“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)
——以廣西大學(xué)為例

鄭霞林 王小云 陸 溫 李 俊 楊振德

(1.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530004；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004)

一、“森林昆蟲學(xué)”課程教學(xué)改革的背景

森林昆蟲學(xué)在世界上已有近300年左右的發(fā)展史，是昆蟲學(xué)的一個分支學(xué)科。雖然，我國早在明嘉靖九年(1530年)浙江等地已有松毛蟲為害的記載，但直至1953年才正式出版第一部《森林昆蟲學(xué)》教材[1]。現(xiàn)如今，“森林昆蟲學(xué)”課程已是全國農(nóng)林高等院校林學(xué)和森林保護專業(yè)的一門集基礎(chǔ)理論和實踐于一體的主修課程，主要講授森林昆蟲的識別、生物生態(tài)學(xué)特性、發(fā)生為害規(guī)律和成災(zāi)機制、災(zāi)害預(yù)防控制的策略與技術(shù)等方面的內(nèi)容[2]。

廣西壯族自治區(qū)常年氣候溫暖濕潤，其獨特地理環(huán)境形成的森林生態(tài)系統(tǒng)是廣西壯族自治區(qū)生物多樣性最為豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一。截至2018年，廣西壯族自治區(qū)森林面積達到2.22億畝，森林覆蓋率達到62.31%，活立木總蓄積量達7.75億立方米，使其成為我國林業(yè)大省(區(qū))之一。其中，人工林面積居全國第一，植被生態(tài)質(zhì)量和植被生態(tài)改善程度居全國第一，石漠化土地面積減少率居全國第一，有效保障和維護了我國國土生態(tài)安全。2017年，廣西壯族自治區(qū)全區(qū)林業(yè)總產(chǎn)值達5 200億元，高出全國平均增速12個百分點；年木材產(chǎn)量3 059萬立方米，占全國木材產(chǎn)量的1/3以上，為維護國家木材安全作出了重要貢獻。此外，廣西壯族自治區(qū)是面向東盟的重要門戶和“一帶一路”的重要節(jié)點，隨著經(jīng)濟全球化的快速發(fā)展，其已成為我國眾多外來有害生物入侵的前站。所以，廣西壯族自治區(qū)害蟲種類多、分布廣，繁殖快、危害重，易成災(zāi)、損失大，易侵入、壓力大，加上全球氣候不斷變化的直接影響，使得廣西壯族自治區(qū)森林害蟲的發(fā)生呈現(xiàn)新的特點和變化[3]，嚴重影響廣西壯族自治區(qū)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

二、“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)面臨的問題

當(dāng)前，在廣西壯族自治區(qū)森林健康不斷受到嚴重威脅的情況下，培養(yǎng)更多能快速解決生產(chǎn)上蟲害問題的技能型人才就顯得尤為重要[4]。然而，在“森林昆蟲學(xué)”課程教學(xué)過程中還存在如下問題：①我國本科教學(xué)改革形成的“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”人才培養(yǎng)模式對專業(yè)課程產(chǎn)生了較大沖擊，最直接的影響就是大幅刪減了“森林昆蟲學(xué)”教學(xué)課時(含實踐課時)，使得學(xué)生參與實踐環(huán)節(jié)的時間更少[5]；②隨著生產(chǎn)上現(xiàn)實情況的不斷變化，“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)內(nèi)容已陳舊；③隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)手段跟不上技術(shù)的發(fā)展要求；④“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)內(nèi)容還處在知識驅(qū)動、教師主動、學(xué)生能動的“要我學(xué)”的階段；⑤在就業(yè)的雙向選擇中招聘單位希望“淘”到更多的能解決實際問題而無需較多培訓(xùn)就能直接上崗的學(xué)生。因此，在校期間學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)不僅影響學(xué)生畢業(yè)就業(yè)率，還影響社會對人才培養(yǎng)的認可度。那么，如何在有限課時內(nèi)高質(zhì)量地培養(yǎng)出具有實踐經(jīng)驗且能快速解決生產(chǎn)上蟲害問題的技能型人才，就成為當(dāng)前“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)中遇到的新挑戰(zhàn)。

因此，這就要求“森林昆蟲學(xué)”課程教學(xué)過程中重新審視該課程實踐教學(xué)內(nèi)容、重新構(gòu)建實踐教學(xué)體系，把教從知識傳授為主逐步轉(zhuǎn)向能力提升、價值觀引導(dǎo)為主；把學(xué)從模仿仿效為主轉(zhuǎn)向探究、實踐、合作式學(xué)習(xí)為主；把被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。如此，才能將學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)、我想學(xué)、我會學(xué)”，才能將學(xué)生培養(yǎng)成既具有實踐經(jīng)驗又能快速解決實際問題的技能型人才。

