本站原创摘 要：面对当前反映出的学生对昆虫学不感兴趣,实验操作能力较弱,昆虫鉴定和标本识别水平较差的现状,分别以“普通昆虫学实验”所涉及的六部分内容,针对性地提出对该课程教学改革的几点建议,如重视昆虫采集、更新实验材料、增设课程论文的考核等途径,以提高实验效果,力求使昆虫学成为一门富有活力,同学喜爱的学科.
关 键 词：普通昆虫学实验内容教学改革
中图分类号：G717文献标识码：A文章编号：1673-9795（2014）02（a）-0095-03
“普通昆虫学”是高等农林院校植物保护专业本科生必修的一门专业基础课,能否较好地掌握昆虫学的基本理论和实验技能,直接关系到后续“农业昆虫学”的学习效果.同时,还将对高年级学生选修昆虫生理学、昆虫毒理学、昆虫生态学等课程产生影响.因此,“普通昆虫学”在整个植保专业课程所处的地位举足轻重.加强和提高普通昆虫学的教学质量和培养高素质、强能力的植保人才密不可分.然而,通过对一份来自南京农业大学70名植保专业高年级学生普通昆虫学“专业综合能力测试”的结果分析,却发现学生实验操作环节比较薄弱,具体表现在标本识别和昆虫鉴定能力较差[1].实验操作不规范,实验效果不理想,同样的现象,在我们认教的各届植保专业的学生中也普遍存在,甚至更为严重.“普通昆虫学”教学改革势在必行.对此,已有较多的教改论文对“普通昆虫学”理论教学改革提出了许多行之有效的措施[2～5],但对该课程不仅起验证、巩固和充实,而且具有引导和拓展作用的实验课程的教学改革却较少涉及[6].
“普通昆虫学实验”在整个“普通昆虫学”的课程学习中占有1/2甚至3/5的比例,只有注重实验课,提高实验课的水平,加强对普通昆虫学实验的教学改革,才能从根本上解决上述存在的问题.正所谓“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”.不仅如此,实验质量的提升还有助于培养学生的动手能力、实践能力和创新能力,激发他们对自然科学的兴趣.为此,针对“普通昆虫学实验”六部分内容的特点,谈几点改进措施.
1认识昆虫,从采集开始
普通昆虫学第一部分实验是以液浸的蝗虫、大黑蝉标本为例,观察昆虫外部形态.如果实验伊始就让学生接触这些经浸泡,并散发难闻气味的昆虫标本,势必消弱同学们对昆虫美好形象的印象,或使一些学生对昆虫本能的厌恶和恐惧加深,进而影响他们对昆虫的兴趣.为此,我们通过将身边活跃的昆虫如人人喜爱的蜜蜂、家蚕,以及人们厌恶的苍蝇、蚊子等常见种类通过图片、挂图,结合影视资料如播放《昆虫帝国》等多种形式,将其一一展现在同学面前,让学生体会昆虫就在身边,昆虫与人类生活关系密切的切身感受,逐步改变他们厌恶或惧怕昆虫的心理.并通过与节肢动物门其他类群的对比,自己归纳出昆虫纲的特征.在此基础上,再通过参观昆虫标本馆,向同学们展示我们采集的昆虫,讲一些采集中的轶闻趣事,让同学们产生捕捉昆虫的.借此机会,以小组为单位发给学生一些捕虫工具,并教给学生制作简单的捕虫器具,学会制作昆虫标本的简易方法.这样,从刚接触普通昆虫学实验就创造让学生亲近昆虫的机会,对昆虫日积月累的体验自然比一周只有一次的实验课效果明显.但现行的实验指导却将昆虫采集放在最后,将普通昆虫学的实验和实习完全分开,这样的安排显然不妥当.经调整后,学生近距离感受昆虫的机会增多了,学习昆虫学也由被动变为主动.在实践中认识昆虫的神奇,积累对昆虫的体会,无疑对后续昆虫学的学习是大有帮助的.
