基于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的藥用植物組織培養(yǎng)教學(xué)改革

張延紅　陳紅剛　郭清毅　何春雨　高素芳　王惠珍

摘要 藥用植物組織培養(yǎng)課程具有理論性、技術(shù)性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，通過在藥用植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用藥用植物實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，開展探究性試驗(yàn)，結(jié)合項(xiàng)目化翻轉(zhuǎn)課堂理論教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)操作視頻教學(xué)的全方位謀劃布局，建立一套理論密切結(jié)合實(shí)踐的藥用植物組織培養(yǎng)教學(xué)體系。在教學(xué)中真正做到以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生從實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握藥用植物組織培養(yǎng)知識和技術(shù)，推動課本知識向?qū)嵺`動手能力轉(zhuǎn)化。以期提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和職業(yè)能力，為培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 藥用植物組織培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系；探究性實(shí)驗(yàn)；項(xiàng)目化翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)視頻

中圖分類號 G642；S567? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）07-0175-04

Reform of Medicinal Plants Tissue Culture Based on Cultivation of Innovative Talents Teaching

ZHANG Yanhong? ?CHEN Honggang? ?GUO Qingyi? ?HE Chunyu*? ?GAO Sufang? ?WANG Huizhen

（Pharmacy College of Gansu University of Chinese Medicine，Lanzhou Gansu 730000）

Abstract Medicinal plant tissue culture is a strong theoretical，technical and practical course. With the application of medicinal plant experiment technology system，exploratory experiment，project-based flipped classroom and video in medicinal plants tissue culture teaching，a set of teaching system combining of theory and practice was established. In the teaching，students learned and mastered the knowledge and technology of medicinal plants tissue culture from practice，in which the transformation of textbook knowledge to practical ability were promoted， and students were the main body and played their subjective initiative and creativity effectively and their practical ability， innovation，entrepreneurship ability and professional ability were improved，which layed the foundation for training high quality compound talents.

Keywords medicinal plants tissue culture; experimental technology system; exploratory experiment; project-based flipped classroom; teaching video

植物組織培養(yǎng)是指在無菌和人工控制的環(huán)境條件下，利用合適的培養(yǎng)基，對離體的植物器官、組織、細(xì)胞及原生質(zhì)體進(jìn)行培養(yǎng)，使其再生細(xì)胞或形成完整植株的技術(shù)[1]。植物組織培養(yǎng)涉及植物學(xué)、植物生理學(xué)、育種學(xué)等多個知識領(lǐng)域，具有理論性、技術(shù)性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，是一門綜合性的應(yīng)用學(xué)科[2]。藥用植物組織培養(yǎng)是植物組織培養(yǎng)的一個新的分支，與藥用植物優(yōu)良品種篩選繁育、珍稀瀕危物種快速繁殖和保存以及藥效成分工廠化生產(chǎn)等密切相關(guān)，是中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐學(xué)科[3]。

1 藥用植物組織培養(yǎng)課程的內(nèi)容與特點(diǎn)

藥用植物組織培養(yǎng)課程可分為組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)理論知識，基本操作技術(shù)和各種類型培養(yǎng)2個部分。基礎(chǔ)知識和基本操作技術(shù)，主要包括植物組織培養(yǎng)的基本原理、實(shí)驗(yàn)室的組成和設(shè)備、培養(yǎng)基的組成和配制、外植體的選擇與消毒、接種技術(shù)和培養(yǎng)條件等。各類型培養(yǎng)包括胚胎培養(yǎng)、花藥培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)、脫毒苗培育和離體快速繁殖等。基礎(chǔ)知識和基本操作技術(shù)是該課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，同時也貫穿應(yīng)用于整個課程，是開展各類型培養(yǎng)的重要支撐。每種培養(yǎng)類型都有其特有的知識和技術(shù)方法，具有完整而獨(dú)立的技術(shù)體系，有很高的實(shí)踐應(yīng)用價值，是課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是開展藥用植物組織培養(yǎng)新產(chǎn)品研發(fā)的重要知識和技能儲備。

