藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與實踐

吳 江 程博琳 朱宗成 王小娟 陳 希 王小剛

1.華中科技大學同濟藥學院，湖北武漢 430030；2.華中科技大學同濟基礎醫(yī)學院，湖北武漢 430030

藥用植物學是中藥學和藥學的專業(yè)基礎課程，是一門實踐性很強的學科[1-2]。與其他學科相比，藥用植物學教學內(nèi)容多，信息量大，抽象的概念和形態(tài)學術(shù)語多，理論知識難于理解和難以記憶[3-4]。其大量的數(shù)據(jù)信息的查詢使用是一個棘手的問題，將現(xiàn)代的數(shù)據(jù)庫技術(shù)引入植物資源數(shù)據(jù)庫的管理無疑是一種很好的解決辦法，眾多的用戶通過網(wǎng)絡就可使用數(shù)據(jù)庫信息[5-6]。為滿足藥用植物學理論課、實驗課和野外實習的教學要求，有必要構(gòu)建了一個藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫，以圖像、地圖等形式表現(xiàn)教學內(nèi)容，使學生獲得對藥用植物直觀感性的認識，從而更好地掌握專業(yè)知識。

1 藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫的特點

國家級大型植物資源數(shù)據(jù)庫如“中國植物物種信息數(shù)據(jù)庫”，主要是為科研人員提供專業(yè)的植物信息檢索，而藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫主要是為老師教學和學生學習提供輔助作用。兩者不同的定位決定了相對小型的藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫有以下特點：

1.1 植物物種以涵蓋教學大綱要求掌握的植物為主

大型植物資源數(shù)據(jù)庫主要是提供專業(yè)的植物信息檢索，力圖涵蓋全國各地發(fā)現(xiàn)的植物，具有植物物種數(shù)量多而全的特點。而藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫，一方面受老師和學生的能力、精力和時間等條件所限，主要是涵蓋校園和野外實習地區(qū)的植物；另一方面要求學生以掌握植物學學習和研究方法為主，因此其資源數(shù)據(jù)庫物種數(shù)量少，以教學大綱要求掌握的植物為主，輔以其他常見植物。

1.2 植物信息增加藥用功效的介紹

大型植物資源數(shù)據(jù)庫所展示的植物信息以植物形態(tài)、組織特征、分類鑒定為主。而藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫所展示的植物信息不僅有植物形態(tài)，更包括藥用部位和藥用功效的介紹，形成自己的特色。

1.3 二次開發(fā)以直觀形象靈活的方式提高學生的學習興趣

大型植物資源數(shù)據(jù)庫因為主要是提供植物信息的專業(yè)檢索，注重基礎。而藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫不僅注重基礎，還注重二次開發(fā)，通過野外實習專題、校園地圖等多種靈活方式提高學生的參與度以及興趣，直觀形象地引導學生掌握植物知識，以便更好地促進學生學習。

2 藥用植物資源數(shù)據(jù)庫的設計與實現(xiàn)

2.1 前期準備工作

在進行數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建之前需要對專業(yè)知識進行學習，包括植物形態(tài)解剖基礎理論知識和系統(tǒng)分類基礎理論知識。還需充分利用學校的植物資源，對其分布進行較為詳細的調(diào)查，將校園中的植物進行掛牌標識，同時采集植物分布的圖片，最后繪制植物資源分布草圖。此外，利用去廬山進行野外實習的機會，對廬山地區(qū)的植物資料進行搜集整理，在數(shù)據(jù)庫中設立廬山地區(qū)野外實習專題，充分展示廬山植物風貌，更利于標本精確地辨識，同時編寫了《廬山野外實習手冊》，極大地方便了野外實習的教學工作，提高了學生學習興趣和野外實習教學的效果。

2.2 開發(fā)平臺

目前，中小型網(wǎng)站的快速開發(fā)廣泛采用WAMP開發(fā)平臺[7-8]，即Windows+Apache+MySQL+PHP組合。Windows是操作系統(tǒng)；Apache是通用的網(wǎng)絡服務器；mySQL是帶有基于網(wǎng)絡管理附加工具的關(guān)系數(shù)據(jù)庫；PHP是流行的對象腳本語言。

