业教育和综合教育为一体,立体化、多层次的开放性实践教学模式。
此举主要是通过改革原有实践课程、设置新型实践课程、增加新型实践教学环节来实现。按照培养创新人才的“知识、能力、素质”协调发展的要求,我们把生态学专业课程体系分为理论教学和实践教学两大体系,并适当增加实践教学时数,使实践学分由原来不足总学分的30%提高到40%以上,总周数也由原来不足40周增加到47.6周。
在此基础上,根据学生对知识掌握与应用的规律,构建包括课程实验、课程实习、专业综合实习、社会实践与第二课堂、毕业论文实习(设计)在内的“五环节”专业实践课程体系。其中,学科基础实验9门,专业实验课17门,主要是使学生系统掌握与生态学专业相关的基本实验方法和技能;野外实习课12门,包括气象学、测量学、树木学、土壤资源学、森林生态学、环境工程技术、地理信息系统、景观生态学、生态工程学、生态监测与评价、恢复生态技术、系统生态学研究方法定位等课程实习,通过实地考察和实训,加强对课程理论知识的理解;专业生产实习(生态学专业综合实习和生态学专业能力训练)2周,主要是使学生将课堂所学的理论知识与实际结合起来,运用于生态工程、生态修复、生态规划和设计的实践,提高学生的综合运用能力;毕业论文实习16周。新的专业实践课程体系强调与课堂教学的密切结合,突出对学生综合运用知识解决问题能力和创新能力的培养。
长期以来,生态学专业的实验教学,多是教师讲解演示,而且基本是验证性试验,综合性、设计性试验比较少,即使让学生动手试验,也只是比葫芦画瓢,缺乏主动性和探索性。为了强化学生的综合应用能力和创造能力的培养,我们按照2:2:1的比例,由低到高,把实验教学内容划分为基础性实验、综合设计实验和研究探索性实验三个层次,并实施递进式教学。目前,生态学专业含实验的课程共有26门,几乎都安排有综合性、设计性的实验。
基础性实验主要是一些验证性实验,如植物生物量的测定、土壤中营养元素的测定、植物叶片的生理结构、生态因子的测定等。在实验过程中,先由教师简单讲解实验目的、实验原理、操作步骤和注意事项,然后指导学生完成实验。学生通过亲身试验加深对基本理论的理解,掌握基本实验技能。[1]
为了全面培养学生对基本实验技术的综合运用,我们在综合性实验教学中,强调实验内容必须由主讲教师精心设置。教师根据专业发展趋势以及社会对该专业的人才需求方向,将教材各章节重要知识点有机结合起来,严谨设置实验题目,划分实验小组。学生通过这些综合性实验,如“有效光辐射与光合速率的关系”、“温湿度与土壤呼吸速率的关系”、“环境质量评价指标的筛选”等,融会贯通相关知识,掌握综合技能,培养合作精神和科学思维方法。
研究性实验则规定学生根据课程内容中感兴趣的问题,自主选择实验题目,建立实验小组, 提交实验方案,经小组内和师生间共同讨论通过后,独立完成整个实验过程。如在《工业生态学》课程研究实验中,学生自主选择的题目有“垂直绿化对室内温度的影响分析”、“用LCA分析长沙市垃圾处理的过程”等;在《生态学》课程中,自主选择的题目有“凋落物分解对土壤理化性质的影响”等。在《工业生态学》实验中,教师还让学生进行产品生态设计,根据自己的设计思路上台演示。有的教师从自己的科研项目和成果中选取内容和难度适当的题目,介绍给感兴趣的学生,让其独立实验,使其尽早了解学科发展前沿。这些实验改变了以往实验中学生受限于实验内容的被动局面, 调动了学生的积极主动性,有利于培养学生的创新思维和探究能力。[2]
在上述序循序渐进三层次实验教学中,我们始终突出学生的主体地位,重视学生探究、独立设计实验,坚持实验过程和实验结果并重,因材施教,实施师生合作研究的互动式教学。从而克服了传统实验教学中重演示、重实验结果、填鸭式单向指导的种种弊端,激发了学生的学习兴趣, 开拓了学生的思维。学生通过操作实验、分析实验和独立设计实验中的问题,培养了自己分析问题解决问题的实践能力以及自由探索的创新能力。同时,实验小组内成员的分工协作和积极探索,也培养了学生的团结协作精神和自我管理能力,适应了素质教育的要求。
一是调整各门课的实习教学大纲,如在专业基础课模块中增加生态学综合实习,在特色专业发展模块中增加生态规划、生态恢复与生态工程设计综合实习,增强实践性。二是把内容相关或课时一致的课程实习安排在一起同时进行,如把地理信息系统与景观生态学的生态敏感性分析,植物分类学、群落多样性调查与测量学,气象学、土壤资源学的土壤剖面、土壤采集与森林生态学,生态工程学与环境学等分别安排在一起,这样既不需增加实习费用,又能提高实习教学的师生比, 进而提高教学实习的效果。