藥用植物組織培養(yǎng)產(chǎn)品開發(fā)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，常因植物種類和基因型、研究目標(biāo)、器官組織類型以及材料的生理狀態(tài)和取材時期的不同，試驗(yàn)設(shè)計和研究方法都會有所差異[4]。因此，該課程學(xué)習(xí)不僅要求學(xué)生要熟練掌握組織培養(yǎng)的一般操作技術(shù)，更要系統(tǒng)掌握各類型培養(yǎng)的完整技術(shù)體系及其豐富的理論知識和經(jīng)驗(yàn)，能夠自己設(shè)計科學(xué)合理的試驗(yàn)方案，并進(jìn)行大量探索性和系統(tǒng)性的試驗(yàn)，能夠解決試驗(yàn)中遇到的各種問題，獨(dú)立開發(fā)藥用植物組織培養(yǎng)新產(chǎn)品。

2 藥用植物組織培養(yǎng)課程教學(xué)目標(biāo)的重新定位

植物組織培養(yǎng)是一門應(yīng)用性課程，在很多農(nóng)業(yè)類本科專業(yè)中都有開設(shè)，但在課程培養(yǎng)目標(biāo)的制定上以低階目標(biāo)為主，強(qiáng)調(diào)知識的記憶和理解。近年來，隨著植物組織培養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)化及市場化發(fā)展，對創(chuàng)新應(yīng)用型人才的要求越來越高，需求也越來越大[3]。原有的培養(yǎng)目標(biāo)只是讓學(xué)生掌握基本的知識和操作技術(shù)，學(xué)生對知識的掌握缺乏系統(tǒng)性，理論和實(shí)踐應(yīng)用相割裂，很難將理論知識應(yīng)用于實(shí)踐中。針對這些問題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對藥用植物組織培養(yǎng)課程的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行了修訂，在低階目標(biāo)的基礎(chǔ)上增加了應(yīng)用、分析、創(chuàng)造等高階目標(biāo)的要求。通過對學(xué)生高階能力的培養(yǎng)，拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

3 藥用植物組織培養(yǎng)課程內(nèi)容的完善、優(yōu)化與教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，教師扮演“主角”，課堂形式以教師講授為主，學(xué)生只是被動地接受知識，實(shí)踐與理論教學(xué)孤立、實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系不完善、簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多等因素嚴(yán)重制約了學(xué)生實(shí)踐能力的鍛煉和提升，與培養(yǎng)符合社會需要的創(chuàng)新型人才的目標(biāo)相違背。為鍛煉學(xué)生動手操作能力，使理論知識和實(shí)際操作技能有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)，以課程內(nèi)容和教學(xué)方法為切入點(diǎn)，開展了實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系建立，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)編寫，探究性實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目化翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用等系列教學(xué)改革，并取得了一定的成效。

3.1 實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系的建立與完善

藥用植物組織培養(yǎng)是農(nóng)學(xué)和中藥學(xué)的一門新興交叉學(xué)科，相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系還不完善，很大程度上仍沿用農(nóng)作物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)體系，不利于專業(yè)課程教學(xué)的開展。因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以甘肅道地藥用植物為試驗(yàn)材料，開展了大量研究試驗(yàn)，建立了多種藥用植物不同類型培養(yǎng)和植株再生不同發(fā)生途徑的實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系。包括黨參、薄荷、半夏、蘆薈等離體組織快繁技術(shù)，當(dāng)歸細(xì)胞懸浮培養(yǎng)技術(shù)，貝母、薄荷、黨參、黃芪和秦艽莖尖超低溫保存技術(shù)，鐵棒錘胚培養(yǎng)技術(shù)，黨參花藥培養(yǎng)技術(shù)，當(dāng)歸胚軸和胚根培養(yǎng)技術(shù)，黨參不定根培養(yǎng)和菘藍(lán)葉片培養(yǎng)技術(shù)。

