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校园绿化和GoogleEarth软件的数字药用植物园建设

  2020-07-16    292  上传者:管理员

摘要:利用集卫星照片、航空照相和GIS于一体的GoogleEarth软件,制作校园药用植物电子地图。将校园绿化和药用植物园栽培的药用植物,在地图上进行定位和标注,链接至数字化药用植物园网站,构建集实时定位、形态展示和中药知识于一体,覆盖全校园的药用植物信息系统。该系统收载校园绿化及药用植物园的药用植物200余种,用户可以借助GoogleEarth软件在手机移动端随时随地对校园药用植物进行定位、查询和学习,扩大了教学信息容量和教学资源的利用范围,推动了药用植物学实验教学模式的改革和创新。

  • 关键词:
  • GoogleEarth
  • 数字化
  • 植物园
  • 药用植物
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药用植物学是药学专业的基础课,是学习生药学和天然药物化学的基础。药用植物园为药用植物学实验课提供植物材料,使学生能够对真实具体的药用植物进行学习研究,其在药用植物学教学中有着不可取代的地位。近年来,受校园发展空间限制,植物物种无法得到进一步完善和补充,这制约了实验教学的开展。针对这一问题,将药用植物园数字化,并将部分校园绿化植物纳入数字植物园中,扩大教学资源的利用范围,有助于提高药用植物学实验教学的质量和效果。

在药用植物园建设方面,不少学者结合各自学校的教学特点和现状,提出了药用植物园校园化[1,2]、数字化[3,4]的解决方案。借鉴现有研究成果,本文利用GoogleEarth软件,借助校园绿化植物和药用植物园现有栽培植物,通过编制校园药用植物电子地图的方式,建成了数字药用植物园,使学生能利用手机移动端随时随地对校园药用植物进行查询、定位和学习,此方式可培养学生学习药用植物的兴趣,提高药用植物学的实验教学效果。


1、数字药用植物园的可行性


1.1传统药用植物园存在的问题

传统药用植物园占地面积大,需要一定的空间支持,这制约了植物物种的进一步完善和补充。药用植物品种的相对有限,限制了教学和实验课程的开展,也难以调动学生的学习兴趣。传统药用植物园栽培的植物需专人维护,消耗大量人力和资金,且不同药用植物的农时不同,管理难度大。传统药用植物园栽种的植物,遵循各自的生长规律,其外观随季节变化差异也较大,许多重要生育期如苗期、花期和果期的鉴别特征在教学时难以看到,学生理解比较困难。此外,传统药用植物园仅适用于定时、定点的学习,无法实现远程学习、实时学习,在当今网络实时教学、慕课等前沿教育教学形式快速发展的今天,这种固定的、局限的教学方式已经不能跟上时代前进的步伐。

总之,传统的药用植物园模式,虽然在长期的教学实践中发挥了非常大的作用,是药用植物学教学中不可或缺的教学手段,但对其进行改革、创新以适应时代要求已势在必行。

1.2数字药用植物园的特色和优势

目前,掌上电脑、大屏幕智能手机等电子产品,已得到了广泛应用。随着网络技术的发展,上网方式由固定转为移动,人们可以随时随地使用网络进行学习和交流。伴随网络技术的进步,网络教学也随之兴起,慕课等新的教学形式已大范围开展,学生可以利用手机等移动终端接入网络,随时随地学习知识。在移动网络终端日益普及和成熟的基础上,药用植物园的数字化具备了实施的条件。北京植物园[5]和深圳仙湖植物园[6]在国内率先进行了植物园数字化尝试,其利用GPS或GIS技术结合相关软件,建立了植物信息数据库与植物地图,实现了植物信息的数字化管理,也为科普植物知识及教学研究提供了服务平台。

数字药用植物园通过编制药用植物电子地图,鉴定和拍摄大量的药用植物图片,利用计算机网络和数字多媒体技术,把活体药用植物转化为数字化药用植物档案信息,并对其进行存储和网络链接管理。学生在学习药用植物时,通过植物电子地图,对校园药用植物进行定位和查询,随时随地学习身边的药用植物,形成以课上教师讲解为主,课下学生通过网络和移动终端,实地自主学习为辅的新的药用植物学习模式。