专业综合实习主要是培养学生综合运用多科知识和技术解决问题的实践能力。但长期以来,由于经费、实习条件等限制,生态学专业综合实习大多是认知实习和验证性实习,技术性、综合性、设计性实习比较少。这样的实习不可能把各课程的知识、技术有机联系起来形成体系,所以无论是在理论知识上或是技能上都没能真正起到综合提升的作用,导致学生思维简单片面,动手能力和创新能力比较低。有鉴于此,我们在生态学专业综合实习改革中,尽量减少验证性实习,强化技术性、综合性、设计性实习。
首先,根据社会发展需求,不断增加技术性内容。如近年来生态规划、生态监测、环境监测和生物多样性调查发展迅速,我们相应增加了应用生态学、生态服务功能评价和生态规划与设计等技能训练内容,强化运用生态学理论解决规划设计中问题的技能训练。
其次,增加综合性实习内容。例如,我们带领学生到自然保护区林地进行森林生态服务功能评价综合实习。教师先把《植物分类学》、《气象学》、《测量学》、《森林生态学》、《土壤学》、《生态系统研究方法》等相关专业知识和技术综合起来,给学生形象讲解。然后让学生遵循这些知识和技术,探求其间的关联,对森林的气象因子、植被类型、树种结构、土壤剖面、计算生物多样性指标和测定土壤养分含量等进行调查研究,估算出不同植被类型的生态服务功能价值。通过这样的实习过程,就使学生对森林生态系统服务功能评估的相关知识和技术有了全面、系统的了解,培养学生运用多学科知识综合、全面认识、利用和改造生态系统,乃至解决复杂问题的能力。
第三,增加设计性内容。当今时代,社会需求日益强烈地推动生态学向定向、定量、控制、模拟和应用、调控与工程方向发展,尤其是生态立法、生态工程、生态设计发展迅速,迫切需要生态学专业人才具备综合专业知识进行创新设计的能力。所以,我们在综合实习中,把设计性实习作为重要环节。例如,在森林生态系统规划设计的实习中,教师只是把握方向,做一般性的指导,更多的是让学生自己融合《地理信息系统》、《景观生态学》、《森林生态学》、《生态规划》、《土壤资源学》、《城市生态学》、《环境学》等专业知识,结合当地的人文地理、地质气象、资源分布等,进行调查思考、归纳总结,做出符合实际又切实可行的创造性规划设计,培养独立性、创造性,适应社会发展的需要。
毕业论文实践是生态学专业本科教学的一个十分关键的环节,在这个过程中,学生要把大学四年所学的基本理论知识和基本技能应用到社会实践中去,检验大学生四年学习的成效,为毕业后走向社会就业或继续深造打下良好基础。改革毕业论文实践环节,主要是根据社会对创新型人才的需求以及当前本科毕业论文存在的问题,改革生态学专业本科生毕业论文模式。基本思路是:以科学选题为基础,建立师生双向选择与开放模式相结合的选题机制,增加学生实习实践的途径。为了使学生得到全面系统的训练,我们根据研究性实验设计过程的规律,采用“7+1”教学进程,形成基本实践能力与操作技能、生态应用能力,综合素质与创新能力有机结合的实践教学体系。
所谓“7+1”教学进程,即学生前7个学期主要进行校内理论学习和实习基地综合素质的基本训练,强化对课堂理论教学内容的理解,掌握生态学的基础理论和基本技术,培养和提高学生的综合素质。从第7个学期开始,组织指导教师开展毕业设计(论文)讨论,根据教学计划要求和自己研究课题的内容和方向,初步提出毕业论文(设计)候选题目,供学生选题,学生以此来选导师和确定毕业论文课题。之后,开始做毕业论文研究的前期准备工作,包括文献查阅、科研实验设计、实验方法、实验仪器操作技术、撰写论文综述等。这一阶段,指导教师重点加强学生在文献检索方法、实验数据整理、科技论文写作、SPSS统计软件运用、绘图制表等方面的能力训练,使学生对科研进程、科研设计有一定的了解。
从第8学期开始,选择毕业论文课题的学生直接以研究人员的身份,以顶岗方式与研究生一起参与指导老师科研课题的设计、调查、样品采样、样品处理、样品测定、数据分析与处理、数据检验,参与研究的全部环节。
毕业设计(论文)环节包括教师选题、督导组审题、编制指导教师信息册、师生双向选择、中期检查,到毕业设计(论文)由指导教师和督导老师共同审查、期末小组答辩、学院组织答辩、推荐优秀设计(论文)、后期调查分析等一系列过程。整个环节均采用严格的管理模式,并成立由专业教师组成的毕业设计(论文)督导组,实现毕业设计(论文)全过程、多方位的质量监控,使学生能够获得切实的科研训练和工作体验,达到进一步提高学生探索研究能力和综合应用能力的目的。
