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高等師范院校植物學野外實踐課研究

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摘要:植物學野外實習是認識植物界的實踐活動,具有鮮明的地域特色,通過標本的采集、物種的鑒定等環節,能夠培養學生掌握野外工作的方法,了解植物與環境之間的關系。以陜西師范大學生物學專業的秦嶺野外實踐教學為例,探討這一時間短、人數多、內容龐雜的課程在新時期教學改革與創新背景下面臨的問題和挑戰,并提出充分利用地域優勢、引入數字化教學平臺、突出實習的特色內容、分組實習等相應的對策。

關鍵詞:植物學野外實踐課程

特色植物學野外實習是認識植物界的實踐活動,也是植物學教學中一個不可替代的環節。在野外,學生初次接觸豐富多樣的物種,眼花繚亂,不知該認識哪種植物?識別植物有什么規律可循?不同于課堂教學,野外教學面臨環境復雜、時間有限、知識面廣、人數眾多,以及在師范類院校中還涉及男、女生源比例不協調的問題。因此,在教學實踐環節中,教師會面臨很多客觀且多變的問題,如何在保障安全的前提下,完整地完成植物學野外實習的內容是每個教師面臨的最大挑戰。

1植物學野外實踐教學新時期面臨的主要問題

1)時間短。定點、短期的實習,是國內許多高等師范院校的現狀[1-2]。在陜西師范大學為期2周的生物學綜合野外實習中,植物學實習僅有4天(包括半天的考核)。學生在較短的時間內,僅能掌握基本的工作方法和對于少數植物的識別,無法深入了解該地區所有的植物物種及分布特征。

2)內容多。按照傳統的兩界系統,廣義的植物界涉及藻類、菌類、苔蘚植物、蕨類植物和種子植物,野外實習涉及到每個不同的植物類群;此外,為了豐富和擴展教學內容,常融合了植物生態學、藥用植物學、傳粉生物學等相近學科的知識。實習的環節多而復雜,包括野外安全知識、標本的采集和壓制方法、物種的鑒定方法、實習地常見植物類群特征、植物和環境的關系,教學內容過于龐雜分散[3]。

3)學生人數多、性別比例不協調。近5年來,陜西師范大學生物學專業學生每年的實習人數均達到300多人,與其他學校相比,人數多。其中,女生占絕大多數,如2016級321人中,女生272人,占總人數的85%,男生49人,僅占總人數的15%。4)專業教師不足。專業教師人數有限,以陜西師范大學為例,孢子植物實習指導教師3~4人,種子植物實習指導教師3人,每組學生約40~50人,教學效果不佳。5)學生對野外環境了解少。近年來,學生生源多數是“90后”獨生子女,特殊的成長環境,缺乏基本的野外生活常識,沒有安全意識,經常會迷路或掉隊,加上不能適應當地的飲食,穿著不適合爬山的鞋和衣物等,導致突發小事故不斷。此外,由于秦嶺深處人為干擾較少,實習地植被豐富,山溝路邊草木茂盛,有的道路被灌叢覆蓋,木橋腐朽失修,雨后路面濕滑,各種蜂窩數量急增,給深入山谷地區采樣增加了難度。

2陜西師范大學植物學野外實踐教學特色及策略

針對師范院校植物學野外實踐人數多(尤其是女生多)、內容多、時間短、學生對環境了解少等問題,充分利用地域優勢、引入數字化信息平臺、豐富考核方式,強調學生野外動手能力的培養,以期達到更好的實習效果。

