基于多种教学方式的“生态学”课程教学改革探索——以深圳大学为例

付贵萍 武金发 林绮晴

(深圳大学生命与海洋科学学院，深圳 518071)

目前全球面临资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，世界各国越来越普遍地运用生态学理论与方法来解决人口、资源、环境和发展等问题，因此生态学专业研究越来越受重视。我国同样迫切需要受过高等教育的生态学专业人才，党的十八大强调：“必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位。”[1]然而，高校扩招与传统的教学模式之间的矛盾导致高校毕业生无法满足新时代下生态发展变化的需求[2]。因此，改革生态专业人才培养模式，培养实践型、创新型人才是教学改革的核心目标。

越来越多的高校及教师在不断探索课程教学新方式。哈佛大学作为世界顶尖高校之一，在人才培养、科学研究和社会发展等方面对世界各国高校的发展建设产生了深远的影响。对类似“生态学”这种跨学科、理论与实践相结合的专业学科，哈佛大学强调应重视基础研究、教育与实践相结合，教师在教学中紧密结合实践，整合不同学科资源，培养了大批一流的专业人才[3]。为适应我国社会发展的需要，我国部分高校正在探索教育教学新模式。广东工业大学探索创新出“雨课堂+微视频+网络作业+大班授课、小班辅导”的教学新模式，极大地提高了学生自主学习的积极性[4]。刘璠[5]提出高校课堂教学可通过参与式教学方法，让学生成为教学主体并参与到教学中去，充分发挥学生的主动性，使学生深入思考问题，拓宽专业知识，提升自身素质。马明等[6]认为高校教学应理论与实践相结合，课堂学习与科研相结合，培养学生的创新与实践能力。孙丹丹等[7]提出在翻转课堂教学中通过微实验来引导学生独立思考，提高学生自主学习与实践创新能力。

深圳大学作为我国改革开放窗口的重点高校，热切响应国家号召，不断更新教学理念和方法，致力于培养更多的创新型人才。“生态学”课程是深圳大学生命与海洋科学学院的一门专业基础课程，通过这门课程的学习，学生可以掌握生态学基础理论与应用，获取生态学研究最新进展。该课程对培养学生兴趣，启发学生独立思考，增强学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的综合素质等具有重要的作用。笔者通过对多种教学方式的探索，培养和训练学生的科学思维能力及科研实践能力，以期为当前生态环境保护事业培养应用型、创新型人才。

一、“生态学”课程教学现状

(一)课程内容宽泛、学习难度大

“生态学”课程作为生态、环境等专业学生学习的基础课程之一，具有微观与宏观相结合、生命与环境相联系的特点，导致其内容覆盖面广，但学校的课程设置与教学内容宽泛，导致学生在课堂中只能了解较为浅显的基础定义，无法进一步探究更深度的专业知识。而现实中生态环境变化迅速，“生态学”课程的知识体系又相对陈旧，无法合理阐释当今诸多的生态环境问题，更无法培养学生综合性和创新性思维能力。

(二)教学方法陈旧

教师受传统教学观念的束缚，讲授生态学知识往往采取填鸭式教学方式，导致学生缺乏学习专业知识的兴趣，很难系统地掌握生态学知识。更为突出的问题是，由于传统“生态学”课堂教学忽略了生态实践在该课程中的重要作用，导致学生对专业知识局限于死记硬背，不能利用理论知识解决实际问题，无法培养学生的独立思考与实践动手能力。因此，提高学生学习专业知识的积极性与主动性，培养学生思考问题与解决实际问题的能力，是“生态学”课程改革的重中之重。

二、“生态学”课程教学改革探索

(一)科学设置课程教学内容

由于“生态学”课程内容广泛且零散，高校教师为了取得更好的教学效果，要清晰明确、富有条理地设置课程内容，便于学生掌握生态学的基础知识，为后续能力的提升奠定基础。课堂学习的基础内容应以生态学结构层次为标准，从5大部分内容来讲解，即生物与环境、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学和应用生态学，每一部分又有具体的内容支撑，从而形成金字塔结构的教学体系(见图1)。金字塔结构图有助于学生形成结构化思维，构建系统性的生态学知识体系。为保证学习效果，课程内容要基于任务驱动的模式，通过限时完成规定的测试、问答等任务，给学生以学习压力，定期完成一定量知识点的学习任务。