1.3基于校园绿化的数字药用植物园的功能构建

山东大学校园绿化率高,栽培和半野生的绿化植物有200余种,其中有药用价值的植物近百种,且多为生长地点相对固定的乔木、灌木和多年生草本,植物定植地点明确,有利于教学的持续开展。本校把校园绿化纳入数字药用植物园系统中,在不改变校园规划的前提下,使药用植物学教学资源扩大了一倍,成功解决了原有药用植物园因受场地空间的限制造成药用植物品种过少和过于单一的问题。


2、数字药用植物园的设计与建设


鉴于校园绿化植物较为分散,教研组拟建设的数字药用植物园系统应包括如下几部分功能:

(1)药用植物分布和定位[7]。借助谷歌地球(GoogleEarth)软件,利用GPS技术,将各种药用植物在电子地图上标定位置。使用者在移动终端安装该软件后,可实时显示本人所在的实景位置,并可以看到本人与各种药用植物的相对位置关系。

(2)药用植物特征识别[8]。每种药用植物均配置高像素数码相机拍摄的原植物照片,包括茎叶、花序、花、果实种子等细节照片,便于用户对植物进行对比辨识。

(3)药用价值的学习。每种植物在电子地图上的位置点,均可以链接到“山东大学数字药用植物园”网站,该网站除对药用植物的形态特征进行图文对照描述外,还记载了该植物的入药部位和药用价值,并对相应的中药材进行讲解。

2.1系统架构

数字药用植物园系统,由客户端和数据库[9]两部分组成。

GoogleEarth是一款由谷歌公司开发的虚拟地球仪软件,现已被广泛应用于护林防火[10]、水土保持[11]和中药资源普查[12]等多个领域。本教研组采用该软件的PC版和手机版作为客户端,在PC端进行植物路点信息的编辑和电子地图的制作。将编制好的药用植物电子地图文件导入到软件的手机客户端,学生便可以实地对植物进行面对面的学习。

数据库采用网站的形式,每种植物在电子地图上的位置点,均链接到“山东大学数字药用植物园”网站,植物的形态描述、药用价值以及大量的图文资料,均在该网站展示。目前,本教研组共收载药用植物60科137属174种,图片408幅,文字约5万字。该网站依托山东大学课程中心平台,有专人维护,保证了数据运行的安全性和稳定性。

2.2功能架构

为弥补传统教学模式的不足,扩大药用植物学的教学资源,提高学生植物学学习的自主性,数字药用植物园系统主要构建了3个功能模块。

2.2.1药用植物定位模块

将校园绿化植物纳入数字药用植物园的建设范围内,扩大了药用植物学的教学资源,但因此收录的植物品种更加分散,不利于查找和学习。本团队基于GoogleEarth软件,将药用植物园和校园绿化植物,编制成电子地图,对校园内常见的药用植物进行精确定位,便于学生自学。

校园植物电子地图的制作,使用GoogleEarth软件,以山东省济南市山东大学校园地图为底层信息图层,制作者在其上方进行植物地点信息的标注与编辑,建立上层信息图层。团队教师根据前期对校园药用植物的调查,按照由GPS获取的每种植物的经纬度信息,为每一种植物在GoogleEarth软件中创建一个路点。用户在软件中打开校园植物电子地图文件后,即显示校园中每种植物的分布位置及名称(图1a),并显示使用者当前所处的位置。由于使用的地图底层是卫星实景地图层,用户可根据实际房屋、街道的方位,准确到达需要辨识的植物周边。对于熟悉校园的师生,在选中某种植物后,即可快速对其实现定位。

图1数字药用植物园手机客户端效果图

2.2.2药用植物识别模块

由于药用植物在各生长时期的外观差异较大,用户通过定位功能找到某种药用植物后,看到的外观只是其生活史中短暂的一刻,许多重要生育期的鉴别特征如幼苗、花和果实的形态难以看到。数字植物园的建设,恰好弥补了这一缺憾,通过数据库中收载的植物各生长时期和各器官的形态特征以及局部特征图片,使用者对该植物整个生命周期内的形态特征一目了然,可以对其有更直观的认识,从而达到更好的学习效果。

