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探讨科研能力培养下动物学教学改革及措施
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摘要：如何培养具有较强科研能力的创新型人才,并使之更好地从事动物多样性保护,是在生态文明建设背景下,高校动物学教师亟待思考的问题。动物学是生态学、生物科学和环境科学等相关专业的基础课。通过对当前动物学理论、实验和实习教学的现状和问题的分析,结合长期的教学经验,根据动物学学科特点,探索动物学理论、实验和实习教学中教学体系、内容、方法和考核等方面的改革。提高了教学效果,并在一定程度上激发学生的学习兴趣,培养学生的科研能力。
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动物学是研究动物形态、结构、功能、分类和演化的古老学科,也是生物科学、生态学和环境科学等相关专业的基础核心课程[1-2]。动物学与其他基础课程相比,具有两个鲜明的特点。第一,动物学的研究对象为器官系统的组成、结构、功能以及动物本身的演化和适应等,属于描述性学科,名词量和时空尺度较大。第二,动物学实践性很强,有实验课和实习课,通过鲜活的实验材料和野外实习,不仅提高了学生的动手能力,也培养了学生的人文精神[2]。
2017年,中国共产党将建设社会主义生态文明写入党章,标志着党和人民建设资源节约型和环境友好型社会的决心。在此新形势下,动物学教学如何适应国家和人民的需求,培养具有较强科研能力的人才投身到物种
的保护中,已成为高校动物学教师迫切需要思考的问题。为了让学生认识到动物学的重要性,提高学习兴趣,掌握专业技能,本文将对当前动物学教学现状进行分析,结合8年的教学经验,从动物学理论课程、实验教学和野外实习3方面进行改革探索。
1、动物学教学存在的问题
1.1 课程设置的问题
10年以前,师范类院校的动物学教学内容通常包括理论、实验和实习,而综合类院校通常包括理论和实验。现今,很多高校对动物学课程设置进行改革,例如东北师范大学将实验和实习单独设课,体现了国家和学校对实践教学的重视,也反映了学校尝试提高学生科研能力的决心。独立设课前,学生的成绩主要由理论和实验,或理论和实习共同组成,各占一定比例。独立设课后,每个课程的考核有自己的侧重和方式,激发了学生学习的主观能动性,提升了教学效果。
1.2 教学内容与课时缩减之间的矛盾
动物门类众多,内容庞杂,需要记忆的知识点较多,这种纯理论教学显得比较枯燥,容易使学生厌学[3]。近年来,在拓宽专业口径和新兴学科的发展下,基础课课时被大幅压缩。以东北师范大学环境学院为例,环境科学和生态学专业的动物学课时由原来的80学时分别压缩到45和27学时。鉴于此,内容繁多和学时缩减产生了矛盾。如何在40个学时之内,让学生系统地把握动物学知识,是高校每个动物学教师需要思考的问题。
1.3 教学方式与手段
近年来,虽然高校教学改革力度逐渐增大,但动物学的教学方式,尤其是理论课的教学方式依然以填鸭式教学模式为主。这使学生处于被动状态,缺乏独立思考[3]。很多高校主要通过幻灯片等直观的手段授课,但部分高校教师依然以板书和绘图(或挂图)为主。这些传统的教学手段让学生感觉课程内容过于枯燥或抽象,从而导致学生学习的积极性不高。
1.4 实验教学存在的问题
首先,动物学实验单独设课,增加了教师的工作量。但动物学相关专业毕业的研究生相对较少,导致师资力量缺乏。其次,由于新兴学科的不断出现,动物学实验不仅课时大幅减少,学校投入的经费也逐渐减少[4]。第三,动物学实验主要以演示性和验证性实验为主,而创新性实验较少。最后,考核方式单一,主要以实验报告和出勤率给予打分。这些问题的存在不利于学生科研能力的培养。
1.5 野外实习存在的问题
