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(萍乡市卫生学校,江西 萍乡 337000)
【摘要】以人才素质培养为基本要求,结合学生的实际情况,对药用植物学的教学方法改革进行初步探讨。实现以现代化多媒体教学为主、辅以实物教学、突出实践能力、培养学习兴趣、改进考核方式等教学方法,在现实中起到良好的效果。
关键词 药用植物学;教学方法;改革
《药用植物学》是药剂专业的一门重要的专业基础课。学习和掌握药用植物的形态、构造、分类和常见药用植物类群,在天然药物学基础、天然药物化学和药理学等课程中起着承前启后的作用[1]。但是这门课程专业术语较多、植物分类及显微构造等内容抽象难懂,传统讲授教学更使学生觉得枯燥无趣,而对于该课程的教学改革,大多数文献针对的是本科或高职药学专业。作为同样是中职药剂专业的专业基础课,本文尝试立足本校中职教育,对药用植物学的教学方法进行初步的探索。
1 教学内容
不同的药学专业均会开设此课程,针对不同的专业要求,恰当安排药用植物学课程学习内容非常重要[2]。我校的中职药剂专业为药品营销方向。按照培养目标,本专业毕业学生可到医药生产企业、医药经营企业从事药品购销,管理与咨询服务,药品储存、运输、配送,药品维护管理及相关信息服务;医疗机构药剂科的药品购销、管理等药学服务工作。药品营销方向有必要安排药用植物学学习,但是既要学生在规定时间内能掌握又要为将来工作打下良好的基础,因此教学内容不宜过多。教材采用潘凯元主编的《药用植物学基础》全书共四章,196页,安排32学时,内容包括理论和实验两部分,分配比例约为1:1。由于学习时间少,课程内容不可能全部讲授,重点应放在植物分类及显微构造及其有关的内容, 其他部分可做一般介绍;实验内容不宜过多, 需简且精;不安排专门的野外实习。
2教学方法
2.1多媒体教学
多媒体教学,有其利弊。对于药用植物学这门课程,幻灯片能把课本上枯燥的文字及黑白的图画变成了彩色的,形象且直观,大大提高学生上课积极性;同时也可以节约照片挂图等的费用;另外借助于现在发达的网络,下载大量的植物科属原创视频,教学事半功倍。但是制作PPT,搜集大量的图片视频,教师需要花不少精力和时间。将多媒体教学与传统教学优势互补,有机结合, 可起到较好的教学效果[3]。
2.1实物教学
幻灯片能够展示各种各样的植物图片,但却不是立体实物,学生在不停阅览图片的同时容易产生视觉疲劳,且图片太多,前后缺乏连贯性,对于整个植物的形态认识并不好。在教学中适当运用实物来教学可以弥补幻灯片教学的缺憾,例如在讲授根系时选用白菜和大蒜;根的变态选用萝卜和山药; 茎的变态选用马铃薯、藕和蒜瓣; 叶的变态选用仙人掌和洋葱;选用苹果、花生、橘子、葵瓜子、葡萄、桂圆等讲解果实类型; 选用黄瓜、毛豆、火龙果,西红柿等讲解心皮与胎座[4]。鼓励学生自采植物标本,提高学生在学习过程中的参与性。选用这些学生生活中熟悉的植物可以加深他们的理解, 也培养了学生随时随地多留心多观察多思考的习惯。
2.3兴趣教学
对于教学内容相对庞杂且枯燥的植物学学习,学生愿不愿意学,想不想学显得尤为重要。
都说兴趣是最好的老师,在日常教学中加入一些趣味性,可使学生有兴趣学、肯学,教学起来自然事半功倍(5)。首先,教学内容可以故事化,如有些药用植物何首乌、枸杞、益母草、田七等, 一听药名就知道有一个美丽的传说。 其次,穿插优秀植物纪录片,如BBC的《生命-植物》、《植物私生活》等。再次,制作植物礼品,如制作叶脉标签帮助认识植物器官叶、DIY苔藓微景观设计美观且环保。
2.4实践教学
鉴于时间、考虑可操作性及突出实用性,实验安排应主次得当。实践一可以在讲授第二章药用植物器官的形态时在课堂上完成;实践二植物分科及检索表的使用,选取易得的百合花、油菜花、等为例解剖,最后以校园满开的杜鹃花为题,每人动手解剖,对照附录找到这花属于什么科;实践三光学显微镜的使用和植物细胞观察是实践课的重点和难点,学生熟练掌握光学显微镜的使用,自制植物洋葱切片并通过镜下观察,要求每位学生将观察到的物像描绘成较准确的显微结构图;实践四植物细胞后含物可以观察马铃薯的淀粉粒,后面的两个实验可以让学生看看成品玻片。在传统实践课之余,利用业余时间让学生种板蓝根或益母草,此两种药用植物常用且易种,学生每人分发种子,老师教种学生自种,在期终可以作为实践加分。
2.5考核方式
为全面真实地考察学生的综合能力与水平,药用植物学的成绩评定, 不宜以一次考试来定, 应该做多方面综合评价。目前,我校对该门课程采取考查方式,开卷考试成绩占总评的40% ,实践课占40%,平时考勤占20%,这种评价体现了药用植物学是一门实践学科。这种综合评价的考核方式基本能够反映学生的实际能力,也能留给学生更多的时间和精力去熟悉药用植物形态,只有从书本中解脱出来, 才有可能真正对这门课程产生兴趣[5]。
参考文献
[1]潘凯元.药用植物学基础[M].北京:人民卫生出版社,2008.
[2]王利国.不同专业本科学生药用植物学教学内容探讨[J].药学教育,2005,23(1):18-20.
[3]吴艳芳.浅析多媒体教学在药用植物学理论教学中的应用[J].安徽农业科学,2008,36(27):12045-12049.
[4]彭华胜.实物教学在药用植物学教学中的应用[J].药学教育,2010,26(3):43-45.