科研训练计划是以学生为主体,以教师为主导,通过科研立项、发明创造、科技竞赛、发表论文、研学作品、听科技学术报告并撰写文献综述等途径来实施。其一,学院设立相应的大学生创新基金,让学生依据自己的科研兴趣自主组团,自由选题,自主设计,申请立项,获批后按照计划组织实施并结题,实现创新训练个性化并计以相应的学分。其二,积极鼓励和组织学生参加“大学生科技创新”、“挑战杯”之类的大赛。如本专业学生主持的“城市生活垃圾多循环处理与资源化利用途径研究”题目,先后获得2013年湖南省和国家大学生研究型学习与创新性实验计划项目支持。其三,开展名师导学活动,要求每个有研究课题的教师积极吸收本科生参加项目研究活动,指导学生进行相关环节的研究, 培养学生的团队精神和综合素质。通过以上种种途径,使学生熟悉科研过程,训练科研思维,形成初步的科研能力,提高分析和解决生产实际问题的能力。
我们在生态学专业综合改革中,以培养高层次创新人才为宗旨,依托本专业拥有的国家一级生态学科的雄厚基础和国家野外科学观测研究站、国家林业局重点生态定位站、城市生态站、城市森林生态湖南省重点实验室等,立足高标准、高起点、高效益的建设原则,创新体制,健全制度,加大投入,提高层次,深挖校内实践教学资源,打造优质高效的实验平台,为培养学生的创新精神和综合运用能力提供一个多层次、多形式的工作和学习环境。
根据新的实践教学体系,着重在综合性实验条件、设计性实验条件和学生自主实验条件等方面进行实验室建设。
一是按照有利于学科、专业建设,有利于学生综合素质与创新能力的培养,有利于提高办学质量和效益的基本思路,将生态专业所依托的三个主干学科生物科学、生态学科、环境科学的相关实验室实行资源重组,探讨集约管理、实现资源共享的模式,建成与教学体系相匹配、与学科相结合的本科实验中心以及省部级重点实验室。
二是依托国家一级生态学科资源,将2008年国家发改委投资1500万批建的南方林业生态应用工程实验室打造为生态学实验教学示范中心,充分发挥其示范辐射作用,带动实践教学的发展。具体来说,有以下七个方面。
(1)建立生态学实验的基础实验平台。拥有数量充足的基本实验设备,如采样监测和分析仪器设备,如水土气取样仪、水质分析仪、温湿度计、pH测定仪、GPS、坡度仪、天平、烘箱、分光光度计、人工气候箱等,保障了基础实验的需求。
(2)建立教学研究相结合的大型或先进仪器实验平台。如蛋白质分析仪、叶绿素测定仪、LICOR-6400光合测定仪、PCR 仪、气相色谱、液相色谱、元素分析仪、TOC测定仪、粒度分析仪、LICOR-8100土壤CO2通量测定仪等,可以满足提高学生综合素质与创新能力的需求。
(3)开放生态学基础实验室、土壤生态实验室、植物生理生态实验室、微生物实验室,用于教学实验或研究性教学。增设专业方向性实验室,加强实验的针对性,提高仪器设备利用率。如计划投资100万元扩建生态学基础实验室,用于本科生开放性、研究性教学;扩建生态气象实验室,解决生态学基本测定仪器的实际操作技能;开放城市森林生态观测站,加强生态学基础研究训练等等。同时建立与健全教学实验室的开放机制, 教学实验室实现全天候开放,部分实验室实现时间、空间、实验项目等全方位开放, 提高实验室的利用率与效益。
(4)建立本科生与研究生交流机制。建立本科生与硕士、博士研究生交流平台,在实验室一起学习研究,不仅可以提高设备的使用率和经济效益,而且可以增加本科生与研究生之间的交流,提高本科生对科研工作的兴趣。
(5)建立配套的管理措施,包括编写大型和精密仪器的操作手册,制定并执行仪器的常规检修维护以及维修的工作程序等,保证仪器能够最好地发挥其功效,使实验教学工作能够顺利开展。
(6)逐步建立和完善实验教学和管理的网络平台,提高实验教学的质量。使实验指导、实验题目、实验所需数据、资料等都能通过网络进行,实验课件可以通过网络下载,以此增加资源共享。
(7)充分发挥实验室的设备优势,对社会开放,为部门企业人员培训,为其它高校相关专业实验提供设备、技术服务,增强对地方经济的科技带动力和专业影响力。
根据人才培养目标和学生技能训练要求,在综合实习、生产实习、毕业实习几个实践环节中,我们主要是立足区域和行业,以产学研结合为依托,通过制定详细的实习计划和实习大纲,增加实习经费,建立稳定的校内外实验实习基地等措施,为学生实践能力的提高创造良好的条件。
1.校内实习基本立足高标准、高起点、高效益的建设原则,将校内实习基地建成产学研结合的示范基地。一是启动专项资金,建立生态技术实训中心;二是在已有的现代化温室、校内植物园等实习基地上,使实习基地进一步向“工厂教室”功能转化,使学生做到“干中学,学中干”。这样不仅降低了实践教学成本,提高了实践教学效果与监控管理水平,而且具有长期稳定性。