本团队将每种药用植物在GoogleEarth软件中创建路点后,即对该路点进行信息维护,如添加植物形态和药用价值的描述以及该植物相应的数字药用植物园的网站链接(图1b)。网站收载的药用植物,按照植物分类系统进行编排,每种项下均收载“植物形态”“药用价值”和植物特征照片(图1c)。文字描述的内容包括植物的中文名、拉丁学名、植物形态、花果期、入药部位和药用价值。图片部分展示植物根、茎、叶、花或果实种子等各部分的形态特征和局部特征,以高像素的数码相机拍摄,部分细节(如植物表面的毛绒、花的雄雌蕊、种子等)采用微距镜头拍摄,力求全方位展现植物的特征。所拍摄的照片,通过图片处理软件压缩、锐化并添加logo后,上传至网站展示。这些图片通过对植物的分类学特征进行特化和放大,补充了因受制于生长周期而无法观察到的植物特征的缺憾,加深了学生的认识。

通过网站链接,用户在面对某种药用植物时,可以在移动客户端的指导下,将网站上图文并茂的植物特征与面前的实物进行比对,有针对性地对该植物进行观察和学习,

2.2.3药用价值学习模块

作为药学专业学生,学习药用植物学是为进一步学习生药学奠定知识基础,因此,与国内其他植物园开发的数字植物园系统不同,本研究突出了对收载植物品种药用价值的展示。

在数字药用植物园网站上,每种植物项下均有“药用价值”模块,该模块除对植物的入药部位及其药用价值进行介绍外,还进一步将网页链接至前期已建成的“中药数字标本馆”网站。该网站重点对中药材进行讲解,包括药材性状鉴别特征的文字描述和反映该特征的照片(图1d)。文字描述的内容包括药材的中文名、拉丁名、来源、入药部位、采收加工方法和性状鉴别。选取药材的个子和饮片,以高像素的数码相机拍摄,部分细节(如药材断面特征、细小的果实种子等)采用微距镜头拍摄,力求全方位地展示药材的整体性状特征和局部细节特征。

通过网站链接,用户在学习药用植物的同时,还可以通过移动客户端,对其药用价值进行延伸学习,扩展了药用植物学的教学内容,使之与相关课程达成更好地衔接。


3、小结


数字药用植物园的建成和运行,突破了传统药用植物园在时间、空间和品种方面的限制,具有实时定位、图文并茂、信息全面、易于查询、不受季节和地域限制、节约经费等显著优势,实现了药用植物信息的网络化,使药用植物园与时俱进。该系统运行以来,点击率已突破10万人次,其扩充了药用植物学的教学资源,显著地提高了学生学习药用植物的兴趣,既可以大幅提高相关学科教师的教学效果,又为广泛宣传中医药知识做出了贡献。


参考文献:

[1]钟泰林,石柏林,李根有,等.生态型校园式植物园建设实践与理论探讨——以浙江林学院植物园为例[J].广东园林,2009,31(5):39-44.

[2]陈昊,史守正.基于Android的校园植物园系统的实现——以苏州科技大学石湖校区为例[J].数字技术与应用,2016(8):188-189.

[3]佚名.数字植物园[J].生命世界,2012(2):44-45.

[5]王康,权键,张佐双.北京植物园植物信息数字化管理的初步实现[J].中国园林,2005(11):76-78.

[6]林国忠,佘光辉,温小荣,等.深圳市仙湖数字植物园系统的研建[J].南京林业大学学报(自然科学版),2005,29(2):79-82.

[7]宋军帅,宋匡时,艾文慧.校园植物分布查询系统设计与实现[J].科技传播,2015(4):136-139.

[8]成丹,崔瑾,王庆亚,等.植物学虚拟实验平台的构建及应用[J].实验室研究与探索,2016(2):62-66.

[9]尹婕,高琳惠,张睿,等.药用植物形态特征图片库的建设与应用[J].卫生职业教育,2016,34(1):14-15.

[10]刘晓曦.GoogleEarth软件在航空护林工作中的应用研究[J].林业调查规划,2018,43(4):10-15.

[11]郭子豪,高建恩,吴莉娜,等.基于GoogleEarth的一种浅沟侵蚀量的测算方法[J].中国水土保持科学,2018,16(4):138-143.

[12]杨烁,曹政飞,薛渊元,等.手机版GoogleEarth定位功能在中药资源普查中应用[J].亚热带植物科学,2016,45(3):275-278.


赵宇,朱月,陈沪宁.基于GoogleEarth软件和校园绿化的数字药用植物园建设[J].药学教育,2020,36(03):28-31.

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