生物技術核心實驗課程,於 1998 年起由本校莊榮輝、王愛玉、劉瑞芬、黃鵬林等教師一同擔任課程之規劃與執行;以中心法則 (central dogma) 為主軸,其中 DNA、RNA 與蛋白質, 三者相互關連且相互影響,關係圖可以倒三角形表示,同時也是生物技術核心實驗課程的標誌。

進行一項實驗或研究需要投入很多心力,因此能盡可能地從實驗中獲得越多的資訊非常重要。但是,若是缺乏謹慎的的準備,所取得的資料可能只透露些許的訊息。這是一個任何研究都會遭遇的問題,但是生態實驗卻面臨許多獨特的挑戰。舉例來說,我們在處理動物時,必須了解生物體的感官系統。假設我們使用Y型管(見圖)為實驗環境,以一種生物體的化學感應能力來測試牠偏好的是訊號A或是訊號B,則我們實驗所用的Y型管在每次進行一項新的試驗前,都必須被清洗乾淨。否則的話,實驗後Y型管中所殘留的化學物質就會影響下一個進行實驗的動物之行為。這只是一個例子,但是在生物體多樣性的狀況之下,生態學家對於像這樣容易疏忽的陷阱必須警覺。在生態研究法當中,我們討論這類的議題以幫助學生能設計能產生有用的數據資料的試驗。
順道一提,生物體的化學感覺器到底出了甚麼問題呢? 大多數的統計模式都假設每個數據是獨立的。因此,如果一隻動物的行為影響另一隻動物的行為,則所產生的數據便不是獨立的,這就違反了前面的假設。在這樣的情況下,我們無法做出適當的推論,而統計的結果也會誤導我們。事實上,一個常見的問題就是: 學生在不知道如何分析數據的情況下進行實驗。這常常代表著實驗並沒有經過適當的設計,因為在不知道哪一個統計模式適合使用時,要思考實驗數據是否合乎模式的假設是不可能的。然而,一般必修的統計課程並不足以幫助我們思考數據的分析。因此,在這堂課的數據分析部分,我們探討如何處理各種不同的生態數據資料,幫助學生能夠以更有彈性的方式設計他們的試驗。我們使用電腦統計軟體R來練習如何運用這些新的方法,使學生能夠輕易地將課堂所學應用在自己的實驗中。
昆蟲學之所以會獨立於生物學甚至是動物學之外形成單一學門,其中有一個很主要的原因是昆蟲的物種數量實在是太多了;如此使得我們不得不另外開闢一個領域來容納並研究它們。作為昆蟲學界的一員,我們常常自豪於地球上的生物物種有超過二分之一是屬於昆蟲。然而,這麼龐大的數量卻不僅僅是獨立出一個學門就可以解決的了。分類學於是成為早期昆蟲系同學必修的一門課,畢竟對於所學或研究的對象不清楚其確實身份,是一件很冒險的事。昆蟲綱底下有大約二十多目,目級的分類基礎理論上應於大學部低年級完成,也就是各目昆蟲的認識應被視為基礎昆蟲學的一部份。隨著時空背景的演變,目前在系上這一個部分的訓練已被移到大一下學期共同必修的「昆蟲鑑定」上,這個課程安排的改變其實主要是為了配合系上師資專長與基礎昆蟲內容增加的一個必要的調整。於是進階的昆蟲分類學就被移到中高年級非共同必修的「學群必修」底下。「昆蟲分類學及實習」目前隸屬於系上三個學群之一的「生物多樣性學群」的必修科目,課程分為演講3小時及實習3小時共4個學分。
本課程主要內容為認識各目昆蟲科級分類系統及其形態、生態、行為等分類相關內容;並簡介系統分類學入門課題。實習課程配合講演進度及內容,認識各目昆蟲重要的科及其標本採集、保存和製作技術,並安排野外採集或參訪。
昆蟲分類學的課程設計並不是訓練每位同學能精確將各類昆蟲鑑定到科級位階,事實上這也是不可能的;昆蟲的科級分類系統相當龐雜,我們相信即使是分類專家能將單一個目底下的科分類出來,在世界上已屬鳳毛麟角,特別是那些種類數量眾多的類群。因此我們將課程定位成訓練修課學生獨立判斷且具備解讀專業分類文獻的能力養成。即便我們無法一眼判斷出昆蟲隸屬於哪一個科,我們期盼同學將來仍然有能力不假外力藉由單獨判讀分類文獻而得到答案。而這種能力的培養,除了基礎形態學的背景外,反覆不斷的觀察與實作的經驗絕對是其中最關鍵的地方;所以一直以來實習課的操作與觀察,一直是這個課程中非常吃重的部分。
長久以來,昆蟲分類就是一個需要時間的學門,需要時間培養對昆蟲觀察的靈敏度,需要時間累積個人的經驗。我常覺得當深入提昇對一個分類類群的瞭解後,那一種感受物種多樣性美的體驗,才是修習這門學問最無可取代的回報。
昆蟲功能形態及生理學為大二整學年的核心必修課程,課程以昆蟲為模式動物,講授昆蟲外部形態、內部構造、結構及功能,追溯系統發生以及生理功能等昆蟲學知識。由於現代科學(分子生物學、神經生物學、發育生物學、仿生學)以及新興技術(電子顯微鏡、顯微技術、錄影技術)的日新月異,促進了昆蟲學發展,使得諸如昆蟲形態學、昆蟲分類學、昆蟲生理學等的學科界線,甚至學科概念出現了交集。本課程合併往昔昆蟲形態學以及昆蟲生理學兩門課程,擬整合現有師資的專業能力,使昆蟲形態以及生理學成為一門賦予新鮮內容的課程。
