校园鸟类拓展动物学实验课程教学资源的应用与探索

孙悦　钱长江　张运林　汪学俭　刘讯

摘要：  动物学课程是生物类专业的一门基础课程，也是生物科学专业开设的专业核心课程。其实验部分有助于强化学生的学习能力，增强学生理论联系实际的动手能力。贵州师范学院校园内鸟类种类丰富是重要的实验课程教学资源，结合校园鸟类种类和数量及多样性调查，利用鸟类学相关专业知识及3S技术、激光雷达、鸟类声学、生态学数理统计等新兴的研究方法，以学生为核心，实践为基础，进行动物学实验教学改革调查与实践。对动物学实验课程的改革方式进行研究与探索，最终达到培养科研兴趣，促进主动学习、构建创新思维、提高动手能力及专业技能的目的。

关键词：  动物学实验；  校园鸟类；  调查与实践；  应用与探索

中图分类号：   Q 958               文献标识码：   A                文章编号：１００1 － 9499（２０23）03 － 0060 － 05

Abstract Zoology is not only a basic course for biology majors， but also a core course for biology majors. The experiment part is helpful to strengthen students' learning ability and enhance their practical ability of combining theory with practice. The abundant bird species in the campus of Guizhou Normal University is an important teaching resource for experimental courses. Combined with the investigation of the species， quantity and diversity of campus birds， the investigation and practice of zoology experimental teaching reform are carried out by using the relevant professional knowledge of ornithology and the emerging research methods such as 3S technology， lidar， bird acoustics and ecological mathematical statistics， with students as the core and practice as the basis. This paper studies and explores the reform mode of zoology experiment course， and finally achieves the purpose of cultivating scientific research interest， promoting active learning， constructing innovative thinking， improving practical ability and professional skills.

Key words zoology experiment; campus birds; investigation and practice; application and exploration

動物学实验课程是与《动物学》理论课并列的一门课程，是野生动物与自然保护区管理专业、生物科学专业后续专业课程的重要基础。在鸟类动物学实验指导书中图示不够生动，与实物有较大差距，给学生课前预习和实验操作带来了一定难度。校园绿地作为城市生态系统的重要自然组成部分，是鸟类的重要生境和载体，因此利用校园绿地开展鸟类识别、调查及保护，既可以增强学生的学习兴趣和观察能力，又可以培养学生分析问题和解决问题的能力，对教学及城市鸟类的保护都具有极其重要的意义 。

鸟类通常被用作重要的环境指标，因为它们分布广泛，易于观察[ 3 ]，在城市地区，鸟类分类多样性显著且全球性地一致减少[ 4 ]。城市鸟类生物多样性的丧失受到了越来越多的关注，迄今为止，大多数研究主要在城市公园进行[ 5 ]。大学校园是城市生态系统的重要组成部分之一[ 6 ]。与其他城市栖息地相比，大学校园通常种植良好，环境友好，拥有许多城市鸟类。此外，大学校园都有清晰的边界，这为研究景观属性对鸟类物种丰富度的影响提供了一个很好的机会。大规模分析表明，海拔范围和气候是影响校园鸟类物种丰富度的主要因素[ 5 ]。然而，关于景观属性对校园鸟类物种丰富度影响的研究仍然缺乏，校园鸟类多样性的长期研究对促进生态环境保护、生态平衡、科学研究文化、人文精神、保护野生鸟类多样性以及合理的利用鸟类资源具有重要意义[ 7 ]。

校园常见鸟类在动物学实验课程是校园常见鸟类种类和数量调查课程当中是重要的教学资源。如何充分利用已有的条件，依托贵州师范学院的生物资源，结合区域特点进行教学改革，是动物学实验教学质量提升的重要任务。贵州师范学院作为“应用型、师范性、开放性”本科高校，如何通过专业核心课程教育凸显应用型人才的培养的特点，改变传统的动物学实验教学内容、方法与考核体系，培养出更符合国家及地方需求的创新、应用型人才，是当前亟需开展的教学研究问题[ 8 ]。