2.1充分利用地域優勢

秦嶺的動、植物資源非常豐富,是我國重要的生物基因庫和世界生物多樣性豐富的典型代表區域之一,植被景觀分界明顯,是我國特有植物的重要分布中心[4],共有苔蘚植物79科202屬581種,石松類和蕨類植物27科75屬319種[5],種子植物164科1052屬3839種[6]。種子植物中,有秦嶺特有植物192種,中國特有植物達到了1428種,還分布著大量的國家珍稀瀕危保護植物[7]。在長期的教學實踐中,陜西師范大學利用秦嶺地區物種多樣性的獨特優勢,每年7—8月在不同區域進行植被垂直分布帶、物種鑒定及常見類群認識、特有植物(包括珍稀瀕危植物)等內容的野外實習。1)太白山植被垂直分布帶觀察。秦嶺植物種類豐富,北坡短而陡峭、海拔梯度變化大,并具有非常明顯的垂直分布帶譜。實習中,由于時間短,主要借助汽車、纜車到達高海拔區域。實習沿途中,隨著海拔的明顯變化,觀察植被基帶(海拔800~1000m)、落葉櫟林帶(海拔800~2300m)、樺木林帶(2300~2800m)、針葉林帶(2800~3400m)、高山灌叢草甸帶(3400m以上)的特征及其變化,認識每個植被帶的主要代表植物,介紹國家Ⅰ級保護植物獨葉草(KingdoniaunifloraBalf.f.etW.W.Sm)、Ⅱ級保護植物太白紅杉(LarixchinensisBeissn.)等的特征及分布區。2)實習基地的植物物種鑒定和常見類群的認識。2007年以來,陜西師范大學建立了以寧陜縣旬陽壩為主的生物學野外實習基地,旬陽壩位于秦嶺腹地,距離西安138km,海拔約1300m,植被覆蓋度高,分布的植物種類豐富多樣。通過常見物種的采集、解剖、鑒定,從而鞏固該類群的特征,舉一反三,了解不同類群之間的差異,重點講解該地區特有植物、常見植物、藥用作物、外來入侵植物、栽培植物等;同時,可以引導學生“找親戚”,哪幾個采集的植物有較近的親緣關系,為什么?介紹一些當地的主要藥用植物,例如黨參[Codonop-sispilosula(Franch.)Nannf.]、石沙參(AdenophorapolyanthaNakai)、桔梗[Platyco-dongrandiflorus(Jacq.)A.DC.]等,一方面,運用比較教學法[8],從其特征入手,說明不同種的特征及其藥用價值,另一方面,說明其結構上的相似性,說明它們屬于同科(桔梗科)的特征。掌握實習地常見科的識別特征,以種子植物為例,總結包括唇形科、蝶形花科、薔薇科、菊科、毛茛科、禾本科等常見科的重點識別特征,以唇形科植物為例,可總結出“莖四棱、葉對生、輪傘花序、花唇形、二強雄蕊、子房四深裂、4個小堅果”等特征。3)珍稀瀕危植物及特有植物的認識。實習地分布有許多古老、孑遺和特有物種,如獨葉草、紅豆杉[Taxuschinensis(Pilger)Rehd.]、水青樹(Te-tracentronsin-ensisOliv.)、連香樹(CercidiphyllumjaponicumSieb.etZucc.)、廟臺槭(AcermiaotaienseP.C.Tsoong)、太白紅杉等,介紹其獨有的特征、分類地位、分布信息、現狀及保護措施。4)圍繞實習地植物的科研小項目。為了提高學生的科研能力,許多高校都開展了圍繞實習基地的專項調查(小課題)[1]。學生通過實習期間的學習,確定感興趣的題目,題目可自擬,例如“實習基地珍稀瀕危植物資源及保護現狀調查”“旬陽壩外來入侵物種的調查”“旬陽壩藥用植物資源及開發利用現狀調查”等,然后收集材料、設計(實施)調查或者實驗、獲得的數據分析處理、總結,提升學生從事科研活動的能力。

2.2分組實習

植物學野外實踐教學是大一的課程,每個年級約300人,女生占有絕大多數。由于野外實踐中,大多數山路較為狹窄往往只能單人通行,如果實習小組人數過多,隊伍的首尾距離相對較遠,會存在安全隱患。針對人數過多問題,陜西師范大學的植物學實習分批進行,分別在7月上旬和8月中旬進行實習,每次約150人,分為5個大組(每組約30人)。有關實驗結果表明,分組學習(實習)能發揮學生學習的主動性[8]。因此,在野外實習中,盡可能將學生以5~6人為單位分組,選擇責任心強、吃苦耐勞、野外適應能力強、積極熱情的學生為小組長,既有合作又有分工。同時,由于女生約占總人數的85%,野外活動中,應發揮少數男生、體能較好的女生的作用,將他們分在不同小組中,在采集標本、背負工具、上山過河等過程中幫助同伴,有助于活動的安全進行。