2.按照“产学研结合”的原则和“资源共享、成才为本、平等互利”的运作机制,建设校外实习基地。如与林场、自然保护区、环保单位等开展合作,实现专业和相关单位之间的“双赢”。学生通过调查、实习、研究等获得知识和工作经验,相关单位则可借以解决生产科研中的难题,具体有以下四个途径。一是通过构建产学研实训实习平台,实现学生与科研院所、企事业员工的沟通交流,也使学生接触到科研院所、企业最新引进的仪器设备、技术工具、实验材料等,突破高校实习条件的局限。二是打破传统教学体制下较为封闭的校园式学习模式,提高学生在知识应用中接触科研院所在研项目和企业生产运营中所遇到的最新问题,提高发现、分析和创造性解决不确定性问题的能力。三是聘请校外科研院所、企事业工程技术人员和管理人员讲课,提高学生学习兴趣,缩短学生与生产之间的距离。四是以解决企事业单位生产过程中难题为目标,支持本科生开展研究性课程。五是鼓励和支持教师参与解决企事业单位生产活动中的科研项目,并积极吸收本科生参加课题研究活动。[3]
此外,我们还利用自然保护区、森林公园、生态示范园区等公共科技场所和主题教育基地,作为校外实习基地,开展实践教学。如在长沙市湘江风光带进行景观生态规划设计,结合湖南省湘潭锰矿重金属污染土壤的植被修复技术与示范课题,建立生态修复实习基地。
目前生态学专业已建成多个实践教学基地,如湖南省植物园、长沙金霞污水处理厂、黑麋峰自然保护区、岳麓山风景区、沿江风光、湖南会同杉木林生态系统国家重点生态研究站、衡阳岣嵝峰林场、南岳树木园、浏阳大围山林场等。我们还让学生直接参与了广东、广西、湖南等省的林业系统开展的森林生态服务功能调查与监测项目,按照各省林业厅的技术要求,对野外样方进行植被生物量、土壤类型及营养含量、凋落物现存量调查。今后,我们将以这些基地建设为契机,进一步加强与环保、城乡规划、国土管理、水资源管理、林业、科研机构和自然保护区等单位的密切合作,增设校外实习基地。目前已与行业生产部门签订产、学、研合作协议10多项,合作内容包括共同承担学生的实际技能训练,合作进行科学研究、联合攻关、科技成果的推广与转化,以及技术人员培训等。
3.在加强社会服务能力建设中,培养学生的研究能力和创新能力。
一是开展社会培训和科技服务。即立足湖南,定期或不定期地开展森林生态学实验仪器培训和专业技术培训会,为部门、企业、教学科研单位提供技术支持和技术培训。
二是加强对口交流与支援。目前已在开展生态服务功能评价与生物多样性保护等规划项目方面,实现了与长沙市政府、株洲市云龙开发区等的对口交流与支援。同时,我校生态学专业在人才培养模式、实践教学等方面形成了鲜明的特色。南方林业生态应用技术国家实验室在湖南生态类实验教学中起到引领和示范作用。今后要进一步与政府、企业、其它院校以及中西部地区加强联系,实现对口交流与支援,拓宽资源使用范围。
三是加强联合科研攻关。我校生态专业多年来坚持产学研结合的办学方针,承担了大量的生产和科研开发任务,通过让教师兼职技术顾问,向企业提供技术信息、咨询服务以及先进的计算、实验手段等,为企业解决生产中的技术难题,在一定程度上也缓解了实践教学经费投入的压力。在这一工程中,所有的本科生和研究生都参与其中,一方面增强了学生的实际工作能力,得到了大量用人单位的好评,另一方面也为地方的经济建设做出了应有的贡献,创造了较为显著的经济效益。今后,我们将继续保持亚热带区域本色,依托南方林业生态应用技术国家工程实验室等雄厚科研平台,对林业产业核心技术和林业生态工程技术等进行集中研究攻关,为促进我国南方林业产业发展、生态建设和国家重点工程的技术进步,加速产学研联合、科技成果转化和学科体系建设做出更大贡献。
考核方法关乎学生实验中所获得的知识和能力的科学性,也是强化与巩固实践教学效果的重要手段。以往的实验实践考核仍然存在着重理论、轻实践的倾向,如考核多是以实验操作和结果、实验报告和实验考试成绩为依据,考核形式基本是以小组为单位,不能真实反映实验教学效果,尤其是以组进行实验获取的实验报告很难反映每个学生的设计思路及其动手和实践能力。所以需要进一步优化考核办法,建立健全实验实践技能考核制度和标准, 实现实践教学质量的规范化管理。
改革后的实验考核采取多元标准,基础实验、技能实验、综合实验、研究实验、实验态度和观念态度五项,分别占总分的20%,并要求由学生书面设计一个以上的综合性、设计性实验,重点是考察学生的实验操作规范性、实验方案设计的创新性和可行性,以及团结合作的精神。
考核的形式,也改为小组考核和个人考核相结合,实验小组首先要对每个实验开展情况做出总结和汇报, 其次要求个人对自己所承担的工作做出小结,并对实验结果做出评价, 总结经验教训, 以此考核学生实验结果分析能力和实验心得体会概括能力。同时还要考核每位学生在实验过程中操作的规范性等,从而使考核贯穿于实验教学始终,促使学生重视每一环节的学习和实践, 真正有效地锻炼自己的动手能力、创新思维和协作精神。