三、“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)

(一)昆蟲標本的采集及制作

標本采集與制作是研究昆蟲的基礎(chǔ)，也是“森林昆蟲學(xué)”課程需要掌握的實踐教學(xué)內(nèi)容。通過該課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可直接觀察昆蟲的形態(tài)與結(jié)構(gòu)、了解昆蟲的生物學(xué)與生態(tài)學(xué)特性、熟悉昆蟲與植物和環(huán)境的關(guān)系，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，有利于理論教學(xué)內(nèi)容的再吸收(即復(fù)雜的問題簡單化)。所以，該實踐環(huán)節(jié)是引導(dǎo)學(xué)生進入“森林昆蟲學(xué)”課程學(xué)習(xí)的重要一環(huán)，故將其放在該課程實踐教學(xué)內(nèi)容的第一部分。

在標本采集與制作環(huán)節(jié)，“森林昆蟲學(xué)”課程組教師采用將學(xué)生分組合作學(xué)習(xí)和任務(wù)驅(qū)動性的探究式學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，開展實習(xí)時間為2周的教學(xué)工作。首先，教師將學(xué)生分成若干小組，每小組5人(推選1人為組長)，由專任教師帶隊，前往實習(xí)區(qū)域(如林場、森林公園、人工林和天然林等)開展實習(xí)活動；其次，學(xué)生利用實地采集、燈誘或性誘等措施，采集100種昆蟲，并記錄采集人、采集時間和采集地等信息；再次，學(xué)生標本采集完成后，專任教師在實驗室講解、示范不同類群昆蟲標本的制作過程，各小組成員在規(guī)定時間內(nèi)共同協(xié)作完成標本的制作任務(wù)；最后，各小組將采集并制作好的標本經(jīng)烘干處理后，放置于標本盒內(nèi)，教師根據(jù)上交的標本數(shù)量給出學(xué)生成績(1分/種)，作為該實踐環(huán)節(jié)的最終成績。

(二)昆蟲標本的鑒定

昆蟲標本的鑒定是“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)的重點掌握內(nèi)容。標本的鑒定以成蟲為主，對于尚不具備明顯鑒定特征的卵、幼蟲和蛹的蟲態(tài)，可通過室內(nèi)飼養(yǎng)獲得鑒定特征后進行種類鑒定，昆蟲標本的鑒定包括傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)方法和分子生物學(xué)方法。對于普通(常見)種類，采用傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)鑒定方法；對于疑難種類，采用分子生物學(xué)的方法進行鑒定。為了讓學(xué)生更全面地掌握昆蟲標本的鑒定方法，“森林昆蟲學(xué)”課程組設(shè)置了如下實踐教學(xué)內(nèi)容。

1.基于現(xiàn)場教學(xué)的昆蟲外部形態(tài)特征的觀察及檢索表的制作

在昆蟲外部形態(tài)特征觀察及檢索表制作環(huán)節(jié)，教師采用探究性的探究式學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，開展教學(xué)工作。昆蟲外部形態(tài)特征的識別和檢索表的使用是昆蟲鑒定工作的第一步。教師將昆蟲綱中每目選擇1種代表性種類供學(xué)生觀察，以便學(xué)生了解不同目昆蟲的典型特征，該環(huán)節(jié)安排8學(xué)時(1天)。首先，教師將學(xué)生分成若干小組，每小組5人，讓學(xué)生逐目觀察外部形態(tài)特征，并討論各目最顯著的區(qū)別點；其次，教師講解昆蟲檢索表的原理、使用方法和編制方法，學(xué)生根據(jù)上述各目昆蟲的不同點，編制其檢索表；最后，每位學(xué)生交一份昆蟲目級檢索表，教師根據(jù)檢索表的編制情況給出學(xué)生的實際分數(shù)。

2.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的廣西大學(xué)昆蟲標本館內(nèi)昆蟲標本的鑒定

教師采用興趣目標驅(qū)動的“互聯(lián)網(wǎng)+”自主型學(xué)習(xí)的教學(xué)策略開展教學(xué)工作。在已建立的廣西大學(xué)昆蟲標本館數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，教師要求學(xué)生在8學(xué)時(1天)內(nèi)完成該實踐教學(xué)內(nèi)容。在該實踐教學(xué)過程中，每位學(xué)生要根據(jù)隨機分配的20種標本(已去除原有標簽)的形態(tài)特征，基于檢索表的原理，逐步進行檢索，直至鑒定出具體的昆蟲標本種類。教師根據(jù)鑒定結(jié)果的準確性給學(xué)生評分(5分/種)。