新疆医科大学中医学院,新疆乌鲁木齐830011
【摘要】药用植物学是一门重要的专业基础课程,具有抽象、难理解、知识点分散、记忆困难等特点,针对以上现象,结合教学实践,提出注重宏观与微观教学的结合、直观教学手段的应用以及感恩与热爱之心的培养,在提高药用植物学教学效果中有较好的作用与意义,为本门课程的教学实践提供借鉴。
关键词 药用植物学;授课技巧与经验;思考与总结
【中图分类号】R197 323 6【文献标志码】 A【文章编号】1007-8517(2015)01-0146-01
药用植物学是针对我校中药专业和药学专业本科二年级开设的专业基础课程,是一门研究具有防病治病、健康养生作用植物的形成发展、形态构造、分类鉴定、生理功能、细胞培养、资源开发和合理利用的科学。主要由药用植物的形态和构造、药用植物的分类两大部分组成。是中药学以及相关专业学生学习中药鉴定学、生药学、药用植物学栽培学、中药生物技术等专业课程的基础课程。具有实践性、应用性强,理解、掌握相对较难的特点。由于课程涉及的两篇内容教学侧重点不同,学生在学习过程中往往感到抽象、难理解、知识点分散、记忆困难学而不得要领等困惑。针对以上现象,为进一步提高学生的学习兴趣、激发学习的主动性与积极性,笔者通过在教学过程中的体会与感受,以及与学生的互动交流,不断改进教学方法与教学手段,取得了较好的授课效果。现将药用植物学授课技巧与经验谈几点个人体会与思考,具体如下。
1注重微观与宏观的结合
在完成整本教材内容授课后,比较深刻的体会是上下篇内容的教学侧重点是不同的。上篇主要内容为植物的形态和构造,此部分从植物的最小组成单位细胞开始,由细胞的形态、结构、功能,到由细胞构成的植物六大组织,再到植物的器官如根、茎、叶、花、果实、种子,以介绍植物的微观结构和植物器官特征为主;下篇为药用植物的分类,此部分是在上篇学习了植物的微观与局部构造特征基础上,对完整植物形态特征的学习。整本教材具有由点到面、由微观到宏观的内在逻辑特征。因此在授课过程中,两个不可独立。在上篇授课过程中,应结合下篇中不同科的典型植物的整体特征进行举例、对比、描述。避免因微观构造的抽象性而造成的理解困难。同时,在下篇授课的过程中,对药用植物形态特征的讲述中,涉及植物的组织和器官特征时,应注意结合上篇相应部分内容进行概念的复习,知识点的总结、特征的对比等,以达到知识的融会贯通,同时避免上篇知识点过早被遗忘。
2直观教学手段的应用
植物是自然界不可分割的部分,同时与人类的生存发展息息相关。药用植物学课程中,大部分内容是在介绍植物的形态特征。因此,增加学生对植物的观察是激发学习兴趣与学习主动性的重要途径。直观教学法是帮助学生学习和了解植物的教学方法之一。直观教学法是指应用模型、语言的形象描述、图文、实物演示、现场参观、视频等直观手段来组织教学的一种方法[1]。授课过程中充分应用直观教学手段,采用实物进行知识的讲解,可以将抽象的内容直观化、复杂的内容简单化,充分调动学生的感官来学习知识[2]。例如,在上篇植物的器官介绍中,将新鲜采摘的花朵、水果、蔬菜等实物,让学生亲自解剖、观察并描述其特征。同时,积极鼓励学生利用身边或自己家乡的植物资源,自采植物进行标本制作,增加对植物的认识。再次,在授课过程中,教师根据内容的需要,准备丰富和形象的植物图片,以图文并茂的授课形式,同时结合实物进行讲解。在使学生有强烈视觉体会的基础上,较好的巩固和加深理论知识的学习与理解。
3启发感恩与热爱之心
药用植物学教学内容的主体是药用植物,关注的焦点是药用植物,体验和实践的对象也是药用植物。除了在授课过程中应用不同教学方法以达到掌握本门课程知识的目的外,笔者认为启发学生对自然热爱与感恩之心,是学习本门课程更深层的意义。在倡导人与自然的和谐发展的现代社会,如何保护自然界的植物是人类面临的问题之一。由于现代人大部分生活在钢筋混泥土的高楼大厦中,使得接触大自然、了解植物的机会越来越少,保护植物的意识相对淡薄。在药用植物授课中,充分利用部分课程时间,通过设置对植物五颜六色、美丽动人的花,丰富多样、芳香四溢的果实的形态特征描述;独特的植物生长发育过程、传粉过程、受精过程的讲解;特殊的植物药用功效、实用价值、经济价值的介绍;植物对自然界的影响与作用的探讨等课堂内容。在一定程度上,帮助学生更多的了解植物,启发学生对自然的热爱与感恩之心,懂得天人合一的生存之道。使学生从精神层面上真正的喜欢植物、热爱植物,愿意学习植物,并且励志保护植物。怀着感恩与热爱之心下的学生,药用植物的学习兴趣与主动性会在潜移默化中被调动起来,自然会达到良好的学习效果。
4小结
如何上好药用植物学这门课程,需要教师在教学过程中不断的积累经验,反思教学过程中的成功与失败经验,并在总结、学习、实践、再总结、再学习、再实践的往复循环过程中得到历练和提高。同时教师良好的人文素养与人文关怀品德会使学生终身受益,达到教育的真正目的所在。
参考文献
[1]纪宝玉,裴莉昕,董诚明.直观教学法在药用植物学教学中的应用[J].药学教育, 2012, 28(2):36-38.
关键词:药用植物学教学改革野外教学
药用植物学作为生物制藥技术专业和制药工程专业的基础课,是一门实践性很强的课程。实验教学在药用植物学教学过程中占有十分重要的地位。该课程在基本理论和实验方面均涵盖范围广泛,知识点庞杂,这使得药用植物学课堂中的常规理论教学通常枯燥无味。为培养学生对药用植物学的学习兴趣以及培养其准确认识药用植物的能力,教学大纲中除要求进行常规课题教学外,还要求开设理论与实践密切结合的课外实践教学。
一、药用植物学野外实践教学的现状及存在的问题
1.传统的实验教学
目前,我国开设药用植物学课程的高校,其实验教学主要以验证性实验为主,有些高校是以综合性实验为主。自高校开设药用植物学课程以来,就一直沿用这种实验教学方式。但是,这种教学方式通常是教师灌输式教学,学生被动接受。学生的主体性被忽略,且未能充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性。
2.生态环境被破坏
近年来,因全球气候发生变化和人为破坏等因素,生态环境发生恶化。而森林被大面积砍伐、草原被过度放牧、荒地被过度开垦等,使地球植被遭到严重破坏,导致全球生态环境进一步恶化。这些使得大量药用植物濒临灭绝,特别是一些珍贵的中药材资源如人参、刺五加、银杏、杜仲、天麻等,也遭受了严重的破坏。为保护生态环境,多地出台环境保护规定,禁止人为破坏、采摘野生植物资源,药用植物学课外实践教学工作的开展面临十分严峻的挑战。当前很多高校已停止野外实践专项教学活动,实践教学多在实验室内进行,达不到预期教学效果。
3.实习经费短缺
随着经济的发展和人民生活水平的提高,旅游行业发展蒸蒸日上,随之而来的是交通费、景区门票不断上涨,高额的门票费用及交通费用使药用植物学课外实习经费变得非常紧张。一些学校为节约教学成本,往往会压缩药用植物学课程的野外实践教学学时。此外,由于学校缺乏青年教师师资培养专项经费,使得野外实习的带队青年教师师资力量不足。这一情况的产生导致人才培养目标要求与教学成本支出和青年教师师资培养专项经费短缺出现了一定的矛盾。
二、关于课外实践教学平台选择与构建的建议与设想
笔者所在学校药用植物学实践课程改革实施三年来取得了显著的效果。下面将以笔者所在学校的课程改革为例,阐述建设野外实践教学平台的过程,并就平台建设提出几点建议。
第一,利用校内丰富的植物资源推进药用植物学实践教学。当前,大部分高校药用植物学课程教学通常采用理论知识教学与实验教学、野外实践教学相结合的方式。学校可以建立课外实践教学基地,采用课外实物教学法,在药用植物学的理论教学中运用实物既形象又具体,看得见、摸得着的实物可以弥补仅凭幻灯、标本等工具进行教学的不足。这种实物教学法将理论知识、实验教学与野外实践紧密相连,将药用植物的显微构造、形态特征与分类三个部分有机结合起来,充分发挥学生的主体作用,达到提高学生动手能力和实践创新能力的目的。校园内拥有的丰富植物,如迎春花、石楠、黄杨、合欢、女贞、野艾蒿、何首乌、鸡屎藤、爬山虎等,为教学提供了实物资源。在实践过程中,学生带着课堂上的疑问进行学习,学习的积极性以及学习效率都得到了很大的提高。这种“理论+实物”的学习方式既可以让学生认识药用植物,又可以加深学生的记忆,深化学生日后对课堂学习的药用植物的理解。
第二,利用云台山丰富的药用植物资源建设实践基地,完善“教、学、做”三位一体教学模式。云台山位于江苏省东北部连云港市,野生药用植物资源丰富,如海州常山、野茉莉、翻白草、丹参、射干、接骨木、天南星、紫金牛、补血草、紫菜、海蒿子、灵芝等。药用植物学课程教学可以依托云台山丰富的植物资源建立教、学、做一体化的教学模式。任课教师一体化,是指以往理论课、实验课、野外实践教学需要三位教师,现在形成专业理论教师、实验教师与野外见习教师一体化。教学场所一体化,即教学组织形式由传统的“教室”+“实验室”+“野外基地”向教室外实践基地转变,将理论教室、实验课实验室、实践教学基地融为一体。“教”“学”“做”一体化,由传统的“教师讲、学生听,教师做、学生看”的教学模式转向“学生看、学生想、动手做,教师据此进行讲解,学生主动学”的良性循环,真正做到教、学、做一体化。
第三,应用“互联网+”的思维推进药用植物学信息化教学改革。随着智能手机和互联网的飞速发展,在大学生群体中智能手机已经迅速普及,与此同时,很多网站开发了药用植物学手机客户端和微信公众号等平台。教师可以在药用植物学的实践教学中加以应用。例如中国植物志网络在线的使用,可以直接通过此系统查询药用植物的特征,学生在实践课上对照实物能够起到强化知识的作用,教师可借此引导学生自助、主动学习。学生可以利用各高校推出的精品课、资源共享课等网络资源进行自主学习。此外,学生还可以利用手机APP与微信公众号等,录入实践课上拍摄的植物的茎等特征部位,就可以很快地检索、识别植物,同时还可以通过药用植物学相关的微信公众号与订阅号扩大知识面,提高学习药用植物学的兴趣。
三、小结
一直以来,高校对药用植物学普遍采用的教学方法是以“课堂为主、实践为辅”的方式。由于药用植物学课程本身涵盖的知识点多且杂,有大量的知识点需要学生掌握、理解和记忆,但是仅仅采用课堂教学的方法明显是不够的。课堂教学的“灌输式”教学较为枯燥,难以调动学生学习的积极性和主动性,不能保证较高的教学效率。因此,药用植物学的教学需要改革,需要创建课外实践的场地。教师在课堂教学中给学生留下疑问,根据具体情况选择合适的实践场所,教会学生查阅植物分类检索表,让学生自己查阅不认识的药用植物,对学生进行启发式教学,最后回归课堂进行归纳总结。
参考文献:
[1]欧丽兰,朱烨,庄元春等.药用植物学实验教学的改革探索[J].现代医药卫生,2008(24).
