“植物種群動(dòng)態(tài)特征調(diào)查與分析”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

[摘 要] “植物種群動(dòng)態(tài)特征調(diào)查與分析”實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主導(dǎo)開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)化了學(xué)生的知識(shí)體系，培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)生態(tài)學(xué)的興趣。

[關(guān)鍵詞] 生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn);種群動(dòng)態(tài);研究性實(shí)驗(yàn)

[基金項(xiàng)目] 2018年度西南大學(xué)校級(jí)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“高校生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新體系研究與實(shí)踐推廣”（2018JY053）

[作者簡(jiǎn)介] 朱海燕（1977—），女，湖北咸寧人，博士，西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院講師，主要從事植物生態(tài)學(xué)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.423? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）30-0379-02? ?[收稿日期] 2019-10-02

生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的學(xué)科，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性[1]。實(shí)驗(yàn)是理論知識(shí)向?qū)嵺`過渡的重要過程[2]。在加強(qiáng)理論教育的同時(shí)，我們注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，豐富實(shí)驗(yàn)體系[3]，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案[4]。在現(xiàn)有的生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)體系中，種群動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)多為種群密度、種群生命表、種群增長(zhǎng)模型等基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)[5-8]。教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)單個(gè)知識(shí)點(diǎn)掌握好，但綜合應(yīng)用及延伸學(xué)習(xí)效果較差，且實(shí)驗(yàn)中學(xué)生主導(dǎo)性有限。為此，課程組以“植物種群增長(zhǎng)模型”為例，擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了“植物種群動(dòng)態(tài)特征調(diào)查與分析”，變基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為研究性實(shí)驗(yàn)，以期培養(yǎng)學(xué)生的生態(tài)學(xué)素養(yǎng)和科研思維能力，提高生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)

教師給出任務(wù)。以自然群落中的某喬木種群為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，理解種群動(dòng)態(tài)與環(huán)境的關(guān)系，提出種群利用和保護(hù)、或病蟲害防治等策略。

學(xué)生完成任務(wù)。首先，學(xué)生自主分組，以小組為單位，利用課余時(shí)間，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，檢索文獻(xiàn)，確定實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完成實(shí)驗(yàn)方案初稿。之后，各小組推薦一名成員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的班級(jí)陳述，教師和其他同學(xué)對(duì)方案進(jìn)行質(zhì)疑和修訂補(bǔ)充，形成最終的實(shí)驗(yàn)方案。最后，各小組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析及報(bào)告撰寫等過程。

（二）實(shí)驗(yàn)操作

以槐樹（Sophora japonica Linn）種群動(dòng)態(tài)特征分析為例。為了解群落中槐樹種群的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)，小組采用總數(shù)量調(diào)查法對(duì)其進(jìn)行每木檢測(cè)，完成種群年齡結(jié)構(gòu)、靜態(tài)生命表、存活曲線、及種群增長(zhǎng)模型四個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)設(shè)備有GPS、羅盤和軟尺。

學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備獲取實(shí)驗(yàn)樣地的地理位置、坡度坡向，樣地內(nèi)槐樹的樹高和1.3m處的胸圍，估算群落的郁閉度。結(jié)果記錄于事先制定好的野外調(diào)查記錄表上。

實(shí)驗(yàn)過程中，組員合理分工，自主完成實(shí)驗(yàn)操作，教師為學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)解惑答疑，如“連理枝”、倒伏和坡地上槐樹胸圍的測(cè)量;或引導(dǎo)組員關(guān)注槐樹幼苗生長(zhǎng)與光照條件的關(guān)系、自然群落的演替等，將課堂內(nèi)容生動(dòng)地再現(xiàn)于自然群落中。

野外調(diào)查結(jié)束后，組員運(yùn)用Excel獨(dú)立完成原始數(shù)據(jù)的處理和分析，教師為其提供必要的指導(dǎo)，如靜態(tài)生命表編制過程中數(shù)據(jù)倒置的處理，三點(diǎn)法[4]計(jì)算環(huán)境容納量K及三點(diǎn)的選擇，Excel中直線回歸求r和a值等。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)樣地位于東經(jīng)106°26′、北緯29°50′，海拔252.6m，群落郁閉度0.6。小組共調(diào)查槐樹466株。以徑級(jí)結(jié)構(gòu)代替年齡結(jié)構(gòu)，每級(jí)間隔2cm[9]，將其劃分為19個(gè)齡級(jí)，1—4齡級(jí)個(gè)體數(shù)量大，從第五齡級(jí)開始下降，齡級(jí)越大，個(gè)體數(shù)量越少，為增長(zhǎng)型種群。由于采用不同齡級(jí)在空間上的差異來研究特定時(shí)間段的種群動(dòng)態(tài)，難免存在一定的系統(tǒng)誤差，及與數(shù)學(xué)假設(shè)技術(shù)不符的現(xiàn)象，因此在8、9、10、11齡級(jí)出現(xiàn)了數(shù)據(jù)倒置，借助方程勻滑技術(shù)[ 10 ]對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到槐樹種群的靜態(tài)生命表和存活曲線，曲線為Ⅲ型，表現(xiàn)出幼苗死亡率較高，到第九齡級(jí)后死亡率降低。以樹高1.3m處的胸圍為基礎(chǔ)，計(jì)算各齡級(jí)槐樹種群的基蓋度，采用三點(diǎn)法和直線回歸，得到K、r和a值，建立種群增長(zhǎng)模型（式1）。

