基于培养创新型人才的药用植物组织培养教学改革

张延红　陈红刚　郭清毅　何春雨　高素芳　王惠珍

摘要 药用植物组织培养课程具有理论性、技术性和实践性强的特点，通过在药用植物组织培养实验教学中应用药用植物实验技术体系和实验指导，开展探究性试验，结合项目化翻转课堂理论教学方法和实验操作视频教学的全方位谋划布局，建立一套理论密切结合实践的药用植物组织培养教学体系。在教学中真正做到以学生为主体，充分发挥学生学习的主观能动性和创造性，让学生从实践中学习和掌握药用植物组织培养知识和技术，推动课本知识向实践动手能力转化。以期提高学生的实践能力、创新创业能力和职业能力，为培养高素质复合型人才奠定基础。

关键词 药用植物组织培养；实验技术体系；探究性实验；项目化翻转课堂；教学视频

中图分类号 G642；S567   文献标识码 A

文章编号 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

植物組织培养是指在无菌和人工控制的环境条件下，利用合适的培养基，对离体的植物器官、组织、细胞及原生质体进行培养，使其再生细胞或形成完整植株的技术[1]。植物组织培养涉及植物学、植物生理学、育种学等多个知识领域，具有理论性、技术性和实践性强的特点，是一门综合性的应用学科[2]。药用植物组织培养是植物组织培养的一个新的分支，与药用植物优良品种筛选繁育、珍稀濒危物种快速繁殖和保存以及药效成分工厂化生产等密切相关，是中药产业发展的支撑学科[3]。

1 药用植物组织培养课程的内容与特点

药用植物组织培养课程可分为组织培养的基础理论知识，基本操作技术和各种类型培养2个部分。基础知识和基本操作技术，主要包括植物组织培养的基本原理、实验室的组成和设备、培养基的组成和配制、外植体的选择与消毒、接种技术和培养条件等。各类型培养包括胚胎培养、花药培养、细胞培养、脱毒苗培育和离体快速繁殖等。基础知识和基本操作技术是该课程学习的基础，同时也贯穿应用于整个课程，是开展各类型培养的重要支撑。每种培养类型都有其特有的知识和技术方法，具有完整而独立的技术体系，有很高的实践应用价值，是课程学习的重点内容，也是开展药用植物组织培养新产品研发的重要知识和技能储备。

药用植物组织培养产品开发是一项比较复杂的工作，常因植物种类和基因型、研究目标、器官组织类型以及材料的生理状态和取材时期的不同，试验设计和研究方法都会有所差异[4]。因此，该课程学习不仅要求学生要熟练掌握组织培养的一般操作技术，更要系统掌握各类型培养的完整技术体系及其丰富的理论知识和经验，能够自己设计科学合理的试验方案，并进行大量探索性和系统性的试验，能够解决试验中遇到的各种问题，独立开发药用植物组织培养新产品。

2 药用植物组织培养课程教学目标的重新定位

植物组织培养是一门应用性课程，在很多农业类本科专业中都有开设，但在课程培养目标的制定上以低阶目标为主，强调知识的记忆和理解。近年来，随着植物组织培养的产业化及市场化发展，对创新应用型人才的要求越来越高，需求也越来越大[3]。原有的培养目标只是让学生掌握基本的知识和操作技术，学生对知识的掌握缺乏系统性，理论和实践应用相割裂，很难将理论知识应用于实践中。针对这些问题，教学团队对药用植物组织培养课程的培养目标进行了修订，在低阶目标的基础上增加了应用、分析、创造等高阶目标的要求。通过对学生高阶能力的培养，拓展学生的创新思维，提高学生的创新创业能力。

3 药用植物组织培养课程内容的完善、优化与教学方法改革

传统的课堂教学，教师扮演“主角”，课堂形式以教师讲授为主，学生只是被动地接受知识，实践与理论教学孤立、实验技术体系不完善、简单的验证性实验偏多等因素严重制约了学生实践能力的锻炼和提升，与培养符合社会需要的创新型人才的目标相违背。为锻炼学生动手操作能力，使理论知识和实际操作技能有机结合，培养学生的创新思维和综合素质，以课程内容和教学方法为切入点，开展了实验技术体系建立，实验指导编写，探究性实验、项目化翻转课堂应用等系列教学改革，并取得了一定的成效。