[2]邵世光.《药用植物学》教学方法的研究[J].时珍国医国药,2009(20).
[3]杨香丽.“教学做一体化”教学模式在药用植物学及生药学中的应用[J].职业,2015(12).
[4]邱金东,汤昆,邱娜等.药用植物学验证性实验中培养学生创新意识的探索[J].时珍国医国药,2008 (19).
[关键词] 药用植物学;实验教学;教学改革
[中图分类号] G424.31[文献标识码] B[文章编号] 1673-7210(2010)04(c)-167-02
药用植物学是植物学的一门分支学科。它是运用植物学的理论和方法来研究具有防治疾病和保健作用的植物的一门学科,它与中药的基源研究、品质评价、临床效用及开发研究密切相关,是中药学和药学及有关学科的专业基础课程之一,因而在中药、药学及相关专业的课程中起着承前启后的作用[1]。药用植物学实验课是本课程的重要组成部分,通过实验教学有助于学生理解理论课所学知识,并帮助学生用所学到的理论知识准确识别、鉴定生药原植物的种类、药用植物显微构造,确保药材来源的准确性,同时培养学生具备观察、鉴定生药的基本实验操作技能,为今后从事中药科学研究和技术开发工作打下基础[2-3]。因此,药用植物学实验教学效果的好坏直接影响药用植物学课程的教学质量,也是提高药用植物学教学质量的重要环节。
1 药用植物学实验教学的现状及问题
目前,我国设有药用植物学课程的高校,其药用植物学实验教学主要分为验证性实验和综合性实验[4],但多以验证性实验为主,验证性实验主要以当地常见药用植物为实验材料观察植物细胞的后含物(淀粉粒、晶体),植物的组织形态、根、茎、叶的正常及异常构造,根茎的构造,花、果实、种子的类型及其构造。综合性实验主要包括检索表的使用及观察常见科的药用植物标本。实验过程大多为授课教师首先讲解实验目的,然后对实验内容及实验操作技术进行详细讲解。比如观察植物细胞后含物(淀粉粒、晶体)时,重点讲解观察淀粉粒及晶体的方法,也就是临时水装片及水合氯醛透化片的制作过程中的关键技术步骤,制作过程中的主要注意事项及操作要点。最后要求学生根据本节课所观察材料的特征,绘制相关的淀粉粒及晶体图。
自开设药用植物学课程以来,这种实验教学模式一直沿用至今,然而这种教学模式没有更好地发挥学生的主体作用,学生的积极性和主动性没有很好地调动起来。这样经过药用植物学实验课的学习后,大多数学生对所做实验的内容印象并不深刻,他们仅仅对实验报告中绘图的美观性感兴趣(实验成绩考查内容),并未在理论知识方面得到巩固和提高,在分析问题、解决问题、创新意识的能力上也没有得到锻炼。因此,现行的传统实验教学模式既不能达到实验教学的初衷,也远远不能适应21世纪对人才培养的需要,必须及早改变目前实验教学的模式和内容,提出切合实际的改革措施,以适应时代对人才培养的要求,培养出既有扎实的理论知识,又具备较强的实践动手能力和创新能力的高素质人才。
笔者认为,既然药用植物学是一门专业基础课,且实践性很强,尤其是学习中药鉴定学的基础,所以,应该适当增加实验课的学时数以及至少10天的野外实习。通过增加实验和野外实习的时间,使学生能够熟练使用显微镜,充分熟悉植物显微结构的观察,掌握组织透化技术以及提高学生对常见药用植物的识别技能,必要时可将其作为一门单独的课程进行考查,计入学期考试成绩,以引起学生足够重视。
2 对药用植物学实验教学改革的建议和设想
2.1 实验内容调整的建议
目前药用植物学的实验主要包括验证性实验、综合性实验,其中,验证性实验在药用植物实验教学中占很大比例,是药用植物实验教学的主要内容,其目的主要是通过实际观察常见药用植物的外部、内部组织构造,验证课堂理论知识,以加深学生对课堂知识的理解,也是药用植物学实验课程必不可少的重要环节。目前药用植物学实验教学中常开设的实验项目主要有显微镜的构造和使用,植物细胞的构造,植物细胞后含物(淀粉粒、晶体)、分生组织、保护组织、机械组织、输导组织,根的形态、类型和变态,根的初生构造等。从所开设的实验项目来看,在药用植物实验教学中验证性实验所占比例较高为72.2%,而综合性实验所占比例较低为27.8%,设计性实验为0。因验证性实验主要针对某一个方面,如茎的初生构造或根的初生构造去验证课堂理论知识,这对于培养学生的综合能力极为不利,所以笔者建议在保证实验总学时不变的情况下,将验证性实验的某些实验项目进行合并,将其比例降低到60%左右。可将分泌组织和维管束类型与其他组织实验进行合并,因为维管束类型多作为示教,学生通过教师的讲解,了解维管束的类型即可。在减少验证性实验的同时,为培养学生创新意识和创新能力,适应学生的个性发展,应开设一些设计性实验。设计性实验内容应以校园内现有的药用资源为实验材料,让学生自己去校园内的药用植物院内观察常见药用植物地上部分(茎、叶)的外部形态特征、对于根类药材必要时可挖去地下部分进行观察。外部形态特征观察完毕后,可采用徒手切片法制作临时水装片,以观察茎、叶及根的内部构造,进行显微鉴别,必要时可对其进行理化鉴别,确定其内部主要化学成分。另外可鼓励学生自己查阅文献,并根据相关学科的知识,但以药用植物学为主,设计一些有创意的实验,以培养学生的科研能力。这部分实验在药用植物教学中比例应为10%左右。
2.2 实验考核方法的改进
长期以来,药用植物学的实验成绩仅仅根据学生实验报告的好坏进行评定,这种考核方法,很难检查学生实际动手操作能力和对实验方法的理解把握程度[5-6]。为此,笔者建议根据药用植物学实验课的特点,应将实验成绩分为三部分(实验成绩采用百分制)。
2.2.1 验证性、综合性实验的考核(60%)药用植物学的验证性实验主要为植物的形态学部分,包括显微镜的操作技术、植物细胞、植物组织及植物器官的内部构造。实验课程结束后应对这部分内容进行考核。考核分为两部分:问题问答和操作技能。问题问答为抽签式,可主要针对实验过程一些关键的问题进行考核。如在制作水合醛透化片的过程中需要注意哪些事项?或通过观察茎和根的初生构造,列出两者的主要区别之处,或通过观察蜡叶植物标本、新鲜的植物材料,写出其所属科的特征。关于操作技能的考核,教师可让学生动手制作一些临时水装片或透化片,或采用徒手切片法制作一些实验材料,然后对所做实验材料进行观察,教师可根据其做片及显微镜的操作技术是否规范等现场评价。
2.2.2 平时实验成绩(30%)实验报告的成绩评定重点是实验绘图是否规范,显微绘图是否与所观察实验材料相一致,比如在观察淀粉粒时,马铃薯淀粉粒的形状、脐点的位置、层纹的明暗程度与半夏的明显不同;显微构造的各部分结构标注是否准确,如茎的初生构造由外到内依次为表皮、皮层、髓及髓射线。另外在评定实验成绩时还应注意显微图的各部分比例,如在毛茛根的初生构造中皮层发达,在整个根的横切面上占的比例约为2/3。这些均应作为实验评分标准。
2.2.3 设计性实验的评价(10%)设计性实验成绩的评定应在实验课过程中,根据学生对自己所选择的药用资源生物学特性(植物各器官外观形状)的描述、显微结构的观察及理化鉴定结果给予评分。另外对于学生自行设计的实验,可根据其实验思路是否合理给予评分。
3 结语
笔者认为,通过上述三部分的综合评分,能较客观地反映教与学的情况,对学生成绩的评定也较为合理,可以全面反映学生实验的实际水平。
[参考文献]
[1]杨春澍.药用植物学[M].上海:上海科学技术出版社,1997.
