实施过程及学习收获
（一）学者拓展知识
在初二的生物学课堂上，学生们学到了“生物与环境”“动物类群”和“动物的运动和行为”相关的内容。在此基础上请北京师范大学生命科学学院教授、中国动物学会副秘书长、国际保护生物学会中国委员会秘书长、国际自然保护联盟（IUCN）亚洲象专家组成员张立教授来到学校，为初二创新班的同学们进行了题为“你所不知道的亚洲象”的现场讲座。对亚洲象的习性、行为、种群、现存数量，及人象关系等进行了系统的介绍（图5—58）。
图5—58 北师大张立教授给学生们做讲座
张立教授的讲座受到同学们的热烈欢迎，他们与张教授互动，提出许多相关的问题，他们问题的高度和思维的严谨都得到了张教授的好评。报告会的成功也让人更加坚定了从青少年开始做环境教育的紧迫性和必要性。张立教授说：“我一直就反对我的学生就看专业那点书，应该看更全面的。比如我们现在做大象的研究，从分子到宏观都做。所以我们组，只要和大象有关的，从野外到实验室都做。从分子到遗传多样性，一直到生态廊道的规划、保护区的管理规划，我们都在做。这就是说我们需要多方面的知识。”
（二）专家引领认识丰容新理念
丰容的英文单词是“enrichment”。环境丰容是指通过改变圈养环境来刺激圈养条件下健康的野生动物表现出一系列的自然行为的方法。它是指通过人为干涉的方法来激励动物表现出正常的行为，确保动物生理和心理的需要。例如，通过改进兽舍结构、喂食时间、社群结构就可能减少动物的踱步、拔毛（羽）等刻板行为，促进动物表现出类似在野外的自然行为。
北京动物园在丰容方面不断努力，取得了令人瞩目的成绩。图5—59为北京动物园丰容小组的张轶卓工程师给学生们做讲座。
图5—59 北京动物园丰容小组的张轶卓工程师给学生们做讲座
如图5—60所示，浣熊善于攀爬，栖架对它们来说是必要的。饲养员除了每日的清扫、喂食外。自己动手进行环境丰容也是他们的日常工作之一。
如图5—61所示，这是猩猩馆的饲养员们在给黑猩猩悬挂轮胎玩具。做玩具设计时要注意，动物的力量往往超出我们的想象，玩具一定要安全坚固，材料一定要环保。要谨慎使用一些可能对动物造成伤害的材料。
如图5—62所示，象的力量大，轮胎之间的连接一定要结实。
如图5—63所示，这个洞穴是给黑背胡狼的，多么像野外天然的洞穴。
如图5—64所示，其实这个树干局部还是用水泥做的，但是经过人工的修饰，就像真树干一样。
如图5—65所示，在大赤袋鼠的对面设置一面镜子，将食物放在镜子跟前。大赤袋鼠小心翼翼，它感觉镜子里有一个同类。
图5—60 饲养员正在给浣熊搭栖架
图5—62 用几个轮胎穿在一起给象玩的玩具
图5—63 动物园在给动物环境进行设计时要尽可能去人工化
图5—64 给浣熊模拟的一个树干洞穴
图5—65 给大赤袋鼠做视觉丰容试验
图5—66 一个供大象玩耍的小水坑
图5—67 最新改造的小熊猫运动场
如图5—66所示，大象十分喜欢泥浴，玩耍得十分开心。
非固定器具（可以移动的器具）的提供能够增加动物不可断定性的运动。如图5—67所示，栖架的布置充分利用了整体空间，高低错落。
如图5—68所示，当犀牛用头部晃动PVC管时，里面的食物就会掉出来。
如图5—69所示，操作这个滑轮取食器时需要两名饲养员。当肉条到达运动场里，虎会极力站起来抓取食物。这不但锻炼了虎的后肢力量，也锻炼了虎的取食能力。
图5—68 模仿英国一家动物园给犀牛做的取食器帘
图5—69 一个滑轮取食器
图5—70 两只白狮对这个包裹物很有兴趣
如图5—70所示，包裹里面是个麻袋，里面放着斑马接触过的草。狮子的嗅觉非常灵敏，唤起了它们在野外追逐食草动物的野性。这是典型的气味丰容。
（三）到动物园去见识