对于实习的考核方法,主要是继续完善现场考核和撰写实习报告考核。现场考核,如在植物分类实习中,采集植物标本,当场考察学生对植物的识别能力。撰写实习报考,是在每门课程实习结束后,要求学生对测量、调查获得的数据等进行统计分析、归纳,制成图表, 提出问题和改革建议等,形成综合实习报告。
此外,我们在建设高素质的实验教学队伍,编写优质实践教材,构建优质课程群,打造实践教学精品课程体系,建设生态学网络教育平台和信息化、制度化的实践教学管理模式方面也取得了一系列的进展,这些都是我们提高实验实践教学质量的重要前提和基本路径。它们与上述因素有机结合,相互协调,形成一个立体化、开放性、富有特色的实践教学模式,较好地培养了学生的创新精神、研究能力和综合运用生态技术解决实际问题的能力。
[1] 董发勤,彭 煜,晏 斌,等.建构开放式实践教学体系强化学生实践和创新能力[J].中国大学教学,2011,(10):67-69.
[2] 章家恩,骆世明.生态学专业“五位一体”建设模式的实践探索[J].生态科学,2012,31(4):467-472.
[3] 徐 驰,刘茂松,杨雪姣,等. 生态学野外实习的多样化教学模式探讨[J].实验室研究与探索,2012,(5):158-161.
Reform and Practice about the Practical Teaching Pattern of the Ecology Course for Undergraduates
WANG Guang-jun, YANG Xiang-qin, XIANG Wen-hua, ZHU Fan, YAN Wen-de, LIANG Xiao-cui
(Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)
Practical teaching pattern is the inevitable choice about implementation personnel training of ecology undergraduate professional. The multi-level open practice teaching pattern of ecology undergraduates of Central South University of Forestry&Technology takes full advantage of regional and advantage of basic sciences and further optimizes the course structure, to improve the school characteristics, and to perfect the eff i ciency and create new platform for cycle of experiment practice, the teaching approach about connecting the theories with the experiment teaching of the series courses organically and accelerating each other is analyzed emphatically. The practice teaching pattern not only cultivate the students’ innovation and spirit research ability, but also rise comprehensive ability solve practical problems by ecological technology.
ecology professional; undergraduate education; practical teaching pattern
G642.0
A
1673-9272(2013)05-0206-05
2013-07-06
教育部“本科教学工程”第一批本科专业综合改革试点项目(教高司函[2013]56号ZG0373);湖南省教改项目“生态学实践课程改革和学生创新能力培养研究”。
王光军(1966-),男,河南信阳人,中南林业科技大学生命科学与技术学院教授,博士生导师,研究方向:生态学的教学与研究工作。
[本文编校:李浩慧]