3.基于現(xiàn)場教學(xué)的昆蟲標本鑒定

教師采用面對面互動的合作學(xué)習(xí)教學(xué)策略開展教學(xué)工作。在廣西大學(xué)昆蟲展廳，學(xué)生分小組依次隨專任教師進入展廳，可在蝴蝶和蛾類展區(qū)、甲蟲展區(qū)、農(nóng)林害蟲展區(qū)、檢疫性害蟲展區(qū)和資源昆蟲展區(qū)完成昆蟲標本的現(xiàn)場鑒定，該環(huán)節(jié)安排8學(xué)時(1天)。每位學(xué)生被隨機分配來源于展廳內(nèi)的20種已去除原有鑒定信息標簽的昆蟲標本，根據(jù)該昆蟲標本的形態(tài)特征定位到其所屬展區(qū)后調(diào)閱帶有鑒定信息標簽的同種昆蟲標本。基于2個實物標本間的比對，教師向?qū)W生講解和答疑鑒定要點，學(xué)生確定無標簽昆蟲標本的分類地位。教師根據(jù)鑒定結(jié)果的準確性給學(xué)生評分(5分/種)。

(三)昆蟲生物生態(tài)學(xué)特性的觀察

1.基于虛擬仿真的昆蟲生物生態(tài)學(xué)特性的觀察

教師采用問題驅(qū)動的師生互動型教學(xué)策略開展教學(xué)工作。隨著計算機及信息科學(xué)的飛速發(fā)展，學(xué)生可以在虛擬情景中完成真實情況下難以甚至不能完成的實驗。虛擬仿真實驗作為真實實驗的補充和擴展，具有仿真性、參與感和安全性等特點，其與傳統(tǒng)實物實驗結(jié)合，可以使學(xué)生獲得全面訓(xùn)練，對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、觀察能力、獨立思考能力和創(chuàng)新能力具有重要意義。因此，基于廣西大學(xué)林學(xué)院已建立的虛擬仿真實驗中心平臺，“森林昆蟲學(xué)”課程組設(shè)置了如下實踐內(nèi)容的實驗。

(1)昆蟲發(fā)育過程的虛擬仿真

大部分昆蟲的發(fā)育需要經(jīng)過卵、幼蟲、蛹和成蟲4個階段，但常規(guī)實驗較難在短期內(nèi)觀察到各蟲態(tài)的發(fā)育過程。因此，“森林昆蟲學(xué)”課程組采用虛擬技術(shù)制作了完全變態(tài)和不完全變態(tài)昆蟲各蟲態(tài)的發(fā)育過程，如孵化、蛻皮、化蛹和羽化等，并制成3D與VR相結(jié)合的昆蟲變態(tài)軟件展示各蟲態(tài)的發(fā)育過程。完全變態(tài)的昆蟲選擇我國南方桉樹上常見的食葉害蟲油桐尺蠖和蛀干害蟲云斑天牛；不完全變態(tài)的選擇黃脊竹蝗。以油桐尺蠖為例，讓學(xué)生帶著“該蟲的發(fā)育過程是如何”的問題開展實驗。首先，學(xué)生通過選擇界面，選擇合適的工具；其次，材料工具選擇好后，學(xué)生選擇油桐尺蠖卵/幼蟲/蛹/成蟲，并將其置于桉樹樹干/杈的縫隙中，觀察各蟲態(tài)的變態(tài)過程，如放置卵塊，通過計時器可觀察卵塊開始孵化至完全孵化的時間，計算卵的發(fā)育歷期。以此類推，觀察和記錄幼蟲、蛹和成蟲的發(fā)育歷期。此外，還需觀察各蟲態(tài)變態(tài)過程中的行為，如蛻皮、羽化、交配和產(chǎn)卵等行為。學(xué)生根據(jù)所觀察的結(jié)果提交實驗報告，教師根據(jù)完成的實驗報告情況進行評分。