[2]欧丽兰,朱烨,庄元春,等.药用植物学实验教学的改革探索[J].现代医药卫生,2008,24(6):936-937.
[3]邵世光.《药用植物学》教学方法的研究[J].时珍国医国药,2009,20(6):1475-1476.
[4]邱金东,汤昆,邱娜,等.药用植物学验证性实验中培养学生创新意识的探索[J].时珍国医国药,2008,19(7):1790-1791.
[5]王利国,潘超美,杜勤,等.药用植物学实验考核体系初探[J].中华中医药学刊,2007,25(12):2631-2632.
Abstract: General thought on how to improve practice teaching effect of "pharmaceutical botany" of university was presented, and improved methods and specific suggestions were put forward from six aspects to provide reference for relevant teaching units and the peer.
关键词:药用植物学;实践教学
Key words: pharmaceutical botany;practice teaching
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2011)24-0182-01
0引言
药用植物学是高校药学专业和中药学专业的一门重要的专业基础课,它是以具有药用价值的植物为对象,重点研究它们的形态、组织、分类鉴定、资源开发和合理利用的一门学科。本学科是中药资源学、生药学、中药鉴定学、中药化学、天然药物化学、中药药理学、制剂学、药物分析等专业课的基础,其重要性显而易见。药用植物学的实践性很强,做好实验和实践教学不仅是该课程的重要的环节,也是颇有难度的一项工作。笔者长期从事药用植物的科研与教学,现就如何提高药用植物学的实验和实践教学效果提出一些看法,供同行参考。
1提高药用植物学实践教学效果的总体思路
1.1 始终以培养、提高学生的实践应用能力为本本学科理论教学与实践教学内容的侧重点不同。实践教学的重点在药用植物形态结构的形象化理解与识别,以及药用植物的分类鉴定。通过实践教学,为相关专业课的学习奠定坚实的实验技能基础,为药用植物的研究和资源的开发利用培养实用型人才。药用植物学的实践教学有两种基本形式:一是校内实验教学,二是野外教学实习。两种形式的教学内容即有联系,又有很大区别。校内实验教学的重点是让学生学习观察植物及各器官的形态特征、解剖学结构,以及各种细胞的显微特征,掌握显微制片及观察研究的技术方法;校外实习基地野外教学的重点则在培养学生对药用植物分类和鉴定的能力,识别一定数量的药用物种,了解它们的药用价值与应用方法。两种形式的实践教学的根本目的均在着力培养学生实践应用能力与分析创新能力,而不仅仅是培养识别辨识能力。因此,要将着力培养学生的实际应用能力这一基本思想贯穿于实践教学各环节的始终。
1.2 加大实验实践教学信息量,使学生弄懂吃透课程精髓药用植物学包含有大量的形态解剖学等方面的术语、概念和知识信息,自然界种类纷繁的物种使它们在形态学、解剖学及化学特征上具有种种共性与差异。实验和实践教学中如仅以少量经典例子来进行讲解与观察,难免有片面性;缺少丰富的植物、器官或细胞实例的观察,学生们很难在比较中掌握一些规律性的东西。因此实践教学中必须加大实物(各类植物、各种显微制片等)教学的信息量。在讲授或学习中,要求抓住重点,抓着规律性的知识内容,避免素材的无序堆积,适得其反。
2提高药用植物学实践教学效果的一些具体方法与建议
2.1 建立一支优良的实践教学队伍药用植物学实践教学技术性强,尤其是物种的分类鉴定需要较长时间的用心钻研与经验积累,这需要从事该学科的教学人员不间断地学习、积累与提高,有关实验人员也要有较过硬的实验技能,方能胜任实验与实践教学工作。此外,每次实验前还要做好预实验,以熟练解决学生现场提出的各种疑难问题。
2.2 充分利用实物教学药用植物学实际应用能力的提高没有捷径可走,一个行之有效的方法就是要充分利用实物教学。只有大量观察各种实验材料,加大信息的强化,才能做到“熟能生巧”,悟出该学科中固有的种种规律性。实验课要大量观察不同器官各种类型的永久制片,尽可能利用身边的新鲜植物材料进行制片观察;野外药用植物教学实习前要组织学生多多观察校内标本馆中的药用植物腊叶标本,多多观察教师或往届学生在实习地点拍摄的植物图片,组织学生在校内或周边地区多多就近观察辨认实地药用植物。同时,课堂理论教学讲解有关内容时也应充分展示各种标本实物或图片。
2.3 着力培养和提高学生的实验操作能力实验室内教学要求学生从多方面勤于动手,注重训练他们合理取材、徒手切片、撕取表面片、显微制片(横切、纵切、粉末)、显微观察与分析、显微绘图、检索表制作与利用、标本制作等基本的实验技术方法。教师应讲清要领,做好示范。
2.4 着力培养解决实际问题和疑难问题的能力药用植物学教材无法包容该学科中各种各样的复杂实际问题,如各种植株器官的形态、解剖学变异情况,无花、果的植株或残缺标本如何进行性状检索与分类鉴定,如何抓住一、二个特点迅速判别药用植物的科、属归属,如何判断厚壁细胞横切面上在形态、大小、壁厚等均相似的是石细胞还是纤维等等。这既要求任课教师多实践,多积累,自身具备过硬的实际技术本领,还要求教师能根据教学中遇到的具体问题,调整授课侧重点,适当增加教材中没有而又实用的技术知识,引导学生掌握不同药用植物类群或物种在形态解剖学上的主要共性和特性,引导学生解决非常规实际问题。在野外教学中,要重点向学生讲授仅根据植株的生长习性、茎叶等非常局限的形态特征(而非经常见不到的繁殖器官特征),来对药用植物进行分类或鉴定。如木兰科与桑科榕属植物均具托叶环痕,蓼科植物常具鞘状膜质托叶,五加科植株叶柄较长,基部多少扩大等等。
[关键词] 比较;教学;药用植物学;应用
[中图分类号] G623[文献标识码] C[文章编号] 1673-7210(2012)03(a)-0139-02
《药用植物学》是中医药院校中药学相关专业的重要专业基础课程,是一门实践性很强的学科,学好这门课程对于中药学、天然药物化学、中药鉴定学、生药学、中药资源学和中药栽培学等相关课程的学习及研究具有十分重要的意义。