教科書採用Chapman, R. F. 1998. The Insects: Structure and Function為主要內容,作者為英裔美籍神經生物學以及昆蟲生理學家。包括主題:I: The Head, Ingestion, Utilization and Distribution of Food (Head, Mouthparts and feeding, Alimentary canal, digestion and absorption, Nutrition, Circulatory system, blood and immune systems, Fat body); II: The Thorax and Locomotion (Thorax, Legs and locomotion, Wings and flight, Muscles); III: The Abdomen, Reproduction and Development (Abdomen, Reproductive system: male, Reproductive system: female, The egg and embryology, Postembryonic development); IV: The Integument, Gas Exchange and Homeostasis (Integument, Gaseous exchange, Excretion and salt and water regulation, Thermal relation); V: Communication (Nervous system, Endocrine system, Vision, Mechanoreception, Chemoreception, Visual signals: color and light production, Mechanical communication: producing sound and substrate vibrations, Chemical communication: pheromones and chemicals with interspecific significance)。
由於作者博學多聞,廣納最新資料,課程內容包羅萬象,並不像教科書的撰寫,倒是比較像是研究所導讀以及專題討論的參考工具書。因此讓教師教學以及同學聽課有比較繁重的負擔;另外,作者引用許多昆蟲多樣性的例子,因此對於昆蟲的分類要有基本的認識才能吸收到許多有趣的昆蟲生物學知識,進而提高學習的興趣。所以教師在授課的時候,最好也要兼顧教材的選取,有系統且重點式的授課,不要讓同學有挫折感,進而引導同學有更多的興趣,此為我們要努力的方向。另一個面向是由於本書的內容豐富,可以滿足求知慾比較高的同學,充實基本知識,為進一步的生涯發展以及興趣提供入門的管道。
本課程按照研究的對象和目的可以分為:1. 發生形態學:主要對結構作系統分析的形態學分支;2. 功能形態學:研究骨骼肌肉機制,以確定結構功能的形態學分支;3. 比較形態學:比較研究各類群間的異同,以追溯結構的同源關係並探討其演化來源的形態學分支。按照研究技術手段和研究對象可以分為:1. 大形態學:以目視及解剖顯微鏡方法研究外部形態結構、組織、器官的形態學分支;2. 顯微形態學:以光學顯微鏡研究結構、組織、器官的形態學分支;3. 超顯微形態學:以電子顯微鏡進行細胞水平研究的形態學分支;4. 亞顯微形態學:以生物物理、物理化學、生物化學等技術進行分子水平研究的形態學分支。
最後要介紹與本課程相關的重要人物:Robert Evans Snodgrass (1875~1962)。R. E. Snodgrass為英裔美籍昆蟲形態學家。1895年進入史丹福大學主修動物學,研究魚類及昆蟲學。1901年獲學位後,赴華盛頓州立大學任教。1903年回斯坦福大學執教,開始蜜蜂解剖學的研究。1903年起,在蜜蜂解剖學研究方面,發表過多篇論文,1910年出版第一部著作《蜜蜂的解剖》。1917年以後在康涅克特和馬利蘭州昆蟲局工作,致力於昆蟲的解剖和形態學的研究,首次提出解剖學和形態學在概念上的差別,他認為「解剖是眼睛所看到的東西,而形態學則要用眼睛看到的東西去思考」。1924~1947年在馬里蘭大學講授昆蟲學,出版了《蜜蜂的解剖與生理學》(1925),《昆蟲,它們的生活方式》(1930),《昆蟲形態學原理》(1935)和《節肢動物解剖學教科書》(1952),此外還發表了80篇論文。《昆蟲形態學原理》後來成為傳世的形態學經典著作,世界通用的教材。1926~1962年期間,發表28篇系列著作,全面地比較地研究了昆蟲的骨骼~肌肉系統,探索了昆蟲間結構的同源及其演變關係,為各種形態訂定標準化的專業術語,奠定了昆蟲功能形態學的基礎。1945年退休後仍在美國國家博物館工作。1960年獲馬里蘭大學名譽博士學位。1962年9月4日在華盛頓逝世。
如果老師的教學課程與研究方向能夠配合的話,對於同學是最好不過了。本課程目前有不錯的教學陣容,也有認真教學的理想,但是仍然有許多努力的空間。老師的享受教學以及同學快樂學習是本課程努力的目標,如果能夠穿針引線,啟發有興趣同學進一步的深究學習是最好不過了~所謂得天下英才而教學相長是一大樂事,希望選修的同學能夠快樂學習;有志的同學能夠學有所成。
