余洋 姜鑫 張露思＊

1 生態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的背景闡述

生態(tài)修復(fù)是風(fēng)景園林學(xué)研究的主要內(nèi)容之一，在知識(shí)結(jié)構(gòu)中需要具備較好的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)[1]。作為實(shí)驗(yàn)科學(xué)，生態(tài)學(xué)所研究的現(xiàn)象、過程和機(jī)理都需要通過實(shí)驗(yàn)的印證和探究[2]。在普通生態(tài)學(xué)研究中廣泛應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)方法直接影響景觀生態(tài)學(xué)理論的發(fā)展，是研究和教學(xué)的基本途徑之一[3]，基本的實(shí)驗(yàn)綜合技能是生態(tài)學(xué)理論知識(shí)向?qū)嵺`過渡的保障[4]。在以設(shè)計(jì)課程為核心的風(fēng)景園林本科教學(xué)體系中，生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)涵拓展為“理論+案例+概念設(shè)計(jì)”[5]。生態(tài)課群由設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)實(shí)踐三大板塊構(gòu)成[6]，生態(tài)知識(shí)的應(yīng)用包含在各類生態(tài)規(guī)劃及設(shè)計(jì)的能力之中[7]。

在國(guó)外風(fēng)景園林專業(yè)的教學(xué)中，生態(tài)學(xué)教學(xué)體現(xiàn)為不同的教學(xué)形式。哈佛大學(xué)的教學(xué)強(qiáng)調(diào)以影響設(shè)計(jì)過程的生態(tài)分析為核心，開設(shè)有景觀生態(tài)、城郊生態(tài)學(xué)等自然系統(tǒng)課程[8]。賓夕法尼亞大學(xué)強(qiáng)調(diào)以工程課程教學(xué)為核心，開設(shè)包括雨水管理、植物生態(tài)修復(fù)等內(nèi)容的場(chǎng)地工程和生態(tài)技術(shù)課程，并將這些知識(shí)綜合運(yùn)用到城市設(shè)計(jì)方案中[9]。謝菲爾德大學(xué)強(qiáng)調(diào)以跨學(xué)科培養(yǎng)為核心，強(qiáng)調(diào)生態(tài)對(duì)景觀的重要性[10]。課程內(nèi)容包括場(chǎng)地植物生態(tài)學(xué)應(yīng)用、生態(tài)設(shè)計(jì)項(xiàng)目、恢復(fù)與再利用等生態(tài)學(xué)課程，通過野外實(shí)習(xí)等方式，提高景觀設(shè)計(jì)師恢復(fù)受破壞的人工或自然環(huán)境的能力[11]。

在其他專業(yè)的景觀生態(tài)教學(xué)中，野外實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作是培養(yǎng)實(shí)踐能力的主要授課方式。德國(guó)基爾大學(xué)地理專業(yè)開設(shè)有生態(tài)數(shù)據(jù)分析與評(píng)估、生態(tài)建模、土壤專題、生態(tài)分析等課程，其中生態(tài)分析課程采用野外實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作的方式進(jìn)行授課[12]。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)學(xué)專業(yè)開設(shè)有綜合實(shí)驗(yàn)課程生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法與技術(shù)，綜合實(shí)習(xí)課程生態(tài)學(xué)野外綜合實(shí)習(xí)等，并在生態(tài)學(xué)農(nóng)場(chǎng)中進(jìn)行“種田計(jì)劃”，要求學(xué)生進(jìn)行生態(tài)實(shí)踐[13]。野外實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作主要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手的實(shí)踐和科研能力。

在風(fēng)景園林教育專業(yè)實(shí)踐體系中的實(shí)驗(yàn)單元涉及材料與構(gòu)造、模型、土壤和氣象4個(gè)部分，其中土壤和氣象部分屬于生態(tài)實(shí)驗(yàn)范疇，教學(xué)要求以熟悉和了解為主[1]。但是，在高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，較少涉及生態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)K[14-16]，其他風(fēng)景園林高校在人才培養(yǎng)和教育思想中也較少提及關(guān)于生態(tài)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容[17-18]。