2.3引入數字化教學平臺

隨著互聯網的普及,一些人工智能植物識別APP,例如“花伴侶”“形色”等,可以通過圖片的比對給出鑒定的物種名稱,然而這些科普性質的軟件往往只是看圖識字,不能教會學生識別植物的規律,并不適合生物學專業學生的學習。陜西師范大學在植物學野外實踐教學的過程中,結合在實習基地的現場教學,引入了數字化信息平臺,學生的學習方式和場景多元化,不同教學模式的結合提高了植物學野外實踐的教學效率。1)野外實習基地的實習環節。配備了專業的植物檢索工具書,例如除《中國植物志》、《秦嶺植物志》外,還有教研組編著的《秦嶺植物學野外實習手冊》、《植物學野外實習指導》[3]。初步檢索參考《植物學野外實習指導》鑒定到科級分類單元,精確檢索(在科以下水平的檢索),通過查閱《中國植物志》、《秦嶺植物志》,也可以結合《中國植物志》電子版或《中國植物志》微信版等專業網站和軟件,進行科以下分屬、分種的檢索。2)野外實踐教學和能力培養平臺。學院擁有植物學野外實踐的專業平臺,包括國家理科人才培養基地(生物學)野外實踐教學基地和國家級生物學虛擬仿真實驗中心的學習平臺。前者的內容主要包括實習基地概況、野外工作方法、實習路線、實習地植被類型、常見植物、珍稀瀕危植物圖片,以及現場教學視頻,并附有往屆學生野外實習的成果展示(圖片、小論文),學生可以通過網站學習相關的內容。后一個平臺是實習隊教師和實驗中心教師通過多次實地采集不同季節實習地的影像數據,整合圖像資料、植被資料、物種資料(常見物種不同器官的三維立體構建),建立了虛擬生境下物種的發現和識別程序,并且有其生物學特征、分布、結構等圖文并茂的介紹。學生可以在專業的實驗室,通過本人賬號進入模擬場景(根據5個不同的植被垂直帶譜劃分的場景,例如針葉林帶場景、高山灌叢草甸帶場景),即可在虛擬的生境中,尋找該植被類型中的特有植物,點擊觀察對象的圖片,即可顯示其主要生物學特征、生境、分布區域和三維立體結構。

2.4強化野外觀察、解剖和拍照

認識植物,不僅僅需要知道它的名稱,而且需要知道它與眾不同的特征。有的學生在野外只喜歡記植物的名字,或翻看彩色植物手冊看圖識植物,囫圇吞棗,這樣短時記憶后很快就遺忘。隨著相機、手機的普及,學生拍照更為方便,有的直接拍照,查看植物識別的APP,不求甚解,對植物的認識僅停留在表面。陜西師范大學植物學的野外實習現場教學中,提倡學生自己采集圖片,既可以在鑒定標本時作為參考,在實習結束后,學院還會組織各種實習圖片的展覽和比賽,或者選擇主題明確、拍攝精美的圖片編著成實習手冊,提升學生的學習興趣。在野外進行拍照時,要求學生要從專業角度出發,對觀察對象進行由遠及近、由整體到局部的觀察和拍照,注意采集的三要素:1)生長小環境。每種植物具有自己獨特的生境,應該先觀察生長環境,周圍的伴生植物等信息;2)全身照。拍照時,要有一張觀察植株的整體照片,是喬木、灌木、草本,還是藤本,盡量附上參照物,能判斷其株高等信息;3)“花容葉貌”的特寫。在觀察器官特征,從莖、葉、節、花、果實等細節入手,詳細完成拍照。不同器官的拍照角度和多少有不同要求,例如在葉的特征中,應采集到基生葉和莖生葉,葉腹面和背面特征;例如花的特征,應包括頂面觀和側面觀,不同花器官的形態等特征細節,例如唇形科植物雄蕊是否伸出花冠筒等特征。