在课堂及野外实践教学过程中,教者适时、适度地引用“比较式教学法”,可使学生更容易抓住药用植物的主要识别特征,加深理解。另外还可以鼓励学生从其他角度进行横向或纵向比较,培养学生的发散思维和创新能力。
1 概念及方法
“比”即为比较,是在教学活动中将两个或两个以上的认识对象放在一定的条件下,按照同一标准进行对照比较,从而确定认识对象属性的同异、地位的主次、作用的大小、性能的优劣、问题的难易或认识的正误深浅,以达到辨识、了解和把握认识对象之目的的一种方法[1]。
1.1 横向比较法
横向比较是将两个或两个以上处于同一层次或同一类别或相类似的事物加以比较的方法,即对同一时期的同类事物,或同一事物内部存在的各个方面进行比较。对于同一科属的药用植物适用此法。
1.2 纵向比较法
纵向比较是对不同历史时期内属于同类的不同事物,或同一事物在不同发展阶段的不同情况进行比较。任何事物都在不断发展变化[2]。此法适用于不同科属药用植物的比较。
1.3 纵横结合比较法
纵横结合比较法或在横向比较中夹带着纵向比较,或在纵向比较中夹带横向比较,两者结合比较。任何事物不是孤立存在,也不是静止不动,既与其他事物同存,其本身又在发展变化[3]。多角度、全方位对比同一科属或不同科属药用植物的区别点更适用这种纵横结合的方法。
2 实施的必要性
河南药用植物资源丰富,不同的气候、不同的环境,造就了丰富多彩的药用植物。据全国中药资源普查,全省拥有中药材品种总数2 302种,其中植物类1 963种,动物类270种,矿物类44种,其他25种。由于药用植物种类繁多,分科琐细,且该课程内容涵盖面广,知识点多,需要记忆和理解的内容多,使得课堂教学十分枯燥,学生对知识的掌握有一定困难,教学效果往往不尽如人意。授课过程中通过比较植物之间的异同点,特别是对于名称、形态和功效上容易混淆的药用植物,采用实物对比讲解的方式,可以使学生思考、分析和解决问题的能力有所提高[4],学生的学习兴趣也会明显增强。
3 在药用植物学教学中的应用
3.1 同一科属的横向对比
河南四大怀药的山药与穿山龙为薯蓣科植物,地上部分形态相似,但山药根茎在地下直走,穿山龙根茎地下横向生长。东北道地药材人参和西洋参形似,但西洋参小叶片的叶脉上面几乎无刚毛,叶缘的锯齿不规则且较粗大,容易区分。车前和平车前均为车前科,地上形态极为相似,都是匙形叶,穗状花序,但车前为须根系,平车前为直根系,挖出后观察根系类型可予区分。玉兰和广玉兰同为木兰科木兰属植物,学生在识别的时候总是容易混淆,比较二者叶后不难发现,广玉兰为革质叶且为常绿植物,玉兰为草质的落叶植物。木兰科北五味子和南五味子也存在类似现象,二者功效不同,不能同作五味子入药,需准确把其分类,比较果实后发现:北五味子果序为穗状,而南五味子果序为球状。玫瑰与月季是同科同属不同种的姊妹花,市场上卖的鲜花许多都是月季的变种,如何区别玫瑰和月季,见表1。牡丹与芍药在观赏价值方面绝不逊于玫瑰和月季,虽同为芍药科,花形花色有相似之处,但牡丹属于小灌木,而芍药属于草本,二者通过茎质地的对比就能轻而易举地区分开。石菖蒲与水菖蒲同为天南星科,仅一字之差,植物学特征又非常相似,叶剑状条形,两列状密生于短茎上,全缘,先端渐尖,有光泽;但中脉不明显者为石菖蒲,若中脉明显即为水菖蒲。通过叶脉鉴别的还有伞形科柴胡属植物柴胡、狭叶柴胡和大叶柴胡,差别之大,比对即见,见表2、图1~2。
3.2 不同科属的纵向对比
北沙参属于伞形科珊瑚菜的根,花序为复伞形。南沙参属于桔梗科四叶沙参或轮叶沙参等植物的根,有乳汁。另就二者质地而论,北沙参坚实,南沙参空疏。半边莲与半枝莲:半边莲属于桔梗科植物,有乳汁,花冠红紫色,裂片偏向一侧,故名,而半枝莲属于唇形科,无乳汁,叶对生,茎四棱,两朵小花对生,总状花序排列在枝顶一侧而得名。金钱草与连钱草分属于报春花科植物过路黄和唇形科植物连钱草,二者亲缘关系较远,自然形态学差异较大。海棠与秋海棠:海棠为蔷薇科木本植物,秋海棠为秋海棠科草本植物。绞股蓝和乌敛梅:绞股蓝是多年生草质藤本植物,素有“南方人参”之称,国内外的研究一致表明,绞股蓝具有抑制肿瘤细胞繁殖、抗疲劳、保肝、抗胃溃疡、调节脂质代谢等药理作用。乌敛梅(葡萄科)与绞股蓝在植物形态上很相似,以致许多人误将乌敛梅当绞股蓝入药、饮用,乌敛梅卷须二分叉与叶片对生,绞股蓝的卷须不分叉,生于叶腋,并与叶柄呈180度角。五味子与五倍子十分容易混为一谈,五味子为木兰科植物,五味子的果实入药,而五倍子为寄生在漆树科植物盐肤木(有乳汁)上面的虫瘿,差异较大。白首乌与何首乌虽同为首乌,能补肝肾、益精血、强筋骨,但二者非同一科属,区别显而易见。见表3。
3.3 纵横结合的对比
纵横结合法即纵向穿线、横向结网,纵横交织,构成立体知识综合体。讲述多种易混淆药用植物时,可先纵向联系,让学生对所有易混淆植物所属的科属、主要区别点进行明了的比较;然后再横向联系每一个植物自身具有的典型特征,进行分析、归纳和梳理。如表4所列。中药材来源广泛,品种繁多[5],命名一般具有一定的意义,可以顾名思义,利用中药的“形”来分类,这是提高学习能力的重要手段之一。通过以上的“比较式”教学,对相似、易混淆的药用植物有了清晰的认识,既找到了联系,又把握了区别。这样的例子数不胜数,笔者重在掌握和实际应用这种对比的教学方法。
4 总结与讨论
在对《药用植物学》课程多年的创新性改革和实践中发现,“比较式教学法”能够培养学生发现问题、整合知识、科学思维、灵活运用所学知识解决问题的能力,开阔了学生的视野,可使课堂气氛更为活跃,知识点掌握得更加牢固,同时对于提高学生的整体素质方面也起到了积极的推动作用[6]。
当然,教学方法是多种多样的。在教学实践中,还应根据学科、课程、教材、教学对象的特点和内在规律,采百家之长,灵活选用不同的教学方法,以求取得最佳的教学效果。总之,在《药用植物学》这门课程的教学中,教师应不断探索、改革,提高教学质量,使学生学以致用,使课堂更加生动、有趣,为培养更多、更优秀的中医药人才而努力奋斗。
[参考文献]
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[3]崔明花,孙凤丹,孙抒.比较教学法在病理学教学中的应用体会[J].中国西部科技,2011,10(3):87-96.
[4]刘朝红.比较教学法在工程机械底盘构造与维修教学中的运用[J].辽宁科技学院学报,2010,12(2):49-50.
[5]姚振生.药用植物学[M].北京:中国中医药出版社,2007.