(2)昆蟲繁殖過程的虛擬仿真

絕大部分昆蟲采用兩性生殖方式繁殖后代。但對于其定位、選擇、求偶和交配等較為抽象和復(fù)雜的過程，在常規(guī)實驗中很難觀察到。因此，“森林昆蟲學(xué)”課程組以朱紅毛斑蛾為例，采用虛擬技術(shù)將其兩性生殖過程中的雄蟲定位、求偶、雌蟲產(chǎn)卵等過程制作成3D與VR相結(jié)合的昆蟲繁殖過程影像，通過虛擬仿真平臺進行展示，以提高學(xué)生對昆蟲行為的學(xué)習(xí)興趣。首先，學(xué)生通過選擇界面，選擇合適的工具；其次，材料工具選擇好后，學(xué)生將朱紅毛斑蛾雌雄成蟲置于養(yǎng)蟲籠中，并點擊計時器開始計時，記錄雄蟲開始爬行、朝雌蟲定向飛行、成功定位雌蟲整個覓偶過程所需的時間等；最后，學(xué)生根據(jù)所觀察的結(jié)果提交實驗報告，教師根據(jù)實驗報告的完成情況進行評分。

2.基于實操的昆蟲生物生態(tài)學(xué)特性的觀察

基于實操的昆蟲生物生態(tài)學(xué)特性的觀察的目的是讓學(xué)生學(xué)會測定昆蟲發(fā)育的起點溫度和有效積溫。溫度的高低是昆蟲生長發(fā)育快慢的重要因素之一，測定昆蟲各蟲態(tài)發(fā)育起點溫度和有效積溫，可預(yù)測各蟲態(tài)在不同環(huán)境溫度下的發(fā)育情況，為預(yù)測害蟲發(fā)生期提供重要依據(jù)。

以馬尾松毛蟲為例介紹昆蟲發(fā)育起點溫度和有效積溫的測定。首先，采用燈光誘捕技術(shù)捕獲馬尾松毛蟲成蟲，將其置于養(yǎng)蟲籠內(nèi)，并帶回實驗室讓其產(chǎn)卵至產(chǎn)卵介質(zhì)上，每天在上午8∶00收集一次卵塊。其次，將收集的卵塊分別置于15℃、20℃、25℃、30℃和35℃共5個溫度梯度下，每天在8∶00、14∶00和20∶00時間點各觀察一次，并記錄各溫度下卵開始孵化直至完全孵化所需的時間，計算卵的發(fā)育歷期。以此類推，計算幼蟲、蛹和成蟲在各溫度下的發(fā)育歷期。最后，根據(jù)相關(guān)公式計算出馬尾松毛蟲卵、幼蟲、蛹和成蟲的發(fā)育起點溫度和有效積溫。學(xué)生根據(jù)所計算的結(jié)果提交實驗報告，教師根據(jù)實驗報告的完成情況進行評分。

(四)基于虛擬仿真的害蟲預(yù)防控制技術(shù)的實踐

在“森林昆蟲學(xué)”課程的常規(guī)實驗中，害蟲的為害、調(diào)查及防治過程在實驗室內(nèi)無法開展，因此需采用虛擬仿真技術(shù)實施。以油桐尺蠖為例，“森林昆蟲學(xué)”課程組將其幼蟲的危害習(xí)性、化蛹場所及成蟲的產(chǎn)卵習(xí)性，各蟲態(tài)的調(diào)查方法和防治措施等過程制作成3D與VR相結(jié)合的為害、調(diào)查及防治過程影像，并通過虛擬仿真平臺進行了展示。通過該虛擬仿真實驗，學(xué)生能掌握害蟲調(diào)查和防治的基本技能和操作方法，同時還能培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。

1.害蟲發(fā)生及危害情況的調(diào)查

以食葉害蟲油桐尺蠖為例。首先，學(xué)生通過選擇界面，選擇一定數(shù)量的卵分3次(每次間隔12小時)隨機置于林內(nèi)桉樹樹干/樹皮縫隙內(nèi)，作為后續(xù)調(diào)查卵、幼蟲、蛹和成蟲的起始蟲源/量；其次，材料工具選擇好后，采用如下方法調(diào)查卵、幼蟲、蛹和成蟲數(shù)量。

(1)卵和幼蟲的調(diào)查

采用五點取樣法調(diào)查桉樹上卵塊和幼蟲的數(shù)量。首先，每個樣點隨機選擇15株桉樹；然后，調(diào)查每株桉樹樹干上的樹皮或樹杈縫隙處是否有雌蟲產(chǎn)下的卵塊，并統(tǒng)計總卵塊數(shù)量。同時，在每株桉樹樹冠的東南西北4個方位用修枝剪隨機剪取一根枝條，記錄枝條葉片上的幼蟲數(shù)量和被害株數(shù)。