当然,传统的实验材料如通过蝗虫来认识昆虫的外部形态特征,认识头部、胸部和腹部构造及附肢的构造与类型还是不可替代的.但可以通过采集和制作新鲜蝗虫标本（该课程开设在秋季,极易采集蝗虫）来观察上述特征,效果自然比观察液浸标本要好.在实验课前,鼓励学生到农场、草地采集蝗虫,这样即可以让学生了解蝗虫生活的栖境,又在潜移默化中让学生了解一些关于蝗虫生物学特性的知识.昆虫眼、口器、翅、足和外的观察是本部分实验的重点.让学生对自己采集的昆虫的上述构造进行类型鉴别,生硬的形态特征描述与活生生的虫子对应起来,会让他们体会到学以致用的乐趣,学习昆虫学再也不是机械的死记硬背,而是言之有物.除此之外,让他们设计一些简单易操作的小试验,如观察昆虫的行走轨迹,飞行动作和刺吸行为等,都可以充分调动起同学们对昆虫的兴趣,在其中领悟科学的趣味.
2室内和田间相结合,观察昆虫的生物学特性
第二部分实验内容是观察昆虫的生物学特性,其中包括昆虫卵的形态、幼虫和蛹类型的识别,以及对成虫性二型和多型现象的认识,重点是对变态的理解.往常,多通过一些昆虫的生活史标本来展现.但实验中发现一些液浸标本因浸泡过久导致失色、皱缩,或肿胀,与昆虫本身的自然特征相距甚远,甚至导致一些典型特征不突出,极易使学生产生误解.那么,行之有效的最好办法就是让学生看到活体昆虫.到养虫室,那里常年饲养着小菜蛾、棉铃虫、烟夜蛾等老师们用于科研的试验材料.在这里可以亲眼观察到小菜蛾等成虫产卵、幼虫孵化的过程,了解各龄幼虫的形态特征,理解昆虫的蜕皮、虫龄及龄期的关系,并通过卵、幼虫、蛹和成虫形态特征的识别,真正理解完全变态、世代和生活史的含义.当然,再结合一些昆虫的生活史标本如蝗虫,通过对比分析,理解不完全变态就迎刃而解了.
走出实验室,到田野去,同学们将会发现更多令人眼花缭乱的昆虫种类,以此来学习昆虫生物学特性再恰当不过.在植物的顶梢、嫩叶常会发现密集的蚜虫,也许还能巧遇成蚜产仔,以此帮助同学们理解孤雌胎生；菜叶上菜蝽、菜青虫的身影令人厌恶,但却可以帮助他们理解若虫和幼虫的区别；大豆田同学们会发现长着尾角的天蛾幼虫,在棉田又会看到爬起来一弓一弓的造桥虫.凡此种种,昆虫的身影比比皆是,昆虫学实验的素材俯拾皆是.相反,如果不去利用这些大自然赋予我们的资源,关起门来,单纯让学生观察那些没有生气的死标本,长此以往,实验效果可想而知.
3以模式昆虫为例,进行昆虫内部解剖在熟悉昆虫外部形态特征和生物性特性的基础上,进一步通过对昆虫内部结构的解剖,了解昆虫主要组织、器官的构造,进而联系其生理功能,将会使同学们明确地球上昆虫如此繁盛的生理学基础.但若还以大家熟视无睹的蝗虫做单一的解剖材料,恐难以唤起同学们解剖的积极性.对此,我们的作法是换大家比较喜爱的家蚕.家蚕作为模式昆虫而被广泛研究,由我国率先完成的家蚕基因组“框架图”的绘制就是一个很好的范例,借此机会,不仅可以向学生介绍家蚕基因组和功能基因研究的的重要意义,同时,也告诫学生学好解剖学,具备娴熟的实验操作能力才能更好地胜任生物学、生理学和遗传学等生命科学的教学和研究工作.以家蚕为实验材料,还因家蚕幼虫体形较大,易操作,可以清晰地观察到昆虫各生理系统诸如消化系统、神经系统、以及发达的呼吸系统等.此外,雌、雄昆虫生殖系统的解剖,让学生能更直观地了解昆虫生殖的奥妙.而前胸腺的形态学结构会让同学们对内激素分泌部位、传导途径及对昆虫变态的作用机制的理解由抽象变为具体.以家蚕为模式昆虫,还能帮助学生对常见的鳞翅目害虫的为害习性和解剖学构造有更深刻的认识.与传统的蝗虫内部解剖相结合,将会使本部分的内容更丰富,更生动有趣.