图1 “生态学”课程教学内容体系

(二)采用多种教学方式，培养学生创新思维

针对“生态学”跨学科、理论与应用结合紧密的学科特点，教师应依据创新应用型人才培养目标及理论与实践相结合的原则，运用多种教学形式开展教学。

1.精确结合教学案例开展启发式教学，引导学生主动思考

案例教学是一种以教学案例为基础，以学生在课堂内外对真实事件和情境的分析、思辨为重点，以提升学生应用理论创新性分析和解决实际问题的能力为目标的教学方法[8]。案例教学可应用于生态学基础知识点的进阶学习，能有效启发和引导学生自主学习，培养学生的自主思考能力。生态学理论不难理解，但难在应用。为保证学习效果，要求学生能举一反三，鼓励针对多个实际案例进行分析，让学生对知识点能融会贯通，灵活应用。

案例教学在“生态学”课程教学中，要想启发学生主动思考，其要点在于案例的选择应注重与当地生态环境紧密联系，案例须与时俱进，切忌照搬、套用陈旧或教材现成的案例。例如生态学教材中用来说明生物群落演替的经典案例是Olson研究的美国密执安湖的沙丘案例[9]，该案例年代久远，且美洲环境与我国环境差异较大，学生没有直观感受，难以产生共鸣。为此，笔者在课程教学中选择了深圳当地的水环境演替作为案例，引导学生考察深圳近20年来水环境由黑臭水体到洁净水体的变化过程，再启发学生预测水体后续的演替方向，从而帮助学生理解控制演替趋势的3种生态学理论模型。又如生态学教材中将云南地区的紫茎泽兰入侵危害作为“生态入侵”的案例[10]，但华南地区紫茎泽兰的入侵现象并不显著，因而笔者结合当地生态状况，灵活地将深圳地区危害最严重的薇甘菊作为案例，同时引导学生发现本地区还有哪些其他入侵物种，并思考不同地区入侵物种出现的机制，从而启发学生对生物与环境的关系有更深入的认识。

“生态学”课程中灵活应用案例进行教学可以使学生对生态学理论知识的认知更加深刻，使学生在日常生活中不由自主地对周围的生物与环境产生好奇与疑问，本能地回忆与思考生态环境与生物群体之间的内在关系，从而养成运用生态学知识的思维习惯。与传统的教学方式相比，案例教学更加生动形象，同时结合当地生态环境开展的案例教学更具有启发性、适用性和实践性，能提高学生对生态环境的认知度，引导学生主动思考，提升对生态学知识的理解与掌握。

2.创新利用翻转课堂教学，实现学生自主学习

近年来，起源于美国的“翻转课堂”成为当今中国教育改革中重要的实践方式之一，我国高校对翻转课堂的改革研究与课程实践逐年增长[11]。翻转课堂指学生在课外及其他时间利用网络视频、图书文献等教学资源自主学习，教师在课堂中与学生交流互动并进行疑难解答，有助于学生深度学习，实现学生在学习中的中心地位[12]。尽管我国教育环境正处在变革的深水阶段，但是当今高等学校教师和学生的思想仍被传统教学方式严重束缚，学生严重依赖教师进行知识灌输，缺乏自主学习的动力，导致翻转课堂教学的全面实施存在一定难度，然而高校仍然可以在创新应用翻转课堂教学方面开展一些探索和尝试。

结合“生态学”教学，教师在精确、高效、清晰地讲解完生态学基础理论之后，提出调研课题，让学生自行分组并选择主题，针对主题内容查阅资料，提出新颖、独到的观点，供师生共同学习和讨论，营造问答、交流、碰撞的学习氛围。这种教学方式以问题为导向，激发学生内在学习动力，使学生对知识的获取由被动变为主动，极大地调动学生学习的积极性[13]，达到深度学习的目的。

翻转课堂所列的课题应具有一定的综合性、复杂性和难度，可列出当前生态领域尚未解决的问题，如转基因生物与生态安全、温室气体与全球气候变暖、环境与人类可持续发展等，鼓励学生采取批判性思维方式去收集和处理资料。课题还应鼓励学生组队进行，互帮互助，避免出现一些基础理论掌握不足的学生难以完成任务的状况。通过学生合作和小组讨论，促进学生自主探究式学习，还有助于培养学生的团队协作能力。

3.开展“生态学创新实验短课”教学，指导学生从事科学研究

经典的“生态学”学科侧重于对研究对象的描述，多采用直观描述、调查分析、数理统计、单项实验等较为传统的研究方法，长期以来“生态学”被误认为是一门描述性的、近似于思维方法论和社会科学的学科。特别是近十几年来，随着生态学向经济学和人文科学的渗透，大众对生态学有偏离自然科学，更靠近社会科学的错觉。