(2)蛹的調(diào)查

采用五點取樣法調(diào)查蛹的數(shù)量，每個樣點隨機選擇15株桉樹，在以樹基為中心的1米范圍內(nèi)，用鐵鍬挖開表土層，調(diào)查其內(nèi)化蛹的數(shù)量。

(3)成蟲的調(diào)查

采用五點取樣法調(diào)查成蟲的數(shù)量，每個樣點隨機選擇15株桉樹，利用目測法或網(wǎng)捕法調(diào)查每樣點的成蟲數(shù)量。根據(jù)所調(diào)查的結(jié)果計算孵化率、植株被害率、化蛹率、羽化率和發(fā)生為害盛期的時間等。學(xué)生根據(jù)所計算的結(jié)果提交實驗報告，教師根據(jù)學(xué)生完成實驗報告的情況進行評分。

2.害蟲防治技術(shù)的實踐

學(xué)生通過選擇界面，選擇一定數(shù)量的成蟲和幼蟲隨機置于若干株桉樹葉上，作為該實驗內(nèi)容的起始蟲量，調(diào)查如下防治方法的防治效果。

(1)物理防治

首先，學(xué)生通過選擇界面，選擇時鐘設(shè)置暗期開始時間；其次，暗期開始后選擇誘蟲燈并懸掛于桉樹枝干上(距地面約1.5米)；最后，接通誘蟲燈電源，每小時統(tǒng)計一次被誘捕的成蟲數(shù)量，并計算誘捕率。

(2)化學(xué)防治

首先，學(xué)生通過選擇界面，選擇任意藥劑配制成相應(yīng)的濃度(20%氰戊菊酯乳油1 500倍液、52.25%農(nóng)地樂乳油1 500～2 000倍液、90%敵百蟲晶體1 000倍稀釋液、50%殺螟硫磷乳油500倍稀釋液或20%克螨蟲乳油1 000倍液)；其次，選擇界面中的噴霧器，將配好的藥劑倒入其內(nèi)；再次，選擇30株桉樹噴灑備好的化學(xué)藥劑作為處理組，同時選擇30株桉樹噴灑清水作為對照組(對照組和處理組之間間隔10行)，并記錄噴藥開始時間；最后，在噴藥后的12小時、24小時、36小時、48小時、60小時和72小時各調(diào)查記錄一次對照組和處理組的幼蟲死亡數(shù)量，計算出幼蟲死亡率、蟲口減退率和校正死亡率。學(xué)生根據(jù)所計算的防治效果提交實驗報告，教師根據(jù)學(xué)生實驗報告完成情況進行評分。

四、“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)取得的效果

通過近幾年的研究與實踐，“森林昆蟲學(xué)”課程組取得了非常好的教學(xué)效果。主要體現(xiàn)在以下2個方面。

(一)重構(gòu)后的實踐教學(xué)內(nèi)容促進了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動手能力的提高

筆者在“森林昆蟲學(xué)”課程授課過程中，未發(fā)現(xiàn)學(xué)生有玩手機、聊天、看與該課程無關(guān)的書籍和開小差等現(xiàn)象的發(fā)生，學(xué)生均積極采集、認真制作和仔細鑒定昆蟲標本，全神貫注地觀察昆蟲生物生態(tài)學(xué)特性，勇于探索害蟲預(yù)防控制技術(shù)，并主動積極地與同學(xué)和教師交流、溝通。此外，與前幾年未實施改革時的成績相比，改革后學(xué)生的平均實踐總成績增加了12%。

(二)重構(gòu)后的實踐教學(xué)內(nèi)容加強了與理論教學(xué)內(nèi)容的融合貫通，使學(xué)生能更好地掌握課堂上講授的理論知識

“森林昆蟲學(xué)”課程理論教學(xué)考試成績的優(yōu)良率由改革前的76%提高到了88%。通過分析試卷，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對綜合類試題解答優(yōu)良率明顯增加。比如，回答“如何確定一種昆蟲是否為害蟲？哪些情況需要防治、哪些情況不需要防治？”“以松樹、杉樹和桉樹上你認為為害最為嚴重的一種(類)害蟲為例，根據(jù)所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識分析其嚴重為害的潛在原因，并嘗試制定一套科學(xué)合理、可操作性強的綜合防控措施”等試題時，學(xué)生不僅答得有條有理，而且還較符合生產(chǎn)實際情況，明顯看出不是“死記硬背”而是基于所學(xué)知識自己組織思路的結(jié)果，說明改革后的“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)內(nèi)容有助于學(xué)生消化理解理論知識，這為“森林昆蟲學(xué)”課程實踐教學(xué)內(nèi)容的繼續(xù)改革增添了信心。