1 研究地点

贵州师范学院位于贵州省中部，位于贵阳市东北部的乌当国家高新科技工业园区，106°47′27"～

106°47′45"E，26°38′37"～26°38′52"N。贵州师范学院具有明显的高原气候的特点，属北亚热带湿润性季风气候，年平均温度 13～20℃，冬季无严寒，夏季无酷暑，全年阳光充裕，气候宜人宜物，年降水量丰富。全区气候属于北亚热带湿润气候[ 9 ]。土壤以石灰土为主，具有明显的喀斯特地貌特征，校园占地面积 1 169.00 亩。

校园植被种类繁多，主要是山林、绿化区和行道树，如香樟、马尾松、常春藤、竹、木兰、鬼针草、迎春、荚蒾，铁线莲、金丝桃、女贞、冬青、蔷薇、构树、千里光等等，从东北至西南依次为马尾松林群落、珊瑚冬青灌丛群落、女贞次生林群落、圆果化香次生林群落和柿树林群落[ 9 ]。校园后山自然植被区以灌丛和次生林为主，由于该区域坡度较大，自然植被丰富且受人为干扰较小，包括非落叶树木、灌木、灌木、草本植物、竹林和观赏植物[ 9 ]。校园内原生植被保存的比较完整，根据食物的可用性和觅食的适宜条件，可以看到不同的鸟群占据校园的不同位置。

2 优化实验内容，科学安排实验课程

2. 1 校园常见鸟类调查

在贵州师范学院校园内使用线样带方法[ 10 ]根据校园道路及人群分布和功能划分对校园进行鸟类调查，建立涵盖各种栖息地类型的调查样带。根据校园大小，样带长度从1～2 km不等。最佳调查时间为上午07：00～10：00，下午16：00～19：00，无雨、无雪或强风天气。在调查过程中，观察人员以3 km/h的速度沿着横断面行走。在每个样条50 m范围内，通过听觉、肉眼或使用10 cm×40 cm双目望远镜观察鸟类。调查期间，分别记录每个样带的鸟类种类及其数量，及时将观察到的鸟类的形态、羽色、鸣叫、行为等进行拍照和记录。

（1）掌握动物调查方法样線法以及野外观鸟工具的使用方法。

（2）准备好录音机摄像机等设备，在校园内根据鸟群叫声、根据飞翔路线等随时随机选择样线观察并记录下鸟类行为数据。

（3）记录主要包括校园鸟群种类的组成、鸟类外部形态特征。了解野外鸟类识别要点，包括形状与体长、头部、嘴、翼（翅）、尾、足、斑纹与羽色、鸣叫和歌唱、停息姿态、飞行、行为与习性、地点、季节、时间等。类别参考《中国鸟类图鉴》[ 11 ]和《中国鸟类野外手册》[ 12 ]进行鉴定。

（4）按照鸟类外部形态特征编写校园鸟类分类检索表。

观察到的鸟类结合实验指导书等查阅相关资料及教师的理论讲解，让学生分析、归纳、总结鸟类适应飞翔生活的结构特点。在实践过程中与教师交流讨论，增强了学生和教师之间的交流互通，活跃学习氛围，丰富课堂内容。

2. 2 鸟类种群调查

2. 2. 1 鸟类的数量等级

通过计算不同鸟类种群个体数量占鸟类统计总数的百分比（P）来确定优势种。野外鸟类数量主要统计方法根据各生境实际观察到的鸟类数量，以一种鸟类的统计数量占所有被统计鸟类总个体数的百分比计算其相对多度，相对多度划分鸟类数量等级划分：＜0.05% 为稀有种，0.5%～5% 为常见种，≥5% 的划分为优势种[ 13 ]。

2. 2. 2 鸟类优势度等级

通过校园中实践调查，对所观察到的鸟类优势度[ 14 ]进行分类，共分为四个等级。

（1）优势种：在各个观察时间段内根据设置的样线均能够观察到的；（2）常见种：在各个时间段内根据设置的部分样线在部分样线实践观察都能够观察到的；（3）少见种：在部分时间段内根据设置的样线在部分样线实践观察能够观察到的；（4）偶见种：在少数时间段内根据设置的样线少数样线能够观察到的，偶尔遇见的。