3.1 实验技术体系的建立与完善

药用植物组织培养是农学和中药学的一门新兴交叉学科，相关实验技术体系还不完善，很大程度上仍沿用农作物的实验教学技术体系，不利于专业课程教学的开展。因此，教学团队以甘肃道地药用植物为试验材料，开展了大量研究试验，建立了多种药用植物不同类型培养和植株再生不同发生途径的实验技术体系。包括党参、薄荷、半夏、芦荟等离体组织快繁技术，当归细胞悬浮培养技术，贝母、薄荷、党参、黄芪和秦艽茎尖超低温保存技术，铁棒锤胚培养技术，党参花药培养技术，当归胚轴和胚根培养技术，党参不定根培养和菘蓝叶片培养技术。

植株的再生途径与植物种类及特性、器官组织类型和培养目的密切相关，是开展各种培养类型的基础认知和技术。让学生在实践中深入学习和认识植株再生的5种发生途径非常重要。经过多年的研究，建立了包括秦艽、党参、铁棒锤丛生芽再生途径，秦艽和当归胚状体发生途径，菘蓝、百合不定芽再生途径，薄荷、黄芩和黄芪无菌短枝发生途径，半夏类原球茎发生途径实验技术体系。在以上大量试验研究的基础上，编写了《药用植物组织培养实验指导》，在教学实践中的推广应用效果良好。

3.2 探究性实验教学的实施

药用植物组织培养原有实验课程体系中以验证性实验居多，学生依照实验指导按固定步骤完成实验，对培养学生动手能力有益，但无益于学生科研创新能力的培养。针对这一问题，在不影响基本操作技术学习的基础上，积极调整教学计划，优化实验教学内容，减少验证性实验，增加探究性实验。随着药用植物组织培养课程改革的推进，探究性实验越来越受到关注。探究性实验以学生为主体，在教师的指导下，学生运用专业知识进行研究选题的提出、试验方案的制定和实施。在试验实施过程中，教师给予指导并及时解决学生遇到的问题，重视发挥学生的主观能动性和创造性，使所学理论知识在实践中得到巩固和融会贯通，让学生更深刻地领会和掌握所学知识。探究性实验能引导学生进行探究性学习，培养学生的科学探究能力、合作能力、实践能力以及创新能力，是培养应用型人才、提高教学质量的重要手段。

药用植物组织培养探究性试验即在老师的指导下，学生从外植体选择与消毒、基本培养基选择、激素使用、培养条件到观察统计指标等各环节自主设计并实施。首先，教師对探究性实验的目的和要求、文献学习、选题提出、试验方案设计和论文撰写各环节进行解读，让学生对即将开展的试验各环节的目的和内容有较为明确和透彻的认识。在试验前2周要求学生查阅指定的几种药用植物的相关组织培养资料6～8篇，并按一定的要求和方法做好学习笔记。然后以小组为单位利用课余时间进行讨论，提出选题，明确立题依据和试验目标，制定具体的实施方案。实验课上老师集中组织学生以小组为单位进行试验方案答辩，老师和同学质疑提问，根据提出的问题和建议修改试验方案，试验方案由老师审核通过后方能实施。试验过程中要求学生对试验中出现的问题通过利用专业知识、查阅文献及与老师和同学探讨等方式及时有效地予以解决。试验结束后要求学生参考论文发表格式撰写实验课程论文。从学生试验设计的合理性、试验操作的规范性、试验论文撰写的科学性等多方面进行考核[5]。探究性实验不仅能培养学生理论与实践的综合应用能力和分析问题、解决问题的能力，还培养了学生严谨的态度和团队合作精神。

