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秉志先生1920年回到祖国后，立即满腔热情地开创我国生物科学的教学和研究工作。1920年至1937年间，秉志历任南京高等师范、东南大学、厦门大学、中央大学生物学主任、教授。1921年，他在南京高等师范学校(次年改为东南大学，后改为中央大学)创建了我国第一个生物系，并根据我国情况，编写了教材。生物系属农科，分动、植物两部，于1926年分动、植物两系，后划归理学院。秉志先生的教学别开生面，富有吸引力和启发性，引发学生们对动物学产生了浓厚的兴趣，以至后来原本学农的班级里转学动物学的有半数之多。他当年的学生著名鱼类学家伍献文回忆说:“这不仅是教授法的问题，更重要的是秉老具有科学家的风度和感化力。”生物系创立后，发展十分迅速，仅四年时间师生已达80多人。当时学校没钱购置仪器设备，秉志先生发动师生动手制作，并节衣缩食，用自己的薪金添置了必不可少的实验设备。有两个暑假，秉志还带领学生前往浙江、山东半岛沿海，采集标本，供教学和研究之用。
秉志先生在从事教学工作的同时，积极进行中国科学社生物研究所的筹建工作。1922年8月18日，我国第一个生物学研究机构在南京成立，秉志先生被推任所长。初创的研究所条件十分简陋，由中国科学社(当时已由美国迁至南京)拨出两间旧房作为所址。社里每年拨240元办公费，只够支付一个事务员的薪水，研究人员均由邻近大学的教师兼职。他们与秉志先生一样不取报酬，利用假期和课余时间义务工作。秉志先生多次用自己的薪金为研究所添置必需的仪器。他处处以身作则，忘我工作，在他的感召下，大家都勤奋努力。秉志先生在南京高师生物系和中国科学社生物研究所倡导和发扬了勤俭刻苦、努力好学的优良学风，在当时学术界有口皆碑，享有盛誉。1928年，秉志先生又创办了北平静生生物调查所，以研究动植物分类为主。
秉志先生常说：“科学决不辜负苦心钻研的勤学之人。”日积月累，勤奋结硕果，从1922年到1937年，生物研究所取得了出色的成绩。除了主要开展形态学和生理学的研究外，还对我国动植物资源进行了大量调查研究，收集了大批标本，积累了宝贵的资料。写出研究论文达数百篇，主要发表在研究所的专刊上。起初每年出版50期为1卷，后来动植物分开，单动物部分就年出10期为1卷。斐然的成绩，引起国内外学术界的重视。世界各国学术机构前来交换刊物的达600多个。国内社会团体也纷纷热情予以资助。
秉志先生还具有强烈的民族自尊心，为了给中国人争气，他几次拒绝了外国人办的教会大学的重金礼聘。他也不理会中华教育文化基金会里那些以“恩赐者”自居的美国董事的指手画脚。他以中国人的尊严和自信，为开创和发展我国生物科学的研究，作出了卓越的贡献。南京高师生物系和南北两所，在秉志先生的领导下，经过10余年的努力，渐渐具有一定的规模，不仅科研成果丰硕，还培养出一批生物学的骨干人才，为我国教育界和科技界增添了一支重要力量。