植株的再生途徑與植物種類及特性、器官組織類型和培養(yǎng)目的密切相關(guān)，是開展各種培養(yǎng)類型的基礎(chǔ)認(rèn)知和技術(shù)。讓學(xué)生在實(shí)踐中深入學(xué)習(xí)和認(rèn)識植株再生的5種發(fā)生途徑非常重要。經(jīng)過多年的研究，建立了包括秦艽、黨參、鐵棒錘叢生芽再生途徑，秦艽和當(dāng)歸胚狀體發(fā)生途徑，菘藍(lán)、百合不定芽再生途徑，薄荷、黃芩和黃芪無菌短枝發(fā)生途徑，半夏類原球莖發(fā)生途徑實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系。在以上大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，編寫了《藥用植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》，在教學(xué)實(shí)踐中的推廣應(yīng)用效果良好。

3.2 探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

藥用植物組織培養(yǎng)原有實(shí)驗(yàn)課程體系中以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)居多，學(xué)生依照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)按固定步驟完成實(shí)驗(yàn)，對培養(yǎng)學(xué)生動手能力有益，但無益于學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對這一問題，在不影響基本操作技術(shù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，積極調(diào)整教學(xué)計劃，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加探究性實(shí)驗(yàn)。隨著藥用植物組織培養(yǎng)課程改革的推進(jìn)，探究性實(shí)驗(yàn)越來越受到關(guān)注。探究性實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主體，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識進(jìn)行研究選題的提出、試驗(yàn)方案的制定和實(shí)施。在試驗(yàn)實(shí)施過程中，教師給予指導(dǎo)并及時解決學(xué)生遇到的問題，重視發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性，使所學(xué)理論知識在實(shí)踐中得到鞏固和融會貫通，讓學(xué)生更深刻地領(lǐng)會和掌握所學(xué)知識。探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)芤龑?dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、合作能力、實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。

藥用植物組織培養(yǎng)探究性試驗(yàn)即在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生從外植體選擇與消毒、基本培養(yǎng)基選擇、激素使用、培養(yǎng)條件到觀察統(tǒng)計指標(biāo)等各環(huán)節(jié)自主設(shè)計并實(shí)施。首先，教師對探究性實(shí)驗(yàn)的目的和要求、文獻(xiàn)學(xué)習(xí)、選題提出、試驗(yàn)方案設(shè)計和論文撰寫各環(huán)節(jié)進(jìn)行解讀，讓學(xué)生對即將開展的試驗(yàn)各環(huán)節(jié)的目的和內(nèi)容有較為明確和透徹的認(rèn)識。在試驗(yàn)前2周要求學(xué)生查閱指定的幾種藥用植物的相關(guān)組織培養(yǎng)資料6～8篇，并按一定的要求和方法做好學(xué)習(xí)筆記。然后以小組為單位利用課余時間進(jìn)行討論，提出選題，明確立題依據(jù)和試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，制定具體的實(shí)施方案。實(shí)驗(yàn)課上老師集中組織學(xué)生以小組為單位進(jìn)行試驗(yàn)方案答辯，老師和同學(xué)質(zhì)疑提問，根據(jù)提出的問題和建議修改試驗(yàn)方案，試驗(yàn)方案由老師審核通過后方能實(shí)施。試驗(yàn)過程中要求學(xué)生對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題通過利用專業(yè)知識、查閱文獻(xiàn)及與老師和同學(xué)探討等方式及時有效地予以解決。試驗(yàn)結(jié)束后要求學(xué)生參考論文發(fā)表格式撰寫實(shí)驗(yàn)課程論文。從學(xué)生試驗(yàn)設(shè)計的合理性、試驗(yàn)操作的規(guī)范性、試驗(yàn)論文撰寫的科學(xué)性等多方面進(jìn)行考核[5]。探究性實(shí)驗(yàn)不僅能培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐的綜合應(yīng)用能力和分析問題、解決問題的能力，還培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和團(tuán)隊(duì)合作精神。