[关键词]药用植物学教学;有效性方法
有效教学是指通过实施一定的教学投入而带来最佳教学效果的教学[1]。有效教学既要关注教师的主导作用,即“教”,更要关注学生的主体作用,即“学”;既要关注课堂教学,也要关注课外答疑、指导;既要关注师者的授业,更要关注授业过程中学生思维方式的变化、内在动机的激励和学习环境的营造;既要关注课程学习目标的实现,也要关注教学对学生思想、行为、态度、感觉方式等是否产生持久的实质性的影响。概而言之,有效教学的理念核心和实质是要关注学生的需求、进步、成长与发展,要促进学生自主有效地学习,使学生最终不单是知识的吸收者,更是问题的解决者。
药用植物学是一门实践技能性较强的专业基础课。课程的主要任务是通过学习药用植物学,使学生能够运用基本知识和基本技能阐明药用植物的形态特征、内部结构和分类特点。笔者根据课程的特点,并结合近年来的教学教改实践,总结出以下提高大学药用植物学教学有效性的几种方法。
一、把积极的情感融于整个教学之中
师生关系是教学活动的重要前提,是制约教学效果的一个重要因素。和谐融洽的师生关系会使学生好学、乐学,使课堂气氛积极、活泼,它是大学有效教学的一个重要条件[2]。因此,笔者把积极的情感融于教学过程中,使学生先“亲其师”,再通过灵活生动的讲课艺术,使学生“乐其教,爱其学”。实践表明,在教学中教师的形象应是“温而厉,威而不猛,恭而安”[3]。建立融洽和谐的师生关系,学生自然会畅所欲言,释放心中所想、所思,激发学生潜在的学习能力,使学生实现由对教师“怯怯然”到“当仁不让于师”的思想转变。总之,教学中教师感情的投入,是一种非常重要的隐性教学手段,教学中应充分利用这种资源改善师生关系,提高教学质量。“当你机械地无意识地在你的面部呈现出一种神态,你就会随即产生一种与此相适应的情绪反应。”换句话说,如果教师总把微笑挂在脸上,学生就会感到快乐,教师的教学也会充满激情。
二、教学中渗入歌诀及深厚的植物文化
在生活中,人们编制了许多歌诀和歌谣,把事物的内容要点编成富有节奏和韵律的句子或口诀,目的是把易混淆的材料及零碎分散的知识简单化,把不易记诵的知识变成容易记诵的。歌诀顺口,语句简练,能激发学生的学习兴趣,取得良好的记忆效果。教学实践证明,积极采用歌诀识记法,可减轻学习的负担,提高记忆的效率,使学生在愉快欢乐中获取更多的知识。例如,在讲授“药用植物学科的特征”时,笔者在现有资料的基础上,把每一科植物的特征借助口诀和歌诀的形式表达出来,帮助学生理解和记忆,收到了较好的教学效果。在长期的熏陶下,一些学生能够自觉地编写适合个人记忆的口诀,而不是机械枯燥的死记硬背,学生也从中体会到了一种学习的欣。
一些植物是人类赖以生存和发展的物质基础。人们在认识利用植物,尤其是药用植物的过程中,形成了植物文化。在文学、宗教、民俗、传说中有大量关于植物的描述。教师在授课之前,应查阅相关植物的文化内涵及其民间利用情况,把难以记忆的植物名称及其药用功能转变为生动的文学描述和故事传说,这样可以拓展学生的视野,加深对植物文化及其价值的认识。
三、建立多样化的平时考核机制
在药用植物学教学中,对学生的考核除了平时的考勤和作业以外,笔者还从以下两方面做了尝试,取得了较好的效果。一是在教学过程中,每三周进行一次形成性测验,测验的目的是为了诊断和改进教学,更好地调动学生的积极性,激发学习的内在动力。测试题根据教学计划和目标编写,学生必须达到规定的考核标准的要求。考核题型、题量需要教师灵活把握,不要单一呆板,最好把药用植物的文化因素渗入其中,使学生在答题过程中感受到植物文化的熏陶。二是建立定期水平考核。平时,很多大学生重视参与课外活动,却忽略了对专业课程的学习,到期末考试前几天往往采取“突击”的做法应付考试。因此,建立平时的水平考核机制可以有效调动学生平时学习的积极性。实践证明,形式多样、考题生动的水平性考核能够有效调动学生的学习热情,增强学生识记知识的效率和持久性,提高教学效果。
四、适时总结,使知识系统化
药用植物学课程的编排本身具有系统性,在教学上遵循循序渐进的原则。它先以总论概述细胞、组织、器官等基础结构植物学知识,为之后分论药用植物识别鉴定奠定基础。在分论科教学过程中,应结合具体植物引导学生充分回忆以前所学的知识,如花序类型、果实类型、胎座类型等;进行横向比较总结,如含有乳汁的植物科属、具有卷须的植物科属、具单被花的科等,使学生在学习新知识的同时复习旧知,建立知识间的前后联系,变枯燥、零散、机械的“硬背”为系统条理化的理解记忆,进而提高学生的学习效率。在教学中,对学习内容进行适时的横向或纵向比较和总结,需要教师寻求知识间的内在关联,从知识的生长点出发,在知识的交叉点建立联系,并采取生动活泼的教学形式,如抢答、“接力”、积分制等。在临近期末考试时,很多学生都自觉不自觉地运用适合自己的知识总结方式(如口诀,联想、图表等)进行灵活归纳,只需要花很少的时间“温故知识”,就能达到事半功倍的复习效果,有的学生甚至把复习药用植物学的时间留给了其他课程的复习。
五、构建多样化的答疑、交流平台
传统的答疑往往是学生把问题留到下一次教师上课的时候,或到办公室询问教师解决。相对于传统的答疑方式而言,网上答疑活动突破了时间和空间的限制,一方面,使所有的学生都有机会直接向教师提问或者回答教师的问题,另一方面,也使学生之间经常性的互问互答成为可能。因此,以网络为媒介的答疑活动越来越受到大家的重视,也衍生出多种答疑方式,如电子邮件、QQ聊天软件或者BBS校园论坛等。
药用植物学教学的难点在于对药用植物的鉴别识记,教师应在激发学生学习兴趣的基础上,引导学生课外主动去识别所遇到的植物。而教师与学生共同参与的集体教学活动毕竟很少,所以,学生平时如果碰到不认识的植物,因找不到教师或手头无工具书一时无法及时解决时,教师要充分利用学生手机或相机的拍照功能,引导他们给不认识或不能确认的植物拍照,然后上传到网络班级共享群里,让大家共同参与鉴定、学习,或鼓励大家加入与植物相关的群,借助这种“畅所欲言”式的网络课外学习方式,活跃班级群的学习氛围,增强“人气”,调动班里学生学习、认识植物的积极性。同时,对于学生在网络学习过程中普遍存在的问题,教师应及时给与解答,学生也应及时上网学习,获取答案。实践证明,这种答疑交流方式已成为学生系统学习的有益补充。
参考文献:
[1]余文森.课堂教学有效性的探索[J].教育评论,2006,(6).
Abstract: Plant drawing as a classical approaches to the study of the practice of pharmaceutical botany, it is important to plant structure and character. But at the same time, it is difficult to the beginner. Photography as a convenient means of image recording, represents the characteristics of modern technology, but its intrinsic characteristics determines that it can not be the main method of orthodox botanical research. This paper tries to analyzes its characteristics and functions in pharmaceutical botany practice teaching and the feasibility of complementary use.
关键词: 药用植物学;植物绘图;摄影技术;实践教学
Key words: pharmaceutical botany;plant drawing;photography;practice teaching
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)25-0249-02
1 传统实践方法的利与弊
中国古代各中药和医学著作中的植物插图是中国植物绘图的雏形,它们来自不同绘画人士之手,而这些人有些是专业的研究者有些则只是出于影像记录目的的普通人。它们的绘画工具皆是毛笔,手法以白描为核心。由于不同作者间对其所描绘植物的认知和绘画手法的不同,最终产生的植物绘图差别也很大,在诸多本草著作中也就出现了很多风格各异的插图。这些插图伴随着中国数千年历史的本草学著作,总结了中国古代各本草学家所积累的丰富经验。而到了近代时期(引进西方植物学时期),中国近代植物分类学研究和植物科学绘画的历史均较短,随着西方植物学知识的传入,在19世纪初才开始起步。西方植物学知识的传入,对中国的植物学研究和植物科学绘画的形成和发展影响较大。
药用植物学和植物学有着近乎相同的研究方法开端,那就是——观察,对不同植物和植物不同时期整体和根茎叶花果等不同部分的观察。而对观察结果最好的记录方法在当时就是植物绘图!
作为一门最古老的技能,虽然现在已经逐渐边缘了,但植物绘图即使是在如今发达的现代科技条件下也有其不可被回避的优点,比如:①植物绘图可以精确的表达出植物本身各个部分的精细结构,而比如花的复杂细节构造是很难通过照片去表达的;②植物很难在一个时段呈现开花和结果以及其它一些结构特征,而绘画可以把这些结合起来描述在一起;③照片因为拍摄角度和光照的问题,无法准确表达植物各部分之间的空间位置和实际质感,而绘画则可以通过阴影等透视技法表现这些重要的细节甚至可以把植物的各部分解剖结构也描绘出来;④最后一点,也是最为重要的一点是,植物绘画本身就是一种深刻观察并通过自己的笔触去理解和认识的过程,对于药用植物学了解植物本身构造和特异性的目的来说,这是其他所有方法都无法替代的,这比起生物理化指标去鉴定更具有实践意义。
实际的实践教学中,植物绘图会在显微镜,放大镜和目视观察的条件下进行,但其基本规则和手法是相同的,作为刚刚接触的初学者来说,植物绘图还是和普通的绘画有本质上的不同,需要在一开始将植物绘图的基本要求和规则清楚说明:
常用绘图方法有徒手绘图法和显微描绘法两种,若按绘图工具则常分铅笔绘图法和墨线绘图法两种。绘制显微组织简图,要用通用的代表符号来表示,要求比例正确,形态逼真,结构清楚,还要求富有立体感,不能随意夸张和任意涂影。要正确绘出实物的立体结构图,必须有一定的透视知识,如前大、后小,近明、远暗,透视方向一致等基础知识。
①绘图的一般原则:1)一切结构均用线条来表示。线条要求粗细均匀,圆滑,明暗一致。2)所有结构线条不能用尺或其他圆规或曲线板等工具代画,必须徒手作图,以表示生物的自然形态。3)显示立体结构可用透视线条来表示。对球形、圆柱体或圆锥体的立体结构可以用圆点衬托明暗光线的方式,而不可用任何涂影来表示。点要小而圆,由密到稀逐步过渡。4)各部位应先画出引线再注文字。引线用直尺画实线来表示,要求细直、均匀、不交叉,以免误指。图内的结构名称,可直接用文字写明,也可用数码代注,再在图下集中注明。注字书写要求清楚、端正。图下需注明标本的名称、部位和放大倍数。
②徒手绘图法的步骤:1)选择最典型的标本或结构。2)仔细观察各部位的形状和结构及其间的比例关系和较明显的立体结构。3)用较淡的铅笔(2H或4H),按照实物或显微图像的比例关系和立体投影画出轮廓草图,经反复对照修改后,再用较浓的铅笔(HB或2H)绘出修改图。4)画引线,注字。
在明确了以上的要求和要领了之后,剩下的就是在不断的实践中去积累经验和提高技能,同时植物绘图的过程中也是对植物性状和结构深入观察和了解,对于药用植物学理论的学习也是极有裨益的。
那么作为古典的植物学研究方法,植物绘图除了如上所描述的优点之外,是否毫无缺点呢?