2 教學(xué)目標(biāo)與方式

2.1 教學(xué)目標(biāo)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的風(fēng)景園林專業(yè)教育一直以培養(yǎng)學(xué)生的生態(tài)規(guī)劃和設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)[19]，依托設(shè)計(jì)課程的生態(tài)教學(xué)在理論授課、設(shè)計(jì)指導(dǎo)和生態(tài)實(shí)驗(yàn)3個(gè)層面展開。生態(tài)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在生態(tài)學(xué)理論認(rèn)知和分析的基礎(chǔ)上，以設(shè)計(jì)問題為導(dǎo)向，分析設(shè)計(jì)場(chǎng)地的生態(tài)環(huán)境，判斷設(shè)計(jì)場(chǎng)地的生態(tài)條件，提供生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的決策依據(jù)。

表1 不同層面的生態(tài)實(shí)驗(yàn)Tab. 1 Different levels of ecological experiments

表2 設(shè)計(jì)課中的生態(tài)實(shí)驗(yàn)Tab. 2 Ecological experiments in design course

2.2 實(shí)驗(yàn)類型

生態(tài)實(shí)驗(yàn)類型涵蓋基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，以演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，使學(xué)生掌握生態(tài)實(shí)驗(yàn)的步驟和方法。綜合性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)過的生態(tài)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，對(duì)場(chǎng)地生態(tài)問題進(jìn)行復(fù)合性的生態(tài)因子分析。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，所有的實(shí)驗(yàn)都強(qiáng)調(diào)從測(cè)量到建造的過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和自主科研能力。

2.3 教學(xué)內(nèi)容

生態(tài)實(shí)驗(yàn)課分為設(shè)計(jì)課的實(shí)驗(yàn)課時(shí)和獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課2種教學(xué)方式。設(shè)計(jì)課中實(shí)驗(yàn)課時(shí)的教學(xué)目的在于為場(chǎng)地調(diào)研及設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，以場(chǎng)地認(rèn)知和評(píng)價(jià)為主；獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的是對(duì)特定類型空間的生態(tài)問題進(jìn)行研究，以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析為主（表1）。設(shè)計(jì)課程中的實(shí)驗(yàn)課包括土壤實(shí)驗(yàn)及地表徑流實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)場(chǎng)地內(nèi)土壤及地表徑流的理化分析，即可得到場(chǎng)地調(diào)研所需要的數(shù)據(jù)。獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課針對(duì)特定專題（雨水花園）進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以土壤脅迫實(shí)驗(yàn)為主，包括淹水脅迫、鹽脅迫和重金屬脅迫等，通過觀察雨水花園的植物生長(zhǎng)變化，分析其土壤理化性質(zhì)。

3 課程案例

在設(shè)計(jì)課程中，生態(tài)實(shí)驗(yàn)以真實(shí)認(rèn)知設(shè)計(jì)場(chǎng)地為目標(biāo)，鼓勵(lì)學(xué)生探索循證設(shè)計(jì)的方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可作為學(xué)生對(duì)場(chǎng)地量化認(rèn)知和分析的基礎(chǔ)，提升生態(tài)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性；獨(dú)立的生態(tài)實(shí)驗(yàn)課程以分析和驗(yàn)證設(shè)計(jì)決策為目標(biāo)，鼓勵(lì)不同專業(yè)背景的學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科的合作研究。

1 學(xué)生采集設(shè)計(jì)場(chǎng)地的表層土壤樣本Students collect surface soil samples from the design site

2 雪 敏公園設(shè)計(jì)中的生態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Ecological experiment data in the design of Xuemin Park

3.1 設(shè)計(jì)課中的生態(tài)實(shí)驗(yàn)

在哈爾濱工業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林專業(yè)本科的庭院設(shè)計(jì)、植物景觀設(shè)計(jì)、生態(tài)公園規(guī)劃和生態(tài)公園設(shè)計(jì)等課程中，均完成了8～12課時(shí)的生態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)（表2）。實(shí)驗(yàn)課程以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)為主。在植物景觀設(shè)計(jì)課程中，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為指導(dǎo)學(xué)生采集場(chǎng)地生態(tài)環(huán)境因子和土壤樣本，分項(xiàng)測(cè)定日照、濕度、土壤含水率、pH、有機(jī)質(zhì)等主要生態(tài)指標(biāo)。綜合性實(shí)驗(yàn)指針對(duì)不同的植物群落，采集復(fù)合性的數(shù)據(jù)，判斷和選擇適宜不同植物群落的生境類型。在生態(tài)公園規(guī)劃課程中，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)指在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)土壤酸堿度和重金屬污染等項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)指為了判定場(chǎng)地生態(tài)修復(fù)的可能性，有目的地采集土壤和水文樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，分析土地污染和水體污染的程度（圖1、2）。