2.5豐富考核方式

以前的考核大多僅考查標本及其所屬科名,單一的考核方式,學生容易死記硬背,不注意觀察和歸類學習,翻著標本照片嘴里念念有詞。近年來,各高等院校的考核方式日趨多樣,有的考察野外實地操作和標本圖片制作[9],有的實施多元化的考核方式[1-2],即考試+考核+匯報+論文。陜西師范大學在實習的過程中,從多個環節考察植物學野外實習的效果,包括以下內容:1)植物野外采集記錄。主要考核學生對采集標本的信息記錄是否規范、完整、細致,例如是否記錄了“有特殊氣味、卷須、乳汁、花色”等,占考核的10%;2)標本的采集和壓制。考核學生是否學會采集不同對象(如木本、草本、帶有特征的枝條等)、如何壓制大小不同的材料、如何梳理修剪不同的標本等內容,應該注意的事項等,占考核的10%;3)標本的鑒定和檢索過程。考核對檢索對象數量(要求每人每天2個物種)、結構的掌握(形態描述)、準確描述(花程式的書寫)、正確檢索等,占考核的30%;4)標本識別考試。采集實習地20~30種常見植物,編號后,讓學生寫出其名稱及所屬的科名,占考核的50%。

2.6熟悉實習路線

鑒于學生人數多、不熟悉野外環境、缺乏基本的安全常識,因此,選擇有不同代表物種、安全的實習路線尤為重要。陜西師范大學實習隊每年出行前,會從以下幾方面入手,選擇合適路線。1)提前1個月的實地考察。隨著退耕還林的實施,實習地的植被恢復迅速,山路路況復雜多變。每年實習前,學院主要帶隊教師深入實習地,考察當年的各條實習路線和基地的準備情況,做好應對措施,為野外實習的安全實施打好前站;2)設定熟悉而且安全的實習路線。到達實習地后,專業教師在提前考察好的實習路線中,根據具體的天氣和環境因素,選定固定、安全的實習路線,例如發現蜂窩后,在其附近標注明顯的提醒標識字樣,避免學生路過時驚擾蜂群,減少危險因素;3)出發前的路線介紹。給學生詳細介紹當天實習路線和特有植物,說明時間安排、分組情況和實習任務。通過對高等師范院校生物學專業植物學野外實踐的分析,在實習的過程中,應發揮當地地域優勢、結合定點和散點的實習地[10]、引入信息化的教學輔助平臺、突出植物學野外實習的特色內容、豐富考核方式,使這一實習課程得到較好的效果,為以后學習相關專業奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1]馮富娟,陶雷,穆立薔,等.植物學創新式野外實習教學的實踐與成效.實驗科學與技術,2014,33(7):198.

[2]徐勤松,戴傳超,路遙,等.基于創新能力培養的植物學野外實習模塊構建.實驗科學與技術,2016,14(1):171.

[3]張小卉,肖婭萍.植物學野外實習指導.北京:科學出版社,2017.[4]周靈國,陳旭.秦嶺家園.西安:陜西旅游出版社,2009.

[5]郭曉思,徐養鵬.秦嶺植物志:2卷:石松類和蕨類植物.北京:科學出版社,2013.

[6]李思鋒,黎斌.秦嶺植物志增補.北京:科學出版社,2013.

[7]朱志紅,李金鋼.生態學野外實習指導.北京:科學出版社,2014.

[8]羅火林,楊柏云,羅麗萍,等.植物學多維教學方法的探索與實踐.高校生物學教學研究(電子版),2015,5(4):20.

[9]覃玲玲,劉新.植物學相關課程考核方式的教學探討.教育教學論壇,2014(30):141.

[10]李新華.德國大學植物學野外實踐教學的案例分析及其啟示.實驗室研究與探索,2013,32(4):176.

作者:張小卉 康菊清 肖婭萍 單位:陜西師范大學生命科學學院

天津師范大學學報責任編輯:張雨    閱讀:人次
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