说到模式昆虫,不能不提及果蝇.果蝇的地位已经完全超越了作为昆虫本身,它对人类的贡献是其他任何生物不可比拟的,学习昆虫学,却不了解果蝇将是莫大的遗憾.果蝇体小、易饲养、易繁殖,一根腐烂的香蕉就可以诱到果蝇,而秋季水果摊前更是果蝇出没的地方.获得果蝇后,以幼虫为材料,可以让同学们观察唾腺的形态,以成虫为材料同样可以识别各生理系统,并归纳出直翅目（蝗虫）、鳞翅目（家蚕）和双翅目（果蝇）昆虫生理系统的构造特点.以此为契机,可以让同学们就地取材,随时随地对手到擒来的昆虫进行解剖,这样不仅锻炼了学生的动手能力,还有助于理解不同类群昆虫结构与功能的相互关系,并激发学生主动探索昆虫世界奥妙的积极性.倡导以“学生为主体”的教学理念,会让昆虫学实验课精彩纷呈.
4改进分类方法,提高鉴定能力
“昆虫分类”的实验内容将带领学生进入一个五彩斑斓的昆虫王国.通过本部分实验,让学生切身体会昆虫种类之丰富、数量之庞大、分布之广泛.但因内容太过庞杂,学生面对众多的昆虫标本,往往感到无所事从.而问题的关键是学生不能很好地掌握分类特征,不会正确使用检索表.因此,首先在昆虫纲分目的实验中,结合昆虫翅的变异让学生学会识别昆虫纲中与我们人类生活关系密切的直翅目、鞘翅目、同翅目和鳞翅目等10个目的分类依据,并制作检索表加以区分.并通过绘制系统进化树让同学们了解昆虫间的亲缘关系.
昆虫鉴定是一项细致、繁琐的工作,如果长期只停留在标本识别上,学生必然会感到枯燥、乏味.让学生自己到野外采集,再制作成精美的标本,最后完成鉴定的方法行之有效.我们对采集的昆虫类群、种类和数量都有一个量化的标准,按照目、科、属、种由大到小确定分值,并通过互换标本,对各自鉴定结果进行讨论,最终提交一份准确的昆虫名录.再根据种类多少,标本优劣和鉴定结果的准确性进行考核.在讨论中,同学们介绍各自的捕虫心得和鉴定技巧,分类特征也在反复的类比和归纳中做到谙熟于心.以上环节的实施使同学们能对各类群分类特征和检索表做到准确识别和正确编写或使用,再面临分类问题时就能做到井然有序,有条有理,忙而不乱.
5通过饲养昆虫,理解昆虫与环境的关系
与上述内容相比,昆虫生态学有些抽象,造成了学生理解上的困难.但事实上,理解昆虫生态学,就是明确昆虫与环境的关系,核心即是食物、温度、湿度和光周期等对昆虫生长、发育的影响,进而是对昆虫有效积温法则的理解和运用.结合老师们的科研课题,以棉铃虫、小菜蛾与其寄生蜂菜蛾盘绒茧蜂等为试验材料,结合文献资料,利用人工气候培养箱设置不同的温度梯度,就可以推算出不同昆虫的发育起点温度和有效积温.最重要的是通过这些昆虫的饲养,使同学们对昆虫生态学理论的抽象理解变为感性认识.而且,学会饲养昆虫也将是从事昆虫学及相关生命学科研究最基本的技能.