3.2 獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課

獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課名稱為雨水花園生態(tài)技術(shù)，教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握基本生態(tài)原理和相關(guān)生態(tài)技術(shù)，通過對(duì)土壤和植物理化特征的研究，對(duì)雨水花園的生態(tài)效益進(jìn)行多維監(jiān)測(cè)和分析，建構(gòu)循證創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思維。課程分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)2個(gè)環(huán)節(jié)。理論教學(xué)分為2部分：1）對(duì)基本原理、景觀規(guī)劃及設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)梳理，強(qiáng)調(diào)生態(tài)技術(shù)的類型和應(yīng)用；2）講述生態(tài)實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)儀器的操作步驟，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的意義和作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為3個(gè)環(huán)節(jié)：1）組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的準(zhǔn)備；2）指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)操作；3）帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和分析。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索了多學(xué)科交叉的教學(xué)模式，教師分別來自風(fēng)景園林與環(huán)境工程2個(gè)專業(yè)，學(xué)生分別來自風(fēng)景園林、環(huán)境科學(xué)、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用、建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境設(shè)計(jì)等不同專業(yè)。選課學(xué)生多為已經(jīng)具有一定實(shí)驗(yàn)技能的風(fēng)景園林專業(yè)的學(xué)生和具有熟練實(shí)驗(yàn)技能的環(huán)境科學(xué)的學(xué)生，學(xué)生的互助學(xué)習(xí)加快了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)進(jìn)度。在明晰了土壤等生態(tài)指標(biāo)選取的依據(jù)和意義之后，教師指導(dǎo)學(xué)生們針對(duì)雨水花園的生態(tài)問題提出特定的實(shí)驗(yàn)方向和目標(biāo)，進(jìn)入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段，并嘗試自行準(zhǔn)備和搭建有特定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的實(shí)驗(yàn)器材（圖3、4）。

以雨水花園的植物脅迫實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生經(jīng)歷了生長(zhǎng)觀察、種子處理、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地建造、植物定植、溶液試劑配制、葉綠素和SOD數(shù)據(jù)采集等系列實(shí)驗(yàn)過程。在此過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生們不斷優(yōu)化最初的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，不斷熟悉和掌握實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)量?jī)x器，更深入地認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)問題，并針對(duì)每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)說明，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的有效性和準(zhǔn)確性（圖5、6）。

4 課程特色創(chuàng)新

生態(tài)技術(shù)方法在生態(tài)教育中具有核心地位，設(shè)計(jì)課程在生態(tài)技術(shù)方法的教學(xué)中具有重要作用[20]。如何建構(gòu)理論、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)一體化的課程模式，如何建立微觀的生態(tài)實(shí)驗(yàn)與宏觀的生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計(jì)之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如何支撐設(shè)計(jì)型人才培養(yǎng)，是生態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)最重要的創(chuàng)新之處。

4.1 建構(gòu)三位一體的課程模式

3自制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)圖Self-made experimental device design

4自制實(shí)驗(yàn)裝置平面圖Self-made experimental device plan

5小組合作完成實(shí)驗(yàn)Teamwork to complete the experiment

設(shè)計(jì)課可以充分發(fā)揮應(yīng)用生態(tài)學(xué)的特點(diǎn)，鍛煉學(xué)生用理論解決現(xiàn)實(shí)問題的能力[21]。在生態(tài)理論和案例教學(xué)日益完善的過程中，實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐和實(shí)證環(huán)節(jié)是從理論和概念轉(zhuǎn)向?qū)嵺`和應(yīng)用的有效途徑。生態(tài)實(shí)驗(yàn)課、生態(tài)理論課和設(shè)計(jì)課應(yīng)三位一體、相輔相成。設(shè)計(jì)課提出明確的生態(tài)問題，實(shí)驗(yàn)課對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行實(shí)證分析，實(shí)驗(yàn)課還可以驗(yàn)證生態(tài)理論和技術(shù)選擇在設(shè)計(jì)應(yīng)用的可行性和有效性（圖7）。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是風(fēng)景園林學(xué)科的研究和發(fā)展必不可少的重要環(huán)節(jié)[22]，生態(tài)實(shí)驗(yàn)不僅在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中不可缺失，更應(yīng)該在設(shè)計(jì)課中發(fā)揮更大的作用，成為求真求實(shí)的重要組成。各高校在生態(tài)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)沒有明確充分的課程建設(shè)，究其原因可能涉及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、課程教師組成、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與專業(yè)課結(jié)合等問題。