3.3 项目化翻转课堂教学模式的应用

翻转课堂作为一种新型的教学模式，顺应了我国教育改革的潮流。药用植物组织培养课程由原来的以知识传授为主向学生自主学习转变，结合项目导入和任务驱动进行新知识的传授，充分体现了教学过程中学生的主体地位，教师在教学过程中起到指导和促进作用。项目化翻转课堂教学与传统的以教师和课本为主的教学方法相比具有一定优越性，很适合当今社会转型发展需要的创新人才的培养[6]。传统的药用植物组织培养理论教学模式认为，教育的重点在于“教”，理论授课只是简单地讲述某类型培养的普遍经验方法，有问题、有答案，教师只负责传授知识，学生只被动地接受知识，缺乏主动思考，学生对该培养类型没有系统、深入的认知，应用和创新更无从谈起。而项目化翻转课堂将教学内容项目化，注重发挥学生的主观能动性和想象力，引导学生主动探索药用植物组织培养的知识内容和技术方法。

在学习不同类型培养时，老师搜集3～4个典型案例，课前7 d发给学生，要求学生仔细阅读并做好学习笔记。课堂上老师以某类型培养的典型案例为主线，讲授其研究思路和技术方法。例如，以金线莲杂交育种为例讲解幼胚培养的研究思路和方法，即如何通过试验研究明确授粉后花粉萌发和花粉管到达胚囊的时间，以及授粉后胚胎发育及幼胚败育时间，在此基础上如何开展幼胚挽救。典型案例讲解结束后留出一定的时间，让学生结合自己学习的文献资料进行对比分析，讨论该类型培养的研究思路和方法以及关键技术和影响因素，让学生通过主动思考和学习建立一套幼胚培养的知识技术体系。

项目化翻转课堂教学提高了学生学习的积极性，鼓励学生自己思考做什么以及怎么做，而不是让学生接受现成的结论，学生在项目学习过程中发现问题，通过与教师和同学的交流，思考问题和解决问题，从而培养学生的探索精神和创新能力。

4 药用植物组织培养实验操作视频教学的应用

药用植物组织培养是一门技术型课程，实验室组成和实验基本操作技术是整个课程的基础，也是理论学习的重要组成部分，单纯的语言描述很难将一系列的连续操作讲解到位，教学和学习效果不佳。鑒于此，拍摄了组织培养相关技术操作视频，包括实验室组成和设施、仪器设备和操作使用方法、培养基母液配制、培养基配制、材料消毒、无菌操作和接种。通过视频演示和教师讲解，学生对操作技术有了感性认识，再进一步通过自己的实践操作，对技术的掌握更加到位和牢固。此外，教师在研究过程中拍摄的很多实验图片，为理论和实验教学提供了丰富、生动的素材。

5 结语

通过建立药用植物组织培养实验技术体系，应用项目化翻转课堂教学方法，录制实验操作教学视频以及开展探究性试验的全方位谋划布局，建立了一套理论密切结合实践的药用植物组织培养教学体系。让学生在实践中学习和掌握药用植物组织培养知识和技术，推动了课本知识向实践动手能力的转化。在教学中真正做到以学生为主体，充分发挥学生学习的主观能动性和创造性，提高学生的实践能力、创新创业能力和职业能力，为培养高素质复合型人才奠定了良好的基础。

6 参考文献

[1] 王蒂，陈劲枫.植物组织培养（第二版）[M]. 北京：中国农业出版社，2013.

[2] 邢世海，柳莺莺，曹梦阳，等.多学科交叉的药用植物组织培养课程理论教学[J]. 浙江农业科学，2019，60（9）：1695-1698，1702.

[3] 钱子刚. 药用植物组织培养[M].北京：中国中医药出版社，2007.

[4] 王玉英，高新一. 植物组织培养技术手册[M].北京：金盾出版社，2009.

[5] 梁明骅. 参与式教学法在植物组织培养课程教学中的探索性应用[J]. 农业灾害研究，2020，10（7）：169-170，173

[6] 马丽，张宗英，郭学良. 项目化翻转课堂在植物组织培养课程教学中的应用[J]. 新余学院学报，2018，23（4）：116-118.

（责编：何 艳）