2. 2. 3 鸟类居留型表示

同时在贵州师范学院校园内统计分析研究地区鸟类居留型[ 15 ]留鸟、旅鸟、夏候鸟和冬候鸟所占的比例以及鸟类的分布型。

（1）留鸟，R（Resident）：一年四季住在一个地区，不随着季节移动；

（2）夏候鸟，S（Summer visitor）：春夏季在某个地区进行繁殖，在秋季来临时飞往温暖的地区去度过冬天，并在第二年春天到来时返回原来地区生活繁殖的鸟；

（3）冬候鸟，W（Winter visitor）：冬季在南部较暖和的地区度过寒冬，第二年春季到来时飞到北方进行繁殖，繁殖的小鸟长大时在深秋，又飞到原地区度过冬季，对于该地区来说，这种类型的鸟被称为冬候鸟；

（4）旅鸟，P（Passage migrant）：鸟群在迁徙过程中途经某一地区，但是却不会在途径该地区的时候进行繁殖或者在此度过冬天，这些种类的鸟对于该地区来说即为旅鸟。

2. 2. 4 鸟类物种多样性和均匀度

不同生境中鸟类的物种多样性分析采用 Shannon-Wiener 多样性指数（H′ ）、Pielou 均匀度指数（J）计算校园鸟类群落多样性和均匀度[ 16 ， 17 ]。Shannon-Wiener 多样性指数（H′）体现着生境内物种的多样性，H′值越大，说明物种的多样性越丰富。Pielou 均匀度指数（J）反映了物种分布的均匀程度，J值越大，群落中物种间的差异越小。增加动物学实验课程教学设计部分，将随机在贵州师范学院校园内抽样布设生境样地和几处水鸟观察点，以Shannon-

Wiener多样性指数（H′）分析每种生境中的鸟类物种多样性，利用Pielou均匀度指数（J）分析同一生境下物种间的差异性。

2. 2. 5 鸟类多样性与景观格局

通过校园中实践调查，利用3S技术，将校园景观类型分成建筑用地、人工湿地、河流水域、 林地等。采用景观丰度、边缘密度、景观形状指数、景观破碎化指数、景观多样性指数分析校园及周边绿地的景观多样性。确定各景观类型的斑块面积、斑块数量、斑块平均面积、斑块占景观面积比例、最大斑块面积。采用广义线性模型（GLMs， Generalized Linear Models）进行在各景观类型下鸟类多样性与景观斑块特征的关联分析，采用欧式距离进行聚类分析划分调查记录鸟类的功能类群，同时确定主要的取食资源组，采用非度量多维度（NMDS， Non-  metric multidimensional Scaling）分析和层次聚类（HC， Hierarchical Clustering）分析鸟类取食资源组与景观斑块之间的关系[ 18 ]。该方法既能分析校园鸟类生物多样性在不同时间尺度下的变化趋势又初步培养了本科生的科研兴趣。

2. 2. 6 介绍及演示陆地和无人机激光雷达新兴技术在鸟类生态学领域的应用

鸟类对栖息地结构很敏感，故成为城市生态系统的优秀指示物种，许多研究将栖息地结构与鸟类物种丰富度和多样性联系起来[ 19 ]。光探测与测距（LiDAR）是一种能够直接获取三维结构信息的主动遥感技术[ 20 ]。因为鸟类自身需求的三维栖息地特征，故可与激光雷达数据直接产生关联。植被结构是决定鸟类多样性和物种分布的关键因素，分别从鸟类生境选择与三维植被结构的关系、 栖息地立体生境制图、物种分布模型预测等三个方面介绍LiDAR在鸟类生态学研究中的应用。