S=■ （式1）

從槐樹的角度來看，林業(yè)上應(yīng)注意幼苗的管護(hù)，并對(duì)該群落進(jìn)行適度的干擾，為幼苗的生長(zhǎng)提供適宜的光照條件。

（四）成績(jī)?cè)u(píng)定

實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、野外調(diào)查和研究報(bào)告三部分組成，依次占比為30%、30%和40%。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由小組成員根據(jù)貢獻(xiàn)率互評(píng)給出分?jǐn)?shù);野外調(diào)查按照出勤和野外實(shí)作情況決定。實(shí)驗(yàn)報(bào)告以研究報(bào)告的形式呈現(xiàn)，含前言、研究區(qū)概況、研究方法、結(jié)果與分析、討論與結(jié)論、參考文獻(xiàn)幾個(gè)部分。

二、實(shí)驗(yàn)效果

原有的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要是通過教師講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程，規(guī)范學(xué)生基本操作技術(shù)、使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析。學(xué)生依葫蘆畫瓢，積極性和參與度不高;且不同實(shí)驗(yàn)之間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。當(dāng)以一個(gè)植物種群串起多個(gè)實(shí)驗(yàn)，并融入科學(xué)研究的方法、技能和思維后，實(shí)驗(yàn)具有了一定的科研性質(zhì)，產(chǎn)生了良好的教學(xué)效果：

1.系統(tǒng)化了學(xué)生的知識(shí)體系。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合了種群年齡結(jié)構(gòu)、靜態(tài)生命表、存活曲線、增長(zhǎng)模型四個(gè)實(shí)驗(yàn)，曾經(jīng)獨(dú)立分開的知識(shí)系統(tǒng)地展現(xiàn)在學(xué)生的研究報(bào)告中，促進(jìn)了知識(shí)的內(nèi)化吸收;同時(shí)，補(bǔ)充了理論教學(xué)，如擴(kuò)展了數(shù)據(jù)勻滑技術(shù)、植物種群年齡的劃分、邏輯斯蒂增長(zhǎng)模型參數(shù)的計(jì)算等內(nèi)容;第三，融合了多個(gè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如環(huán)境因子調(diào)查、植物分類、Excel數(shù)據(jù)處理等。

2.培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維能力?？蒲兴季S訓(xùn)練對(duì)學(xué)生再學(xué)習(xí)和創(chuàng)新具有重要作用。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了查閱和分析文獻(xiàn)，這有助于學(xué)生在更深層面上理解知識(shí)，形成扎實(shí)全面的知識(shí)體系;實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果分析等過程培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐操作能力、分析問題和解決問題的能力。

3.提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在“學(xué)生為主，教師為輔”的教學(xué)模式中，學(xué)生的心態(tài)不再是“我被學(xué)”，而是“我要學(xué)”，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生體會(huì)到了理論應(yīng)用于實(shí)踐的價(jià)值和樂趣，教學(xué)質(zhì)量有了很大提升。

參考文獻(xiàn)

[1]楊持.生態(tài)學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2]孫杰，鐘小劍，楊紅玉，等.“生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐與探索[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2019（3）：146-150.

[3]劉錦春，陳瑤，魏虹.“生態(tài)學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)初探-建立以生態(tài)評(píng)價(jià)和生態(tài)建設(shè)為主線的“生態(tài)學(xué)”實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)體系[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014（1）：133-135.

[4]施軍瓊.淺析生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)課如何發(fā)揮培養(yǎng)科研素養(yǎng)的作用[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2017（11）：238.

[5]楊持.生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)[M].北京：高等教育出版社，2003.

[6]章家恩.生態(tài)學(xué)常用實(shí)驗(yàn)研究方法與技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[7]趙建剛，喬永民，林秋奇，等.生態(tài)學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)探索與實(shí)踐[J].生態(tài)科學(xué)，2010（4）：400-402.

[8]張仁懿，袁建立，史小明.基于Netlogo建設(shè)生態(tài)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)庫(kù)的實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2018（4）：67-69.

[9]封磊，洪偉，吳承禎，等.珍稀瀕危植物南方鐵杉種群動(dòng)態(tài)研究[J].武漢植物學(xué)研究，2003（5）：401-405.

[10]解婷婷，蘇培璽，周紫鵑，等.荒漠綠洲過渡帶沙拐棗種群結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2014（15）：4272-4279.

Experimental Design and Practice on the Investigation and Analysis of Dynamic Characteristics of Plant Population

ZHU Hai-yan

（School of Life Science，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Abstract：The research experiment is beneficial for the students.Taking the experiment of "Investigation and Analysis of the Dynamic Characteristics of Plant Population" as an example，the experimental schemes were designed and completed by the students，and necessary guidance was provided by teachers.The results showed that，through the experiment，knowledge points were systematically integrated in one goal，and the students' abilities of investigation and analysis were trained，and the learning interest was promoted.

Key words：ecological experiment;population dynamic;research experiment