近来,部分高校对动物学实习单独设课,提高学生学习积极性,但也面临一些问题。首先,新兴学科的快速发展,使学校投入到实习中的经费逐渐减少,有时甚至需要教师申请教学项目经费来辅助。这使动物学实习时间缩短,实习内容减少。第二,实习内容有待转变和更新。传统的动物学实习主要涉及物种的分类和鉴定。然而,野外实习对动物物种的大量采集与物种保护理念相矛盾。因此,通过先进的技术手段评估动物多样性,以及增加创新性和研究型实习内容,培养学生对动物及其环境的热爱和兴趣,可能是今后动物学野外实习的重点。最后,师资不足。现今科班出身的分类人才严重不足,影响了实习效果。
2、提高科研能力的动物学教学改革措施
2.1 优化教学体系
动物学理论课、实验课和实习单独设课,如何统筹安排课程使其有机结合,是教学管理的重要任务,也需要3个课程教师之间的沟通。以东北师范大学环境学院为例,动物学相关课程的教师组成1个教学团队,其中每门课程至少包括2名教师。理论课教师是课程的统筹者,在开学初制定详细的理论、实验和实习计划,让教师彼此了解,使各个部分有机衔接,保证良好的教学秩序和效果。
2.2 立足专业基础,合理调整教学内容
针对动物学内容较多而课时缩减这一矛盾,我们对教学内容适当进行调整。以动物的演化史为纵向主线,筛选教学内容,重点关注动物在演化过程中进步性和关键性生物学特征,并比较不同门或纲的共性与差异[3]。例如,羊膜卵的特征及在动物演化史上的重要意义、鸟类与爬行类异同点。以动物性状适应为横向主线,重点简述不同动物门类对环境的适应性,例如,节肢动物为什么多样性如此之高、鱼类适应水生生活的特征和鸟类适应飞翔的特征等。另外,及时讲授学科领域的新发现,增加学生的学习兴趣。例如,讲述肠系膜从一种支持性结构提升为器官的科学发现过程,加深了学生对肠系膜的理解[5]。
2.3 综合运用多种教学手段,提高学生的兴趣与参与度
针对动物学教学内容繁多且枯燥这一特点,我们综合运用多种教学手段,提高学生的学习兴趣。首先,充分准备课件,灵活运用多媒体技术,利用彩色图表、视频和动画将知识生动地呈现。例如,从国外经典教材Zool-ogy[6]和Integrated Principles of Zoology[7]获得器官系统的精美图片。播放爬行动物追赶小型哺乳类的短视频,通过讨论,让学生掌握哺乳动物五趾型四肢扭转的优缺点。其次,改变以教师为主的教学方式,尽可能以学生为主。采用趣味性、启发性的语言将枯燥的知识和有趣的动物行为联系起来,使课堂氛围轻松,提高学生的主观能动性和学习效率。每堂课以问题为导向,让学生带着问题去学习。例如,在讲授节肢动物门时,开始在课堂上向学生展示节肢动物极大的物种多样性,提出问题:节肢动物多样性为什么如此之高?最后,布置创新性和实践性较强的作业,发挥学生的想象力,提高分析和解决问题的能力。例如,要求学生依据动物的进化关系和适应性特征,设计过去、现在或者未来的动物,并以小组的形式进行汇报和讨论。其中一个典型的设计是学生以当代人对手机的依赖为背景,设计几百年之后人类的特征。这不仅让学生们意识到手机的危害,也锻炼了学生独立思考的能力。
2.4 实验教学改革
2.4.1 参与实验准备,增强学生动手能力
动物学实验前的准备工作通常由专门的实验人员完成,这种模式常导致将来学生独立完成创新创业实践项目或毕业论文实验时不知如何开始,例如对实验材料的来源、采集、培养和常用溶液的配制等均不清楚[8]。因此,我们以小组的形式让学生参与到实验准备中。例如,实验课开始让学生自行检查和维修显微镜、让学生采购实验材料和培养草履虫等。这一方面既减轻实验教师的工作量,也培养了学生思考和解决问题的能力。
2.4.2 注重实验细节
实验教学过程中,强调过程管理、注重细节,对教师和学生分别提出明确而详细的要求[9-10]。例如,要求学生实验前预习,教师在实验开始前随机提问,增加学生学习的积极性[9]。对于无脊椎动物,保证每名学生1只实验动物,大型脊椎动物如鸡等尽可能保证每两名学生1只实验动物,充足的实验材料使学生不能偷懒。实验过程中,教师对学生的实验操作进行观察和监督,并随机进行随堂考核。实验后要求学生认真撰写实验报告,强调对实验结果进行分析与讨论,而不是照抄实验教材。