北师大的张立教授说过：“做研究，喜欢是第一位的。”因为喜欢，他才能在致力于野生动物保护的道路上越走越远。同样也因为喜欢，他在当了老师挑选自己的学生时，更关注学生对这份研究工作的喜爱程度。张立教授的学生周方易就是一位热爱动物研究并愿意付出的好学生。在繁忙的大学课业状态下，他仍坚持利用空闲时间来北京动物园做大象丰容的研究工作。他的行动本身就给附中的同学们做了非常好的榜样。他就“动物丰容”话题为同学们进行现场讲解，各笼舍饲养员专门为同学们进行了现场演示。同学们在现场表现主动、积极，认真地记笔记并完成任务书（如图5—71所示）。他们对丰容前后的动物行为进行了比较观察，从而对“动物丰容”“动物福利”有了更直观的感受和更全面的了解。
同学们以小组为单位，自选主题，分别为动物园的一种动物进行了模拟丰容设计。在此过程中，同学们需要查阅相关资料，了解动物习性，并从“食物投放”“地面铺垫”“植被种植”“玩具栖架”“视觉障碍”等多方面进行考虑和研讨，为圈养动物设计了更加符合动物天性的笼舍环境。同学们的设计方案得到了动物园各位工程师的积极反馈和高度评价（图5—72）。
图5—71 同学们现场的记录
图5—72 同学们在参观后所做的丰容设计
（四）参与课题研究
课程进行了一个学期之后，根据学生们自己的学习探究兴趣，分为“化学小组”“电子兴趣小组”“电学兴趣小组”和“动物丰容小组”等课题小组。有24位学生选择继续他们丰容的研究。
学生们的兴趣得到了北京动物园领导的大力支持。
北京动物园是国内最早研究动物环境丰容的科研院所，并有不少动物丰容方面的科研实例，而且拥有种类繁多的动物和优良的笼舍饲养条件（差不多是国内饲养条件最好的公立动物园）。此外北京动物园饲养小队的3位工程师对目前国内动物园环境丰容的科研背景和研究方向，有着十几年的研究和认知，并进行了大量的、科学的方法总结，是一个非常完美的教学实践基地（例如，何绍纯工程师曾带过学生研究丰容获得科技创新大赛一等奖）。虽然我国动物园的环境丰容工作和国际一流动物园相比，还存在一些问题和不足，还需要不断地摸索和改进，但借助北京动物园，借助于2015年第12届环境丰容大会在北京举办的这一契机，让学生有效地参与环境丰容设计工作，或许可以使学生真正获得有关生物和环境关系、动物行为学等方面的科学认知；对于动物的认知和有关动物福利状况方面的科学素养，也必将有所提高。
环境丰容课程的学生们需要经历选择目标动物和研究方向、查阅相关文献、制定研究方案、具体研究及试错尝试、调整研究方案、观察记录数据、分析数据并得出结论、完成论文等过程。完成环境丰容学科有关探究和学习方面地比较完整的体验。在学习过程中，同学们不仅收获了科学知识、科学方法、科学习惯、科学思维，更在与导师一起学习、研究的过程中，感受到了科学家严谨的科学精神和敢于担当责任的胸怀。
其实有了研究动物的热情还是不够的，研究要经历一个过程，同学们就是在这个过程中不断地见识和学习，得到收获。首先他们根据自己的兴趣点寻找要研究的目标动物，然后就所选择的内容和专家们讨论和座谈，他们非常有幸地得到北师大张立教授和北京动物园副园长张金国总工地指导。两位都在动物研究中积累了丰富的经验，他们把自己经历的案例讲给学生们听，并认真听取学生们的想法，给予引导和启发。经过他们的指导，同学们对自己的选择进行了一些修改和调整，也认识到在科学研究中可操作性的意义。
图5—73 何绍纯工程师介绍南非长角羚的识别技巧
北京动物园有一个丰容小组，由3位工程师组成，他们是何绍纯工程师、张轶卓工程师和张媛媛工程师。作为清华附中的指导团队，他们进行了精心的设计和周密的工作，为同学们的收获付出了极大的努力。老师们先给同学们讲如何观察判定动物的行为（行为学范畴），如何鉴定观察的动物性别和个体（动物形态和结构差异），为他们的观察打理论知识基础。在完成环境丰容任务的同时，还要提高学生的学习能力和观察技巧（图5—73）。
第一次活动安排识别动物个体。例如雌雄、个体大小差异、种类、生活习性等，都是安排在第一次活动中的。提出的要求是第二次可以毫不费力地识别出每个个体。比如羚羊课题小组共4只南非长角羚——121号（公）、092号（母）、132号（母）、142号（母），特征关系如下：
