【生态学教学中理论问题的应用性设计】生态学专业就业前景
时间：2019-01-16 03:26:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：生态学中许多理论问题抽象、难懂，深入挖掘理论问题的应用性及实践意义，能够使抽象复杂的问题变得具体简明。成功课程内容的组织和设计，能拓展学生的视野、活跃思想、激发学习积极性与创造力。对生态学理论问题的应用性研究应该是与生态设计理论的思想相一致，即把不和谐的事物转化为和谐一致的事物，应用在生态学教学上就是将重点和难点问题通过设计转化为易懂、亲和、积极的问题，使教学不限于对知识的传授，更应是理性的升华。
关键词：生态学；理论问题；应用性：设计
一、生态学的教学地位
生态学是研究生物与环境相互关系及其规律的科学。它既是一门理论学科，也是一门应用性、实践性、前沿性强的学科。科学技术的飞速发展，为人类带来了极大的利益，但同时加深了人口、资源、环境间的矛盾，解决这些矛盾客观上要求生态学承担起协调人地关系的重任。
生态学是可持续发展理论的重要基础之～。生态学研究内容深入而广泛，理论内容丰富复杂，指导性强。如何在有限的教学时数内，把复杂的理论问题简单化、实践化、生动化，实现意识形态的灌输与实践能力培养的双重效果是我们的任务。我们的教学对象无论是未来的教师，还是生态系统的管理者、实践者，都应通过生态学的学习形成高度完备的生态观、科学的管理观与可持续的开发利用观。
生态学是与其他学科具有广泛交叉的活跃学科。生态学理论、技术、方法的日新月异，从生态学教学与应用领域而言，已从传统的生物学科渗透到包括社会、经济等非自然科学领域。本研究以地理学科体系下生态学教学内容的科学建构为目的展开研究，旨在地理学人才培养体系中充分发挥生态学的作用，实现人才培养效益的最大化。
二、生态学理论问题的表达特点
(一)重视分层表达
生态学研究层面多，内容广泛。其研究对象包括分子一细胞一器官一个体一种群一群落一生态系统一生物圈等几个层次，且以各层次研究的生态学进行独立表达。因此，教学中应注意强化理论问题系统性、逻辑性及其理论问题的内在联系。
(二)重视模型表达。在地理专业的生态学的教学中侧重于种群、群落、生态系统及生物圈生态学的研究。对不同尺度的研究内容用数学模型对事物的变化及内在关系进行科学的表达更容易揭示事物的本质与规律，但应加强模型的生态意义与应用性的阐述。
(三)重视结果表达。生态学各研究层次中均有重点和难点理论，目前，多数生态学教材对理论问题的表达偏向强调结果，而对内在机制分析不足。因此，教学中应注意过程及内在机制的分析。
三、生态学理论问题的应用性设计探讨
(一)种群的动态变化问题
种群生态学研究的核心问题就是种群的动态变化，该问题既是重点也是难点。其中，在讲种群的逻辑斯谛增长规律的应用时，我们例举了人口数量与地球的承载能力的关系的三种变化模式：
第一，理想模式：指人口数量按指数增长，缓慢的以“s”型曲线增长，并以渐近线的形式接近人口承载力“K”，这种温和而非过激的增长不会造成对环境的伤害，是理想的发展模式。
第二，不理想模式：指人口数量的增长先超过地球承载能力，然后又由于资源环境的胁迫而降到承载能力之下，再经波动后接近承载力K，最终人口数量才趋于稳定，是一种动荡的、波浪式的增长。
第三，极不理想模式：这是一种不正常的增长情况，即人口数量的增长远远超过地球承载能力K，致使生态系统中的某些要素受到严重破坏，从而导致承载能力下降至较低的承载能力K’，人口数量也迫降到K’容许的新的地球承载能力。
对该问题的分析，既揭示了种群J增长与S增长间的关系，又反应了人类种群管理乃至生物圈管理的深层次问题，实例恰当的应用与选择可以使知识得以深化、升华，让学生站在更高的视角去观察和思考问题。