2.5 野外实习过程中科研能力的培养
2.5.1 实验教学与野外实习相结合
通过教学引导,将实验教学和野外实习有机结合起来[11]。例如,将一些动物学实验搬到野外实习基地,如昆虫分类,从而将枯燥的分类变得生动。这不仅提高了学生的实践动手能力,也使学生更好地掌握了分类学知识。另外,学生对实验材料的来源和生活环境并不清楚,通过野外实习,有利于学生深入了解动物的生存环境,提高学生的实际动手能力。
2.5.2 采集制作标本,掌握动物生活习性
以东北师范大学环境学院为例,我们在吉林省左家自然保护区建立了实习基地。该保护区生境多样,保证了物种的多样性。实习过程中,将学生分为小组,要求学生学会采集和观察各种动物标本,观察和掌握每种动物的生活习性。之后要求学生根据不同动物类群的特点制作标本。对于比较稀少的物种(例如凤蝶和天牛等),我们仅要求学生拍照和录制视频、教师进行现场讲解,并不对标本进行采集。
2.5.3 独立进行标本检索和鉴定
在实习期间,教师给每个小组安排具体任务,例如我们要求每个小组至少收集到20个科的昆虫的照片、视频和标本。对于数量众多的昆虫种类,采集之后,教师首先讲述标本的制作和鉴定方法,然后发放检索表和图鉴,让每个小组进行鉴定。针对部分学生在标本鉴定中的依赖思想,教师应学会识别并进行积极引导,督促其独立完成。
2.5.4 增设研究性实习,培养学生科研素质
教师应结合自己的研究课题,更新和增设实习内容,提高创新性实习的比例[12]。例如,我们带领学生参观东北师范大学自然博物馆,使学生了解昆虫的多样性和东北地区常见昆虫的科的特征,并尽可能让部分学生参与到博物馆昆虫标本的制作和鉴定中。这不仅让学生学到了专业的昆虫分类知识,也可减少野外实习过程中对昆虫标本的采集,保护了物种多样性。结合我们的科研,增设“声学监测生物多样性”这一创新性实习内容。要求学生在实习基地布设采样点,安装野外录音设备Song Meter SM4(Wildlife Acoustics,Inc,USA),采集鸟类的声音,通过软件分析鸟类的物种多样性和丰富度。创新性实习不仅提高了学生的科研能力,也培养了学生的科研兴趣。
2.5.5 采用多元化教学模式
动物学野外实习的核心内容是标本的采集和鉴定[13]。我们也采取了另外一些教学模式,如参观“梅花鹿和马鹿养殖基地”“紫貂等皮毛动物养殖基地”和“家禽养殖基地”等。我们聘请专家给学生们讲述经济动物的习性和养殖方法等,使学生掌握动物资源保护和利用的相关知识。以小组的形式,制作和绘制标本,并参与小组评比和学院展览,不仅使学生掌握了基本的实习技能,也为下一届学生留下宝贵的参考资料。
2.5.6 注重学生人文精神的培养
动物学实习为学生提供了亲近自然和探索生命的机会,对培养人文精神尤为重要[14-15]。在采集昆虫时,教师注重介绍昆虫与环境间的关系,使学生了解物种间的相互关系。通过观察鸟类的形态、羽毛颜色、飞行姿势及聆听鸟鸣声,有助于学生理解生命的多样性及其生态和人文价值。对于养殖动物实习,让学生对生命的价值有了进一步的思考。
2.5.7 完善课程考核机制
动物学实习常见的考核方式是实习报告。为了提高教学效果,我们强调过程考核,而实习报告只占50%。教师在实习中注意学生的实习表现,并在实习过程中随机考核,考查学生对常见动物的认识情况。通过过程考核,在很大程度上提升了教学效果。
3、小结
教学改革既是高校学科建设的重要环节,也是社会对人才培养的需求。动物学教学包括理论、实验和实习,改革任务艰巨,需要从教学体系、内容、条件和方法等方面不断探索。重点以学生为主体,以创造的教育为指导思想,师生共同努力,才能达到良好的教学效果。通过8年的动物学教学改革,学生们的科研能力大幅提高。每年均有学生顺利完成国家级和校级大学生创新创业项目。在生态文明建设大背景下,作为高等师范教育的践行者,我们不仅要传道、授业和解惑,最关键的是培养学生科研能力,为进一步培养高层次人才奠定坚实基础。
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