WAMP平臺采用B/S三層體系結(jié)構(gòu)，即表現(xiàn)層、應用層和數(shù)據(jù)層，其工作原理如圖1所示[9-10]。在實際運行過程中，用戶在表現(xiàn)層（客戶端）瀏覽器中以提交表單的方式向應用層提出請求，Web服務器（即Apache服務器）接到請求并通過服務器端PHP程序處理相關(guān)請求，若接到數(shù)據(jù)請求，則通過MySQL數(shù)據(jù)庫服務器在數(shù)據(jù)庫中查詢數(shù)據(jù)，并將查詢結(jié)果處理返回給客戶端瀏覽器。

圖1 B/S三層結(jié)構(gòu)體系

2.3 數(shù)據(jù)模型的建立

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均是基于某種數(shù)據(jù)模型的。由于WAMP開發(fā)平臺采用MySQL數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫采用的數(shù)據(jù)模型是關(guān)系模型。關(guān)系模型是將數(shù)據(jù)看成一張規(guī)范化的二維關(guān)系表，關(guān)系模型具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，易于掌握等特點，成為目前重要的一種數(shù)據(jù)模型[11]。因此，藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)模型。

2.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設計與實現(xiàn)

建立植物數(shù)據(jù)庫首先要分析植物有哪些信息應該被包含在數(shù)據(jù)庫中[12]，關(guān)系型數(shù)據(jù)記錄的是各類實體以及實體間的聯(lián)系。在植物學中，對植物有科學的等級分類，由大到小主要有：門、綱、目、科、屬、種[13]，具有明顯的層次關(guān)系。

在目前的植物信息系統(tǒng)中，一般將植物作為實體[14]。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在兩個問題，一是對于分類的層次關(guān)系表達不明確；二是數(shù)據(jù)存在潛在的不一致的隱患，每種植物都有它所屬門、綱、目、科、屬等分級信息的記錄，而有些植物的分類相同，那它們的分類信息必然相同，而這種數(shù)據(jù)的重復記錄就會帶來潛在的數(shù)據(jù)不一致，造成數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。

在目前的植物信息系統(tǒng)中，還存在另外一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是將門、綱、目、科、屬、種等各個分類作為不同的實體[15]。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決了上面的層次關(guān)系表達不明確和數(shù)據(jù)重復記錄的兩個問題，但存在自身的缺點：一是代價增加，功能越強大所需的花銷也越大，網(wǎng)頁程序編寫量也大大增加，這與院系學生有限的精力、數(shù)據(jù)庫需求相沖突；二是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)太細致化，同時導致數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)龐大，不靈活，而院系的實際教學過程中，考慮各方面情況，不需要諸如亞門、亞綱等分類，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無需太細致。

綜合起來，為解決這些問題，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，采用一種折中的方法，即設計兩種實體類型，將門、綱、目、科、屬、種等分類與物種相區(qū)別。分類的屬性主要有中文名和拉丁名；物種的屬性主要包括種的名稱信息（包括種的拉丁名、中文名和別名）、形態(tài)特征、藥用部位和藥用功效等。這些屬性在實際應用中還可以進行不同的取舍。

對于實體之間的層次關(guān)系，需要設計一個字段來記錄。改進后的植物信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最終實現(xiàn)見表1、2。

表1 植物分類信息

表2 植物物種信息

3 基于藥用植物資源數(shù)據(jù)庫的二次開發(fā)

建立藥用植物資源數(shù)據(jù)庫不是終極目的，而是為了促進教學。為了更大限度的利用資源，采用網(wǎng)絡的豐富形式調(diào)動學生興趣，以藥用植物資源為基礎，針對藥用植物學的教學實際以及校園植物資源的分布情況，通過二次開發(fā)，分別建立野外實習專題和以校園地圖直觀形式的校園植物檢索，與植物資源數(shù)據(jù)庫相連通，最終建立起藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)址為www.tjflora.com。