(二)群落生态学问题
重点讲授植物群落的结构及其动态变化等知识。群落生态学是农业、林业、畜牧业发展的必要的理论基础，在土地利用、自然保护等诸多领域都具有重要意义。
1 群落的空间结构
生物群落作为一个有机实体，它在空间结构上表现为群落的垂直分层现象和水平镶嵌现象的特点。以群落垂直结构为例，群落的垂直结构保证了生物对空间和资源的充分利用，促进了生态系统稳定性的提高。茶胶模式是对群落垂直结构理论的成功的应用，兼备生态、经济与社会效益。介绍茶胶模式是群落结构教学的基础，教学中更应重视的是对茶胶结构内在机制，及对群落垂直分层生态特征的分析，这样才能激活并引发学生更广泛的思考。
群落的生态设计问题。所谓生态设计是将系统中矛盾的事物转化为和谐一致的事物。群落中人类的需求与自然的给予间总是存在多种多样的矛盾，协调矛盾而不是激化矛盾，这是生态设计的宗旨。如桑基鱼塘模式是生态设计的成功范例，他们将人与水之问的矛盾转化成人水之间的和谐。教学中我们提出了黑龙江省三江平原资源利用中的矛盾问题，提出了大庆地区水污染、水资源匮乏与环境需水量大等环境保护问题，引导学生积极思考，形成一系列有创意的探讨。增强了学生责任意识与使命感。
2 群落的动态
任何一个生物群落都是一个动态实体，按动态变化的时间长度可分为：群落日变化、月变化、季相变化、年际波动与演替等。动态变化的现象是教材所体现的内容，我们将现象分析与生态系统管理联系起来则增加了学习的目的性、生动性与理性的升华。以日变化为例，结合植物生长特点，在温室、大棚的管理中，科学地利用植物在白天的光合作用能力同化更多的有机物，同时注意控制夜间温室温度减少植物自身的呼吸与代谢，以形成更多的净积累，达到提高生物生产力的目的，并要求学生举一反三的应用群落的动态变化规律指导生产实践，这样的教学可形成良好的互动。
群落演替顶极理论是群落动态理论的难点，在讲授三个顶极理论的基本内容时，引进了时间尺度的概念，这一概念虽超过了生态学的研究范畴(尺度为景观生态学中的研究内容)，但在揭示单元和多元顶极论间矛盾的根源问题上确有拨云见日、一语见地的功效。同时在讲顶极格局说时，让学生分析与三个顶极理论形成有关的群落性质思想的继承特征。使学生从根源上认识三个顶极理论的本质，把握三个顶级理论之间的区别与联系(表1)，教学效果很好。
3 生态系统生态学理论
生态系统研究是现代生态学研究的主流。重点介绍生态系统的结构、功能。
(1)生态系统的能量流动
生态系统作为以太阳能为能量基础的系统，它完全符合研究能量转化的物理学中的热力学定律。讲授中我们介绍了热力学第一、第二定律及耗散结构理论。并通过分析推演将三个独立的理论有机的联系在一起。
特别是当介绍耗散结构理论伟大贡献时，将热力 学第二定律的局限性与耗散结构的创造性及二者的研究前提(孤立系统、开放系统)的本质差异做了很好的说明。耗散结构的意义在于：一方面成功地解决了克劳修斯和达尔文的矛盾。即退化与进化的矛盾。克劳修斯的热力学第二定律，表明一个孤立的系统会向均匀、简单、消除差别的方向发展。然而，我们所观察到的生物界的进化恰好与之相反，即由简单到复杂，由低级到高级发展。耗散结构的研究对象处于远离平衡态、非线性区内的开放系统中。这个矛盾在明确了研究前提后得到了科学的解决，使两个根本对立的矛盾得到了统一。即在有足够的负熵输入的情况下系统会出现从无序向有序的方向发展，符合生态系统的发展方向。另一方面，耗散结构理论为研究复杂系统的演化，特别是研究演化中的突变行为，提供了科学根据。“探索复杂性”是耗散结构理论的重要任务，研究系统演化中的突变行为是系统研究中非常令人困惑的棘手问题，耗散结构理论则使这一问题迎刃而解，堪称科学奇迹。如激光这一现象的形成很好地诠释了系统由无序到有序过程中的突变行为及系统发展中的阈限问题，这一研究使生态系统理论的发展出现了巨大的飞跃。该问题虽是理论分析的延展，但教学效果甚好。