然而生态学来源于生物学，其研究对象是生物与环境之间的相互关系，它始终围绕着生物与环境之间的物质循环、能量流动、信息传递开展研究，就必然要与生物学、环境学、生物化学实验等相结合，需要通过实地观测与调查研究获取实验数据，认识和回答自然界各种生态学过程及其内在机理问题。因此强化实践教学，开展科学实验研究，更有助于提升“生态学”课程的教学效果。

但是与生物化学、生物学这些学科不同的是，生态实验大多耗时较长，不能在实验室短短的几个小时内就完成实验操作并得出结果，而是需要离开教室、实验室到自然界去探寻、发现。“生态学创新实验短课”就是对课堂教学的补充和延伸，学生在“生态学创新实验短课”中可前往当地的生态保护区以及较为典型的生境区域进行现场勘察，并开展科学实验。

深圳市福田国家级红树林自然保护区是深圳大学“生态学创新实验短课”的优良实践基地。红树林是热带或亚热带海湾、河口泥滩上特有的常绿灌木和小乔木群落，是陆地向海洋过渡的特殊生态系统，在深圳地区有大面积的天然分布。福田红树林保护区内存在多种陆生、水生动植物种类，沼泽、池塘和潮间带等多种生境为“生态学”教学提供了大量研究对象及实验场地。在“生态学创新实验短课”中，教师可组织学生到红树林湿地进行科考，教师提出底栖生物栖息地构建、水鸟复育方案、原生鱼复育措施等研究方向；学生自主设计研究方案，结合红树林湿地的物种组成、生态环境等进行生态调查、采样分析、生物复育等科研工作，自主撰写研究论文。

“生态学创新实验短课”的实施过程中，教师一方面要支持和鼓励学生自由探索和培育创新意识，同时也要指导学生输出研究成果，督促学生完成科学论文的撰写。通过研究论文系统性的结构搭建、严密的数据和逻辑论证，训练学生研究能力，使学有余力的同学突破学习瓶颈，由重复练习的学习者转变为探索发现的研究者，培养学生成为能够适应高速变化的社会环境、善于解决复杂多变的生态环境问题的创新型人才。此外，针对部分表达能力弱，在案例教学、翻转课堂教学中没有充分展示自我的学生，“生态学创新实验短课”提供了更多样化的平台，给予性格内向的学生施展才华与公平竞争的机会，实现了“生态学”课程教学的因材施教，有利于促进学生的个性化发展。

(三)运用各种信息科技手段，实现教学手段多元化

21世纪信息技术迅速发展，网络已成为现代人生活与发展的必需品，互联网已经潜移默化地渗透、影响、改变着人类生活。学生通过网络进行学习，获取知识，已成为当今高校学生学习的必备手段之一[14]。然而部分高校学生并没有正确利用网络获取知识，反而沉溺于网络游戏与影视作品中，厌倦、抵触课堂教学，给高校课堂教育带来极大阻碍。为了正确引导学生学习，切忌禁止学生与网络进行接触，而需对学生进行引导与教育。通过“互联网+”与生态学课程相结合，升级传统生态学教学模式，提高教学质量，实现学生多元化自主学习[15]。

1.开设生态学网上精品课程

MOOC(即Massive Open Online Courses)的发展给课程教学带来了很大影响，是课程教学信息化和网络化发展的重要形式之一[16]。相对于传统的大学课堂授课，MOOC课程的上课时间更为灵活、方便，学生可以根据个人的掌握程度，对薄弱的知识点可以进行重复学习，不断巩固。在全球疫情的特殊时期，MOOC课程成为学生学习的重要方式，生态学MOOC课程不仅让本校、本专业学生学习到生态学领域名师开设的精品课程，而且课程受众还面向更加广泛的其他高校学生，能够使“生态学”这门课程成为通识课程广为传播，更加有效地普及了生态学知识，提升了全社会的生态文明意识。

2.充分发挥微信公众号作用

通过微信公众号发布文章与视频等信息，可以让人更快捷地获得信息与知识。此外公众号还具有功能定位明确、发布文章特色鲜明等优点[17]，目前被越来越多的高校及学术期刊所利用，关注度逐年上升，发展前景良好[18]。微信公众号具有时效性、动态性特点，顺应了学生关注网络信息的趋势，拓宽了学生学习、交流的途径，全方位地营造了学习氛围。学生可以通过“生态学”课程公众号发布自己撰写的生态学短文，分享“生态学”课程学习心得，教师可将其作为课程平时成绩给予加分奖励。更为重要的是，通过朋友圈、群消息等途径转发、推送学生的生态短文，可以扩大宣传，让社会各界及用人单位了解学生的专业学习情况，增加学生今后的就业机会。此外，短文的发布与推送还有助于家长及时了解学生在校学习情况，搭建家庭与学校的沟通桥梁，营造家庭与学校共同培养学生的氛围。