说到昆虫饲养,并不仅仅考虑温度、湿度和光周期这么简单,还应避免病原微生物如病毒、细菌、真菌等的侵染.如何保证饲养昆虫健康、发育正常,只有通过反复实践才能摸索出来.因此,要求所有的植保学生必需亲自饲养一种以上的昆虫,以寝室为场所,选择鳞翅目昆虫为主,至少繁殖3代以上为成功标准.这样,将使学生对昆虫的生物学特性和生态学特性有一个直观、真实、完整的认识,并据此提交一篇“昆虫观察”的小论文,避免只交课堂作业的单一考核方式,同时,也锻炼了学生的动手能力.
6介绍昆虫学研究的最新实验技术
昆虫学是一门富有强大生命力的学科,而昆虫学科日新月异成果的取得离不开昆虫学实验技术的进步和迅猛发展.因此,为进一步拓展同学们昆虫学的知识面,向培养“厚基础、宽专业、高素质、强能力”创新型高层次农业人才目标迈进,相关实验技术的介绍是不可或缺的.面对众多的实验技术,选择一些学生能接受,易操作的内容才能取得事半功倍的效果.比如与昆虫分类学和昆虫生理学相关的制片技术就非常重要.通过原有的小体昆虫玻片标本的制作,可以拓展为石蜡显微切片技术,最后上升为超微切片技术,所不同的是借助的实验仪器的差别即从光学显微镜延伸为电子显微镜,所观察对象是从微米级显微结构到纳米级超微结构的跨越,这其中即有对昆虫表面结构的观察,也有内部细胞结构的辨识.通过昆虫制片技术的介绍和相关实验结果及实验仪器的展示,让学生意识到实验技术是为科研工作怎么写作的,并思考通过这些实验技术能解决哪些科学问题.
昆虫生理学和分子生物学是近年来昆虫学发展最前沿的学科,也是很多同学迫切希望接触的领域.对此,向学生介绍最实用的电泳技术,即包括蛋白质样品的制备、DNA和RNA样品的制备,以及蛋白质和核酸电泳技术.此外,结合老师的科研,向同学们示范常规PCR和RT-PCR的操作流程.通过耳闻目睹,这些单纯的技术就与科研工作紧密地联系起来,促使学生们思考和提出新的研究课题.同时,结合我们昆虫学科在化学生态学研究领域的优势,向学生们介绍触角电位（EAG）、刺吸电位（EPG）和气相色谱技术在昆虫学中的应用.通过现场演示,向同学们说明仪器的使用方法,以及如何识别图谱,并通过对数据的分析,告诉同学们如何撰写科技论文.这些直观、生动和富有研究内容的技术,比单纯实验技术的讲解更易让学生接受,效果也更明显.同时,也极大地调动了学生们对后续相关课程的学习和对科研的直观认识.当然,昆虫学实验技术远不止上述提及的几种,进一步通过让同学们寻找自己感兴趣的内容,写一篇相关技术在昆虫学中应用的小论文,通过上台讲解,同学提问、讨论的方式而将昆虫学实验技术较全面地进行展示.
通过以上教学改革措施的综合运用和实验内容的改进,学生们主动学习昆虫学的积极性提高了,对昆虫学感兴趣的同学增加了,在历届大学生挑战杯竞赛中选用昆虫为素材的课题也呈明显的上升趋势,这说明同学们已经关注昆虫、利用昆虫.当然,昆虫学教学改革是一项长期的任务,需要我们付出长期不懈的努力,但只要我们始终坚持以“学生为主体”的教学理念,在改革中不断探索新思路,新方法,就一定能使昆虫学成为一门富有活力,同学喜爱的学科.