能流分析中生态效率是一个很重要的概念，但教材上直接给出几个基本的效率公式，这种表达方式学生不容易把握生态效率研究的重要性及意义，缺少亲和力，学生只能机械地记忆几个效率比值，知识得不到升华，鉴于此我选择了几个生动的例子讲解各效率公式，如以组织生产效率为例，变温动物的组织生产效率远大于恒温动物(蝗虫37％，鼠3％)，同样喂食蝗虫和田鼠50千克食物，蝗虫增重6.85千克，而田鼠只长0.7千克。那么，在以生产动物蛋白为目的的生产管理中，增加变温动物的生产有利于节约能量，大大提高生产效率。
(2)生态系统的物质循环
在全球变化问题引起人的高度关注的情况下，碳循环成为全球变化中的研究重点。如何将这一问题讲深、讲透变得非常重要。我们采取了以机制探讨为突破口的思路。调动和引导学生用所学的地理学基本理论推衍全球变暖后全球大气环流形式的变化。由陆地降水分布、温度分布及水热组合模式，分析了在我国典型的大陆性季风条件下可能出现的一系列生态后果，并结合玉米、水稻、小麦等大宗作物生长特性与未来新水热组合的气候特征间的关系，探讨和揭示了未来农业生产面对的机遇和挑战，同时，也对林业生产进行了全球变暖后正负效应的辨证分析。这样组织的一节课让学生学得主动，学得痛快，既是对已有知识应用一次实战检验，又是对未来发展趋势做出的理性分析与思考。这样的教学设计教师讲的入境，学生听的兴奋，效果甚佳。
4 对概念的诠释及其应用性思考
以生物量与生产量为例，这是两个很简单的概念。教学中我们设计了几个开发学生分析能力的问题。如：以单位水体(池塘)为例，1)如何实现底栖生物的最大现存量?2)如何实现底栖生物的最大生产量(以年为单位)?3)在水产养殖中如何结合所学生态学理论对水体进行科学设计与管理以实现效益最大化?
第一个问题很简单，只要不向系统外输出底栖生物即可实现。第二个问题则需要一个调查结果来说明，即水体中当有底栖动物的捕食者时，每年底栖动物的生产量是无捕食者时的17倍之多。这一问题也可结合逻辑斯谛增长规律进一步说明，即当生物的现存量在K／2左右时，种群个体数量NO较大，环境剩余空间也较大，根据逻辑斯谛增长模型：
dN／dt=NO×r(1－N／K)
这时种群的自然增长速度很快，应用在生产上则种群的生产效率很高。第三个问题则是一个涉及对水体生产结构进行生态设计的问题，包括对垂直结构的科学配置及对水生生物的适时捕捞，以实现PN／PG的效益最大化等。这虽是对简单概念的学习，但通过教学设计，即可极大地提升学生的认知与思考空间。
三、结论与思考
1 成功的课程内容组织与内容设计，不仅能达到事半功倍的教学效果，更重要的是能开拓学生的视野、活跃学生的思想、激发学生的学习积极性与创造力，启迪学生的探讨真理，揭示规律的灵感。
2 科学的教学设计要求教师本身对课程内容有深入的理解。要在教学上舍得花心思、花力气，并在教学和科研中不断提高自己的能力与认识水平。
3 对生态学理论问题的应用性研究不仅仅是举恰当的实例说明问题，这种研究应该是与生态设计理论的思想具有异曲同工之妙。生态设计思想的本质在于把不和谐的事物转化为和谐一致的事物，应用在生态学教学上就是将重点和难点问题通过设计转化为易懂、亲和、积极的问题。
4 引入自我超越机制。教学不只应停在对知识的简单传递上，更应重视理解和升华，知识的简单传递是教学中的简单劳动，而对知识的理解升华则是开启智慧的复杂的、高质量的创造性劳动。