学习植物绘图的初衷是了解和认识并最终记住植物,但由于经历了从实物到大脑识别并抽取特征描绘到纸上这个过程,其中经历了两次视觉信息的转换,必然会导致信息的遗漏和改变,最终的结果就是和初衷背道而驰的绘图脱离了植物本身,这可以说是植物绘图这种古典实践教学方法的最大缺陷了!
2 现代技术的便利与片面
几乎绝大多数学生都更乐于接受和喜欢通过用图片来展示植物,这其实很容易理解,毕竟照片的视角更接近人眼观察实物所得,这种不经图像和思维转换的获得信息方式肯定更容易得到接纳!但与此同时,在询问学生是否能通过照片去理解植物的结构特征和精细性状的时候,图片就显得乏力和片面。虽然便于理解和远远超越绘图的便利性,但摄影技术不适合精确研究的特性在摄影技术发明以来依旧没有本质上的改变。
3 互补使用药用植物学研究技术的可行性
植物绘图具有精确详实描述植物细节结构和精细性状的特征,但缺点则是初学者很难通过观察植物绘图迅速和实物联系起来;
摄影图片则是能够让初学者迅速记录并通过简单查看就能联系实物形象的便利手段,同时缺点则是无论何种详实和高明的拍摄手法,都会因为光影记录本身的特征无法体现植物的细节结构和精细性状。
由此似乎可以得出一个简单的结论——两种研究方法本身的特质决定它们可以互补优缺点。笔者也以这个结论为出发点,在实践中要求学生一方面始终贯彻对每一个研究植物对象都进行绘图来深入了解其细节构造和精密性状,同时在辅以大量照片补充植物的视觉信息和要求学生自己对植物标本做摄影记录描述研究结构特征,并让学生在实验报告和研究记录中用两种方法交叉说明。
经过一些时间的积累,教学结果和学生的反馈佐证了研究植物的古典方法和现代技术互补使用的可行性和教学价值!
参考文献:
[1]孙英宝等.中国植物科学画小史[J].植物分类学报,2008,46(5).
【关键词】药用植物;代谢组学;功能基因组学
代谢组学是对生物体内代谢物进行大规模分析的一项技术[1],它是系统生物学的重要组成部分(如图1所示),药用植物代谢组学主要研究外界因素变化对植物所造成的影响,如气候变化、营养胁迫、生物胁迫,以及基因的突变和重组等引起的微小变化,是物种表型分析最强有力的工具之一。在现代中药研究中,代谢组学在药物有效性和安全性、中药资源和质量控制研究等方面具有重要理论意义和应用价值。另外,在对模式植物突变体文库或转基因文库进行分析之前,代谢组学往往是首先考虑采用的研究方法之一。目前,国外已有成功利用代谢组学技术对拟南芥突变株进行大规模基因筛选的例子,这为与重要性状相关基因功能的阐明和选育可供商业化利用的转基因作物奠定了基础。
图1系统生物学研究的四个层次略
目前,还有许多经济作物的全基因组测序计划尚未完成,由于代谢组学研究并不要求对基因组信息的了解,所以在与这些作物有关的研究领域具有更大的利用价值,这也是其与转录组学和蛋白组学研究相比的优势之一。代谢组学研究涉及与生物技术、分析化学、有机化学、化学计量学和信息学相关的大量知识,Fiehn[2]对代谢组学有关的研究方向进行了分类(见表1)。
1代谢组学研究的技术步骤
代谢组学研究涉及的技术步骤主要包括植物栽培、样本制备、衍生化、分离纯化和数据分析5个方面(见图2)。
1.1植物栽培
对研究对象进行培育的目的是为了对样本的稳定性进行控制,相对于微生物和动物而言,植物的人工栽培需要考
表1代谢组学的分类及定义略
虑更多的问题,如中药材在不同年龄、不同发育阶段、不同部位以及光照、水肥、耕作等环境因素的微小差异都可引起生理状态的变化,而这些非可控及可控双重因素的影响很难进行精确的控制,从而影响药用植物代谢组研究的重复性。为了解决以上问题,推荐使用大容量的培养箱[3],定时更换培养箱中栽培对象的位置,以及使用无土栽培技术等,FukusakiE[4]利用无土栽培系统将水和养分直接引入植物根部,并且对供给量进行精确地控制,大大提高了实验的重复性。
1.2样本制备
为了获得稳定的实验结果,样本制备需要考虑样本的生长、取样的时间和地点、取样量以及样本的处理方法等问题,并根据分析对象的分子结构、溶解性、极性等理化性质及其相对含量大小对提取和分离的方法进行选择,逐一优化试验方案。MaharjanRP等[5]用6种方法分别对大肠杆菌中代谢产物进行提取,发现用-40℃甲醇进行提取的效果最好。现阶段代谢组学的分析对象主要集中在亲水性小分子,尤其是初级代谢产物,气相色谱质谱联用(GCMS)和毛细管电泳质谱(CEMS)联用都是分析亲水小分子的重要技术。FiehnO等[6]使用GCMS对拟南芥叶片中的亲水小分子进行了分析,发现酒石酸半缩醛、柠苹酸、别苏氨酸、羟基乙酸等15种植物代谢物。
1.3衍生化处理
对目标代谢产物的衍生化处理取决于所使用的分析设备,GCMS系统只适合对挥发性成分进行分析,高效液相色谱法(HPLC)一般则使用紫外或荧光标记的方法对样本进行衍生处理,BlauK[7]对酯化、酰化、烷基化、硅烷化、硼烷化、环化和离子化等衍生方法进行了详细的说明。然而离子化抑制常使得质谱分析过程中目标代谢产物的离子化效率降低,这主要是由于分离过程中污染物与目标代谢物难以完全分离开所引起的,优化色谱分离时间可有效缓解离子化抑制,然而在实际操作中不可能对上百种代谢产物的分离时间进行优化,利用非放射性同位素稀释法进行相对定量可以很好的解决该问题。HanDK等[8]应用同位素编码的亲和标记(ICAT),根据经诱导分化的微粒蛋白及其同位素标记物的峰面积比,对该蛋白的相对含量进行分析。ZhangR等[9]发现同位素标记技术也可用于代谢组学的研究,但是却存在许多困难。活体的同位素标记方法对于同位素的洗脱是一种非常有潜力的技术,目前关于使用34s的研究已有报道[10]。
图2代谢组学研究技术步骤略
1.4分离和定量
分离是代谢组学研究中的重要步骤,与质谱联用的色谱和电泳分析技术都是使用紫外或电化学检测的方法进行定量,其对代谢组数据的分辨率与定量能力都有一定的影响。TomitaM等[11]总结了各种色谱分离法中经常遇到的技术问题,认为毛细管电泳和气相色谱法由于具有较高的分辨率,已成为代谢组学研究的常规技术手段之一,液相色谱因其适用范围广,应用也相当广泛。
TanakaN等[12]用高效液相色谱对样品进行分离,认为使用硅胶基质填充毛细管整体柱的高效液相色谱系统具有用量少、灵敏性高、低压降高速分离等优势;同时,TolstikovV等[13]也使用硅胶填充的毛细管液相色谱方法对聚戊烯醇类异构体进行了有效分离,获得了很好的分辨率。TanakaN等[14]发现二维毛细管液相色谱法的分辨率比传统的高效液相法高10倍。相对于其他色谱方法而言,超临界流体色谱(SFC)是分离疏水代谢物最具潜力的技术之一,特别适用于分离那些传统HPLC难以分析的疏水聚合物,BambaT等[15]通过SFC对聚戊烯醇进行分析,证明其具有较好的分离能力。针对质谱中存在的共洗脱现象,HalketJM等[16]发明了一种适用于GCMS的反褶积系统,对共洗脱的代谢产物进行分离与识别。AharoniA等[17]使用傅立叶变换离子回旋共振质谱(FTICRMS)对非目标代谢物进行分析,快速扫描植物突变样品,获得了一定量的代谢成分。