2. 2. 7 鸟类声学的应用及研究

鸣声是鸟类之间进行沟通和传遞信息的重要方式，这为通过声学监测评估鸟类多样性提供了独特的机会[ 21 ]。利用声学指数快速评估生物多样性是一种新兴的调查方法，在实验课堂中进行鸟类传统观测和同步鸣声采集，通过比较两种方法的结果来探究声学监测的有效性，并提出相应的科学问题：（1）通过回放现场录音识别鸣声能否获得和直接观测相似的鸟类调查结果，两种方法的优缺点是怎样的。（2）不同月份间声学指数（声熵指数、声学复杂度指数、声学多样性指数、声学均匀度指数、生物声学指数、标准化声景差异指数）与鸟类丰富度和多度的相关性是怎样的。（3）在人为干扰较强的校园中，声学指数能否有效地评估鸟类丰富度和多度。

2. 3 编写贵州师范学院校园鸟类名录

对贵州师范学院校园鸟群种类进行调查，记录鸟类物种名及分类、地理区系结构分布。鸟类分类系统依据《中国鸟类分类与分布名录（第三版）》[ 2 ]进行分类。记录鸟类优势度等级[ 14 ]、居留类型[ 15 ]、保护等级、生境类型。鸟类居留型参考《中国动物地理》[ 23 ]，红色名录等级根据《中国脊椎动物红色名录》[ 24 ]确定。最终数据计算及图表生成运用 Office Excel进行处理。

校园鸟类名录的编写使学生在校园调查中做出学习笔记，对于动物分类的类群，通过学生自学、互助、总结、讨论、交流等方法，对课程内容了解更加细致、全面、具体，能掌握系统扎实的生物学基本理论和专业技能。也可以利用校园的条件把部分教学内容放到室外进行现场教学，增加课程内容的互动，丰富课堂形式，提高学生的学习积极性。这项工作既能给生物专业学生实习提供参考资料，又在一定程度上宣传了校园文化，对校园生态文明建设有着重要意义。在原有实验的基础上，增加了综合性实验和设计性实验在整个教学体系中的比重。可以利用校园的优越条件，让学生全程参与利用已经学过的分类知识。在校园内进行相关调查，逐步提高实验的动手能力，独立自主开展实验的能力，增加分工合作能力，提高团队创新协作意识。动物学实验校园常见鸟类调查、研究整合前后的理解和掌握见图1。

3 利用校园鸟类进行动物学教学及科研

高校的实验教学是培养学生学习能力、实践能力、创新创业能力的重要手段，尤其是专业实验室的建设[ 25 - 26 ]。同时，这对评估校园的生态环境、丰富教师和学生以及周围社区的休闲以及开展科学教育具有一定的重要性[ 27 ]。贵州师范学院校园鸟类种群记录到的鸽形目（Columbiformes）、雀形目（Passeriformes）鸟类种类丰富。如鸦科（Corvidae）、燕科（Hirundinidae）、山椒鸟科（Campephagidae）、莺科（Sylviidae）、鹎科（Pycnonotidae）、鹡鸰科（Motacillidae）等科。贵州师范学院校园鸟类优势种有白颊噪鹛（Garrulax sannio）、麻雀（Passer montanus）、白鹡鸰（Motacilla alba）、黄臀鹎（Pycnonotus xanthorrhous）、红嘴蓝鹊（Urocissa erythroryncha）等。通过采用样线法和样点法，结合3S技术、激光雷达技术、声学声景研究、生态数据统计分析方法对贵州师范学院校园鸟群的种类、校园优势度、居留的类型以及分布地区等进行调查分析，对校园植被覆盖与鸟类多样性关系、随季节更替鸟群种类的动态变化、校园或地区鸟类调查进行对比、鸟类与生态环境的动态关系、人为侵扰因素对鸟群种类的影响及鸟类对干扰环境的适应性等科学问题的研究具有指导意义。为贵州师范学院校园生态校园建设和鸟类保护，以及开展生态文明教育提供参考和建议。

4 结 语

通过校园鸟类相关专业知识在动物学实验课程教学资源中发挥的重要作用，可提高师生保护野生鸟类资源的意识，促进学生专业知识的学习，掌握前沿科学，更好的在实践教学中培养学生，为师生树立科学的动物保护理念提供理论基础。

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