3.3 項(xiàng)目化翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的應(yīng)用

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新型的教學(xué)模式，順應(yīng)了我國教育改革的潮流。藥用植物組織培養(yǎng)課程由原來的以知識傳授為主向?qū)W生自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，結(jié)合項(xiàng)目導(dǎo)入和任務(wù)驅(qū)動進(jìn)行新知識的傳授，充分體現(xiàn)了教學(xué)過程中學(xué)生的主體地位，教師在教學(xué)過程中起到指導(dǎo)和促進(jìn)作用。項(xiàng)目化翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)與傳統(tǒng)的以教師和課本為主的教學(xué)方法相比具有一定優(yōu)越性，很適合當(dāng)今社會轉(zhuǎn)型發(fā)展需要的創(chuàng)新人才的培養(yǎng)[6]。傳統(tǒng)的藥用植物組織培養(yǎng)理論教學(xué)模式認(rèn)為，教育的重點(diǎn)在于“教”，理論授課只是簡單地講述某類型培養(yǎng)的普遍經(jīng)驗(yàn)方法，有問題、有答案，教師只負(fù)責(zé)傳授知識，學(xué)生只被動地接受知識，缺乏主動思考，學(xué)生對該培養(yǎng)類型沒有系統(tǒng)、深入的認(rèn)知，應(yīng)用和創(chuàng)新更無從談起。而項(xiàng)目化翻轉(zhuǎn)課堂將教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化，注重發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和想象力，引導(dǎo)學(xué)生主動探索藥用植物組織培養(yǎng)的知識內(nèi)容和技術(shù)方法。

在學(xué)習(xí)不同類型培養(yǎng)時，老師搜集3～4個典型案例，課前7 d發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生仔細(xì)閱讀并做好學(xué)習(xí)筆記。課堂上老師以某類型培養(yǎng)的典型案例為主線，講授其研究思路和技術(shù)方法。例如，以金線蓮雜交育種為例講解幼胚培養(yǎng)的研究思路和方法，即如何通過試驗(yàn)研究明確授粉后花粉萌發(fā)和花粉管到達(dá)胚囊的時間，以及授粉后胚胎發(fā)育及幼胚敗育時間，在此基礎(chǔ)上如何開展幼胚挽救。典型案例講解結(jié)束后留出一定的時間，讓學(xué)生結(jié)合自己學(xué)習(xí)的文獻(xiàn)資料進(jìn)行對比分析，討論該類型培養(yǎng)的研究思路和方法以及關(guān)鍵技術(shù)和影響因素，讓學(xué)生通過主動思考和學(xué)習(xí)建立一套幼胚培養(yǎng)的知識技術(shù)體系。

項(xiàng)目化翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，鼓勵學(xué)生自己思考做什么以及怎么做，而不是讓學(xué)生接受現(xiàn)成的結(jié)論，學(xué)生在項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題，通過與教師和同學(xué)的交流，思考問題和解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力。

4 藥用植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作視頻教學(xué)的應(yīng)用

藥用植物組織培養(yǎng)是一門技術(shù)型課程，實(shí)驗(yàn)室組成和實(shí)驗(yàn)基本操作技術(shù)是整個課程的基礎(chǔ)，也是理論學(xué)習(xí)的重要組成部分，單純的語言描述很難將一系列的連續(xù)操作講解到位，教學(xué)和學(xué)習(xí)效果不佳。鑒于此，拍攝了組織培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)操作視頻，包括實(shí)驗(yàn)室組成和設(shè)施、儀器設(shè)備和操作使用方法、培養(yǎng)基母液配制、培養(yǎng)基配制、材料消毒、無菌操作和接種。通過視頻演示和教師講解，學(xué)生對操作技術(shù)有了感性認(rèn)識，再進(jìn)一步通過自己的實(shí)踐操作，對技術(shù)的掌握更加到位和牢固。此外，教師在研究過程中拍攝的很多實(shí)驗(yàn)圖片，為理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了豐富、生動的素材。

5 結(jié)語

通過建立藥用植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系，應(yīng)用項(xiàng)目化翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，錄制實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)視頻以及開展探究性試驗(yàn)的全方位謀劃布局，建立了一套理論密切結(jié)合實(shí)踐的藥用植物組織培養(yǎng)教學(xué)體系。讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握藥用植物組織培養(yǎng)知識和技術(shù)，推動了課本知識向?qū)嵺`動手能力的轉(zhuǎn)化。在教學(xué)中真正做到以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性和創(chuàng)造性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和職業(yè)能力，為培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才奠定了良好的基礎(chǔ)。

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（責(zé)編：何 艷）