092号（长短不齐）
121号（双角外撇）
132号（右角尖拧）
142号（角最规范）
他们一开始用好奇的眼光观察动物，逐渐慢慢学会用科学的语言、科学的方式，记录下自己每一次活动的成长过程。
第二次活动是围绕着分配好的动物，查阅资料，撰写开题报告。活动围绕上次的实验设计进行总结，或是讨论上次观察个体中出现的问题，现场思考改进方式，并进行动物观察和行为谱表设计工作。在这之前，学生们已经学习课本上有关行为学范畴先天性行为和学习性行为的差异，知道尝试与试错这两个知识点的含义。对于营群体性生活的动物，知道他们具有社会行为。但对于个体动物具体行为，如何定义某个行为，如何科学地观察，在理论体系上还有所欠缺，因为课本上根本就没有讲。第二次活动发起的目的，正是发现了学生面对的不足与困惑，从多面、多角度、多种方式来引导学生使用文献检索系统，制定动物行为谱表，并设计合理的观测方法。
第三次至第五次活动都安排在动物园内完成。指导学生的具体步骤是：首先完成观察活动，填写行为谱，三次观察活动后开始撰写论文初稿，并自己完成有关行为学方面的知识储备。于期中考试后，开始准备学校举行的中期汇报会活动。对前5次的动物园活动进行一个总结的主要目的，是让学生在学习成长过程中展示出自己出现的问题与困惑；其二是通过和科研工作者一起学习交流，学习触摸科学、感受科学、聆听科学的具体方法；其三是见识科学研究的严谨性、复杂性，体验科学过程的艰辛与曲折；其四是学习几种常用的科学方法，培养丰容学科体系的科学习惯；其五是体会渗透科学思想；最后是提升科学素养。在准备中期汇报时，学生们确实出现了一些学习上的困惑与问题，切身体会到了科学之路的曲折与艰辛。记忆比较深刻的一组就是火烈鸟小组的学生，最初设想用冰冻的面包虫或苹果来喂食。但是在实际操作中发现，火烈鸟对于冰冻的虫子并没有展示出强烈的取食欲望，对于冰冻的食物也没有表现出应有的取食行为和取食后的乐趣。对于学生来说，这无疑是个沉重的打击。它证明自己最初的实验设计是不成功的，研究的方向出现了明显的问题。面对其他两个小组准备的厚厚的资料和一步步接近完成的文章，同学们心里也曾出现过失落的情绪表现。这种有失落感的学生表现就是在小组活动的时候有时候不能认真，对于观察的动物也缺少耐心。其实科学之路上本来就是充满荆棘的，没有试错，没有一步一步地思考，哪里会等来最后的科学硕果？所以对于他们这样的心情也是可以理解的，但也需要学生们学习如何克服困难，如何迎难而上解决问题。经过几次交流，学生们又重新踏上了设计环境丰容的实验课题（图5—74）。
经过中期汇报会的洗礼后，学生们后续的任务是调整自己小组的研究方案，继续设计动物行为观察实验，得出结论，完成环境丰容论文。同时他们也发现了不少问题。袋鼠课题小组最初的方案是设计食物槽，放置多个食物槽，观察不同位置食物槽的消耗量和各个动物对于食物槽中的食物有何行为反应。但是由于大公袋鼠在群体内的绝对统治地位，每个位置的食物槽都必须经大公袋鼠吃过后才会准许其他袋鼠取食，这对其他公袋鼠进食影响很大。
图5—74 确定目标动物之后，学生与导师进行具体的探讨
他们最初的改进方案是在对笼舍进行气味丰容，设计将一些拥有特殊味道的液体涂抹在兽舍部分物体上，并于14： 30～15： 30对其进行丰容后观察。于5月12日在兽舍中投放2个皮球，进行玩具丰容活动。第二个玩具丰容实验，改进成分不同区域放置玩具，并对原来水平地面放置食物的方式进行改进，变为立体空间式放置食物。后期的结果是大赤袋鼠整个群体增加了探索行为，减少休息行为，对空间的使用率有明显的提升，最为关键的是探索行为的增加有效避免了大公袋鼠在种群内的干扰作用。这种由水平面改为立体空间放置的方法，是同学和导师一起经过很长时间才确立的方案。