4.2 培養(yǎng)“設(shè)計(jì)——實(shí)驗(yàn)”的循證思維

6依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線法制作的比色分析計(jì)Colorimetric analyzers made according to the standard curve method

研究表明美國(guó)風(fēng)景園林學(xué)科已經(jīng)由傳統(tǒng)的以美學(xué)和設(shè)計(jì)理論方法為核心的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，向以科學(xué)解釋和客觀可度量的循證設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變[23]。循證健康修復(fù)環(huán)境和健康城市規(guī)劃中的循證設(shè)計(jì)[24-25]等研究成果表明風(fēng)景園林的量化研究有著舉足輕重的作用。課程教學(xué)注重引導(dǎo)學(xué)生量化分析場(chǎng)地的生態(tài)狀況，避免科普化的主觀臆斷。在課時(shí)的限制下，雖然實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難以支撐所有的設(shè)計(jì)問題，但是課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)上，將經(jīng)驗(yàn)知識(shí)與循證知識(shí)相結(jié)合，建構(gòu) “設(shè)計(jì)——實(shí)驗(yàn)”循證的設(shè)計(jì)研究思維，有理有據(jù)地逐步推演系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)方案。

4.3 培養(yǎng)跨學(xué)科的團(tuán)隊(duì)合作能力

風(fēng)景園林學(xué)科綜合性強(qiáng)[26]，具有多學(xué)科交叉、跨界、協(xié)同的特性[27]，其知識(shí)體系與多個(gè)學(xué)科交織融合，跨學(xué)科的團(tuán)隊(duì)合作將是解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題的有效途徑。在獨(dú)立設(shè)置的生態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有意識(shí)地將建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)、環(huán)境科學(xué)等不同專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行交叉組合。在團(tuán)隊(duì)解決問題的過程中，促進(jìn)不同專業(yè)背景的同學(xué)相互了解與交流，激發(fā)多學(xué)科維度的融合與討論，培養(yǎng)學(xué)生掌握跨學(xué)科的團(tuán)隊(duì)合作能力。

7 課程建構(gòu)理論模型Curriculum construction theory model

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過5年的積累與發(fā)展，生態(tài)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)在總體上是卓有成效的。學(xué)生一方面掌握了基本的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，另一方面也培養(yǎng)了循證設(shè)計(jì)的科學(xué)思維和跨學(xué)科合作的經(jīng)驗(yàn)。本課程的創(chuàng)新之處主要在于以設(shè)計(jì)為導(dǎo)向進(jìn)行生態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，拓展了生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計(jì)的深度與廣度。

應(yīng)該指出的是，生態(tài)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果受制于實(shí)驗(yàn)課時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件。在初始階段，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、目標(biāo)和應(yīng)用比較茫然，僅能夠采集簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在后續(xù)的課程中，學(xué)生會(huì)更加熟練地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，有針對(duì)性地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，生態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要一系列設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的支持，在條件允許的情況下，設(shè)置獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程。同時(shí)，景觀生態(tài)實(shí)驗(yàn)室是保障教學(xué)效果的基礎(chǔ)，應(yīng)配置專項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和多學(xué)科組合的教師團(tuán)隊(duì)，選擇以設(shè)計(jì)實(shí)踐為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)策略發(fā)揮作用。

注釋：

① 圖1、5、6均為實(shí)驗(yàn)課操作照片，均為作者自攝；圖2為學(xué)生實(shí)驗(yàn)課作業(yè)圖片，為學(xué)生繪制；圖3、4、7均為作者自繪。

② 文中表格均為作者自繪。