3.将VR技术引入课堂教学

近年来，虚拟现实技术(VR技术)逐渐进入人们生活，并潜移默化地影响着社会的发展与人类的进步。VR技术通过计算机模拟现实环境，创造虚拟的三维立体环境，并使人们从虚拟的环境中获得视觉、触觉等信息，实现了高度仿真、信息交融的人机交互技术[19]。“生态学”课程专业知识与复杂的生态环境紧密相关，特别是一些特殊生态系统如深海区、热液口区和极地海区等难以在课堂上形象、深入地呈现与讲解，这时，VR技术就成为“生态学”创新型课程教学的最佳辅助手段。

为了让VR技术更好地应用于生态学课堂教学，深圳大学根据现实生态环境，在VR系统中设置了深海海洋模块、滨海环境模块、红树林湿地模块等模拟环境，学生可以在教室里体验现实中的生态环境。例如使用VR技术选择深海海洋模块，学生可以清楚地观察到逼真的深海生物、地形构造等，每个生物、环境要素在VR系统中均有详细的介绍说明，同时设置有选择、判断题目来检验学生对相关知识的掌握情况。VR技术不但突破了生态课程教学的时空限制，还极大地激发了学生学习的兴趣，实现了情景化教学。

(四)改革课程考核模式，培养学生应用能力

设定学习目标、制定考核规则、及时反馈检查是学生高效学习的保障，也是检验教学效果的重要环节。考核评价体系不仅要考查学生掌握基础理论知识的情况，更要考查学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，强调学生的创造力、实践力。新型的考核评价体系，采用过程化与个性化相结合、形成性评价与结果性评价相结合的综合考核评价体系(见表1)，及时检查和反馈，帮助学生解决问题，获得进步。

表1 “生态学”课程综合考核评价体系

综合考核评价体系中，学生最终成绩=平时表现×80%+期末考试成绩×20%。平时表现(满分为100分)主要包括课堂表现(20分)、课题展示(20分)、科研实践(20分)、文献报告(30分)、综合表现(10分)或其他加分项组成，以上5项考核内容根据相应的评判依据，分别设置了不同的赋分标准：7～10分、4～6分、0～3分。期末考试(满分为100分)可采取闭卷、开卷或综合报告形式，以考核学生对生态学课程整体的掌握与应用程度。该评价体系需在开课时向学生说明，让学生明确学习目标，教师在教学过程中及时反馈学习成效，激励学生不断查漏补缺。

三、“生态学”课程教学改革成效

(一)激发了学生的学习积极性和主动性

在“生态学”课程新型教学方式的实践过程中，教师通过案例教学法，以当地实际案例为引导，启发学生从多种思维角度思考问题。翻转课堂让学生在分析生态现象与问题时主动查找数据与资料以佐证自己的观点与主张，充分发挥了主观能动性，将专业知识的被动吸收转化为了主动探寻，学生对生态学问题的认识与分析能力有了明显提高。科技手段的使用激发了学生们的好奇心与积极性，有效地拓宽了师生间的交流途径，学生对生态学课程评价高，课堂气氛活跃。其中，VR技术在生态课堂教学中的应用最受学生欢迎，它在“生态学”课程中的应用极大提高了课程的知名度，选修“生态学”课程的人数显著增加。VR技术在帮助学生认识生态环境，了解生物信息等方面发挥了重要作用，是“生态学”教学改革的重要成果之一。

“生态学”课程教学改革通过更科学的考核方式检验学生对知识的掌握程度，学生不再将希望寄托于期末突击复习，课后作业、研究报告的水平有了质的飞跃，考试成绩显著提高。“生态学”课程的不及格率由2018—2019学年第一学期的67.35%降低到第二学期的12.5%，高于60分的各成绩段人数比例均有较大增加。

(二)培养了学生解决问题的能力

“生态学创新实验短课”的开展锻炼了学生的实践能力，培养了创新意识。学生在实验中不仅获得了科学研究专业技能，而且激发了其对科研工作的兴趣。据统计，深圳大学生命与海洋科学学院几乎全部的学生在毕业设计之前就进入实验室参与科研实验。一些表现优秀的本科学生不仅能够独立开展科研实验，还发表了大量高水平研究论文，近5年本科学生发表高质量论文60余篇，其中包括19篇SCI论文。与此同时，学生中选择攻读硕士研究生，继续从事生态学研究的人数比例越来越高，2019年深圳大学生命与海洋科学学院本科学生选择攻读本校“生态学”硕士学位人数与2018年相比提高了6倍，深圳大学生态学专业研究生的生源质量有了明显提升。