与分离一样,定量能力也是代谢组学研究中的重要因素,其取决于各分析系统的线性范围。傅立叶转换核磁共振(FTNMR)、傅立叶红外光谱(FTIR)以及近场红外光谱法(NIR)等技术由于敏感性低,重复性受共洗脱现象影响较小也被用于检测中。近年来,FTNMR技术常被用于植物代谢组的指纹图谱研究[18],但由于NMR分析需要样品量较大,分析结果易受污染,GriffinJL[19]发现将统计模式识别与FTNMR相结合可以对代谢物进行全面分析。除FTNMR之外,FTIR通过对有机成分的结构进行常规光谱测定,也可适用于代谢组学的研究,特别是应用于构建代谢组学的指纹图谱。尽管它不能对代谢物进行全面分析,但对具有特定功能的组分却有很好的定量效果,对从工业及食品原材料中分离的代谢混合物也可以进行全面分析,目前,已有学者将其成功地应用于拟南芥[20]和番茄[21]代谢产物指纹图谱的研究中。
1.5数据转换
为阐明代谢物复杂的线性或非线性关系,需要进行多变量分析,将原始的色谱图数据转换为数字化的矩阵数据,通过对色谱峰鉴定和整合从而进行多变量分析。由于环境等因素的干扰,光谱数据需要通过适当的数据加工方法进行校正,包括:①降低噪声;②校正基线;③提高分辨率;④数据标准化。JonssonP等[22]报道了一种关于GCMS色谱图数据处理的方法,可以对大量代谢产物样品进行有效的识别。
2代谢组学中的数据分析方法
2.1主成分分析法(PCA)
主成分分析法,将实测的多个指标用少数几个潜在的相互独立的主成分指标线性组合来表示,反映原始测量指标的主要信息。使得分析与评价指标变量时能够找出主导因素,切断其他相关因素的干扰,作出更为准确的估量与评价。PCA数据矩阵通常来自于GCMS,LCMS或CEMS,因此将目标代谢产物作为自变量,而相应的代谢产物含量作为因变量,定义与最大特征值方向一致的特征向量为第一主成分,依此类推,PCA便能通过对几个主要成分的分析,从代谢组中识别出有效信息。主成分分析有助于简化分析和多维数据的可视化,但是该方法可能导致一部分有用信息的丢失。
2.2层次聚类分析法(HCA)
层次聚类分析法也常用于代谢组学的研究中,它是将n个样品分类,计算两两之间的距离,构成距离矩阵,合并距离最近的两类为一新类,计算新类与当前各类的距离。再合并、计算,直至只有一类为止。进行层次聚类前首先要计算相似度(similarity),然后使用最短距离法(NearestNeighbor)、最长距离法(FurthestNeighbor)、类间平均链锁法(BetweengroupsLinkage)或类内平均链锁法(WithingroupsLinkage)四种方法计算类与类之间的距离。该方法虽然精确,但计算机数据密集,对大量数据点进行分析时,更适合选用K均值聚类法(KMC)或批次自组织映射图法(BLSOM),而HCA适合将数据转换为主成分后使用。
2.3自组织映射图法(SOM)
神经网络中邻近的各个神经元通过侧向交互作用相互竞争,发展成检测不同信号的特殊检测器,这就是自组织特征映射的含义。其基本原理是将多维数据输入为几何学节点,相似的数据模式聚成节点,相隔较近的节点组成相邻的类,从而使多维的数据模式聚成二维节点的自组织映射图。除PCA和HCA外,SOM同样也可应用于包括基因组和转录组等组学研究中[23]。最初SOM计算时间长,依靠数据输入顺序决定聚类结果,近年来SOM逐渐发展成为不受数据录入顺序影响的批次自组织映射图法(BLSOM)。由于BLSOM可以对类进行调整,且有明确的分类标准,优化次序优于其他聚类法,已在基因组学和转录组学数据分析中得到广泛的应用。
2.4其他数据采矿方法
除PCA、HCA和SOM外,很多变量分析方法都可用于植物代谢组学的分析。软独立建模分类法(SIMCA)是利用主成分模型对未知样品进行分类和预测,适合对大量样本进行分析;近邻分类法(KNN)和K平均值聚类分析法(KMN)也可用于样品分类;主成分回归法(PCR)或偏最小二乘回归法(PLS)在某些情况下也可使用。然而到目前为止由于还没有建立一个标准的数据分析方法,代谢组学仍然是一门有待完善的学科。
3代谢组学在药用植物中的实践
植物药材来源于药用植物体,而药用植物体的形态建成是其体内一系列生理、生化代谢活动的结果。植物代谢活动分为初生代谢和次生代谢,初生代谢在植物生命过程中始终都在发生,其通过光合作用、柠檬酸循环等途径,为次生代谢的发生提供能量和一些小分子化合物原料。次生代谢往往发生在植物生命过程中的某一阶段,其主要生物合成途径有莽草酸途径、多酮途径和甲瓦龙酸途径等。植物药材含有的生物碱、胺类、萜类、黄酮类、醌类、皂苷、强心苷等活性物质的绝大多数属于次生代谢产物,因此探讨次生代谢产物在药用植物体内的合成积累机制及其影响因素,对于提高活性物质含量、保证药材质量、稳定临床疗效等具有重要意义。孙视等[24]通过对银杏叶中黄酮类成分积累规律的研究,提出了选择具有一定环境压力的次适宜生态环境解决药用植物栽培中生长和次生产物积累的矛盾。王昆等[25]以人参叶组织为材料,总结了构建人参叶cDNA文库过程中存在的一些关键问题和应采取的对策,为今后关于人参有效成分如人参皂苷的生物合成途径及其调控的基础研究提供技术参考和理论指导。最近,美国加利福尼亚大学伯克利分校的Keasling等[26]采用一系列的转基因调控方法,通过基因工程酵母合成了青蒿素的前体物质——青蒿酸,其产量超过100mg/L,为有效降低抗疟药物的成本提供了机遇。经过长期的研究积累,人们对代谢途径的主干部分(为次生代谢提供底物的初生代谢途径)已经基本了解,例如酚类的莽草酸途径,萜类的异戊二烯二磷酸(IPP)途径等。被子植物中一些相对保守的次生代谢途径也得到了很好的研究,如黄酮类、木质素的生物合成与调控。然而,对次生代谢最丰富最神奇的部分——特定产物合成与积累的过程,还所知甚少[27]。
4展望
近年来,代谢组学正日益成为研究的热点,越来越多的人已加入到代谢组学的研究中。随着代谢组学积累的数据和信息量的增大,其在药用植物学各个领域的应用价值也与日俱增。它将不仅能对单个代谢物进行全方面的分析,更能寻找其代谢过程中的关键基因、通过代谢指纹分析对药用植物进行快速分类、进一步研究药用植物有效成分代谢途径以及环境因子对植物代谢和品质的影响与调控机制。
然而依据传统中医药学和系统生物学的指导思想,目前急待解决的是中药种质资源的代谢组学研究和中药体内作用的代谢组学研究。同时,代谢组学在分析平台技术、方法学手段和应用策略等方面相对于其他组学技术还需要进一步发展和完善,还需要其他学科的配合和介入。相信随着更有力的成分分析设备的使用及代谢组数据库的建立,药用植物代谢组学将对中医药学产生深远的影响。
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