长角羚小组的实验设计方案非常丰富，是几个小组中方案最多的。孩子们的想象力真可谓是天马行空。下面就是他们最初的设计方案，一共5种：
（1）把草料和它爱吃的食物放到不同的区域，让它能到多个区域去觅食，记录觅食地时间的变化。
（2）多设置不同的食物，找出它们喜欢的、新鲜的，从而对比它的乞食行为概率的变化。
（3）设置不同的气味，观察它们对哪种比较感兴趣。接着在它们不常去的地方多添加一些这种气味，观察它们的活动范围的变化。
（4）在取食上设置一些困难，需要他们合作才可以得到食物，对比它们在取食时间上的变化。
（5）可以添加一些不同的颜色，看看它们会不会对其感兴趣或者产生警惕。
这几种方案最初展开时，都很顺风顺水，但后来遇到一个难题，让本来进展不错的实验项目到最后并没有取得预期的效果。是什么干扰了实验结果呢？原来动物园是个开放的公共场所，每次学生们去动物园活动，动物园并没有封闭相关的动物展区，导致许多游客不停地投喂食物给动物。其实学生们的实验设计，有4种是与食物有关的，那么由于总是有游客投喂食物的干扰，所以出现了动物在喂食的时间点居然不吃食物的个别案例。
所幸这个小组的指导老师经验非常丰富，在面对这个问题的时候，他引导学生们将原先的设计方案进行了调整，并对长角羚的食物重新进行了改进。记得有一次还带着学生们来到配料间，让学生们亲手触摸麸皮、饲料、水果等长角羚常吃的食物。那厚厚的麻袋，还有旁边小山包似的草料，学生们完全搬动不了。看着各种主料、辅料混合在一起，然后听到搅拌机的马达高声响起，虽然没有电光火石，但那隆隆声响还是告诉了学生，长角羚是个大胃王，是个十足的“吃货”。图5—75是学生们在对羚羊做行为统计。
火烈鸟课题小组最初设计了两个方案，如下所示：
图5—75 对羚羊做行为统计
（1）环境丰容。火烈鸟是一种生活在湿地的动物，可以通过模拟湿地来增加火烈鸟的繁殖行为并减少其非正常行为，为其提供一个舒适的生活环境。
（2）行为丰容。火烈鸟是一种喜欢群居的动物。而给群居动物喂食，应分散饲喂。可以在水池中撒入鱼，在隐蔽的地方藏其他食物。火烈鸟的嗅觉丰容非常必要。嗅觉丰容最常用的手段就是把某种动物用过的东西或生理代谢产物放到另一种动物的环境里。如羽毛、粪便、蛇蜕、用过的稻草、木板、玩具、饭盆等。也可以使用人造气味如调料。
火烈鸟小组设计的行为丰容方案失败了，那第一个方案最终的结果又如何呢？其实最后没有采取这个环境方案，是否有些可惜？其实他们小组从另外一个角度来看，也是很幸运的，因为他们有幸体会到科学研究路途中常常会遇到的试错问题。毕竟大家最初做课题准备的时候，关于火烈鸟等鸟类丰容的文献就非常少，加上鸟类又是此次活动中唯一的非哺乳类动物，所以遇到的问题会更难会更多也是情理之中的。那么对于这种既胆小怕人，又爱相互攻击的鸟纲动物，采取什么方案才好呢？最后同学们通过研究北京的物候环境和火烈鸟栖息地物候环境相差很大受到了启发，决定为火烈鸟设置一个“栖息地环境”丰容。五六月的北京气温高热闷人，和火烈鸟老家的埃及气候相差很大。那么我们人类可以通过空调、通过沐浴等方式降温，对于火烈鸟是不是也可以呢？当然，给处于开放空间笼舍的火烈鸟做个空调房是不太实际的，那么怎么可以让火烈鸟洗上澡（沐浴）呢？学生们想到了个好主意，用喷灌的方式让火烈鸟洗澡。享受高温桑拿天中难得的清爽，这听着就让人觉得舒服，不知道火烈鸟会不会也喜欢？经过几次准备，调试设备，最后终于在活动结束前2次时完成了这个实验地设计。没想到结果出奇的好，看着火烈鸟在喷灌的水中翩翩起舞，同学们终于会心地笑了。此外还恰逢指导老师的生日，同学们为老师制作了精美的小礼物。这其乐融融的场景，真是分外让人感动，当然这也是题外话，他们和指导老师张媛媛还成了好朋友，已经互为微信好友。而这套喷灌设备，目前还在北京动物园使用着，没准哪次你来到动物园，看到火烈鸟在喷灌的水中翩翩起舞，你会不会想到这是一群初二孩子设计的实验装置呢？