網(wǎng)站有四個主功能，分別由“植物檢索”、“廬山實習”、“校園植物”和“課外實踐”四個欄目板塊實現(xiàn)。輔之以“首頁”和“我們”兩個欄目板塊，完成網(wǎng)站簡介及引導使用、團隊介紹和留言反饋等輔助功能。見圖2。

圖2 網(wǎng)站功能框架

網(wǎng)站6個板塊的具體功能如下所述：①“首頁”板塊主要是對網(wǎng)站和各個板塊的內(nèi)容功能進行介紹，引導用戶使用網(wǎng)站。②“植物檢索”板塊提供三種檢索植物信息的方式，分別是字母檢索、系統(tǒng)檢索和文字搜索，不同需求的用戶可以根據(jù)自己的情況選擇合適的檢索方式，快速地檢索到植物信息。在該數(shù)據(jù)庫中，錄入了收集整理四百余種藥用植物，可以在線瀏覽藥用植物所屬植物系統(tǒng)分類、藥用部位、藥材名稱、中藥功效和校園分布等內(nèi)容。③“廬山實習”板塊可以檢索關(guān)于廬山野外實習的植物，涵蓋藥用植物學野外實習所要求掌握的植物，適應野外實習的要求。針對野外實習，一方面加入學生實習活動照片和實習地區(qū)風光，另一方面添加野外實習安全、標本制作等方面的指導文章，還可以根據(jù)院校的特點加入學生的實習心得，形成野外實習專題，借助網(wǎng)頁技術(shù)營造實習的氣氛，讓學生在熟悉的實習氛圍中學習，提高學生的學習興趣。④“校園植物”板塊以三級地圖的形式形象地展示校園植物。首先，以3D的一級校園整體地圖對校園進行優(yōu)美宏觀展示，用戶可以根據(jù)對校園位置的熟悉快速點擊想要查看的區(qū)域；之后，進入更細致的2D平面校園地圖進行更清晰的定位查找；進入具體的區(qū)域后，可以看到實物照片形成的地圖，用戶可以很直觀便捷地看到想要查看的植物；點擊植物后，鏈接到該藥用植物的信息網(wǎng)頁，每一種藥用植物的網(wǎng)頁中包括其形態(tài)特征的描述、產(chǎn)地分布的介紹、校園位置的標注以及藥用價值的說明，并附有多張該種藥用植物不同部位形態(tài)特征的數(shù)碼照片。以校園地圖的形式形象直觀地展示校園植物物種分布，幫助學生了解學校植物物種分布，并可以快速檢索植物，提高檢索和學習植物的效率。⑤“課外實踐”板塊可以查看文章，并可以下載附件，老師和學生可以發(fā)布活動情況或活動經(jīng)驗，增加與學生的聯(lián)系，為學生提供更多的電子信息。⑥“我們”板塊分兩個二級欄目，分別是：“關(guān)于我們”欄目介紹了院系的相關(guān)情況；“留言”欄目主要是讓網(wǎng)站使用者發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在問題時可以留言反饋，幫助提高數(shù)據(jù)的準確性。

4 結(jié)束語

結(jié)合院校的教學要求實際情況，運用植物學知識對藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行分析，明確數(shù)據(jù)庫的實用性和教學性等特點，使之更好地與數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而建立起藥用植物學資源數(shù)據(jù)庫。應用校園藥用植物資源數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了傳統(tǒng)分類資料的數(shù)字化、網(wǎng)絡化，極大地提高了植物信息查詢效率，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的網(wǎng)絡共享。同時，以校園藥用植物資源數(shù)據(jù)庫為基礎進行拓展，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)，建立野外實習專題頁面和以校園地圖形式等多種方式，提高學生的學習興趣，從而促進對植物學知識的掌握，給藥用植物學教學帶來積極推動作用。

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