夏立群　李倩茹　劉慧玲　魯義善

[摘要]植物生物學(xué)實(shí)習(xí)是生物科學(xué)本科專業(yè)的基礎(chǔ)課，是鞏固植物生物學(xué)理論知識(shí)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。隨著植物圖像庫等大數(shù)據(jù)的發(fā)展和智能比對(duì)技術(shù)的應(yīng)用，基于大數(shù)據(jù)的植物在線識(shí)別技術(shù)方興未艾。該研究將大數(shù)據(jù)在線識(shí)別技術(shù)運(yùn)用于植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)習(xí)教學(xué)的開放性、實(shí)時(shí)性、交互性、主動(dòng)性和多樣性，構(gòu)建了新的教學(xué)模式，取得了理想的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]大數(shù)據(jù);在線識(shí)別;植物生物學(xué);實(shí)習(xí);教學(xué)模式

[中圖分類號(hào)]G642[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]2095-3437（2019）11-0057-03

大學(xué)生作為高校教育的主體，能夠快速接受新技術(shù)新產(chǎn)品，而傳統(tǒng)的植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)模式已不能完全滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代下學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。比如目前植物生物學(xué)實(shí)習(xí)的主要授課方式仍然是由教師帶隊(duì)講解、學(xué)生跟隊(duì)參觀、在有限的課時(shí)中灌輸大量知識(shí)，這種方式忽視了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，導(dǎo)致學(xué)生容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)疲倦、離隊(duì)開小差、實(shí)習(xí)效果不佳等問題。因此，植物生物學(xué)實(shí)習(xí)的教學(xué)改革迫在眉睫。筆者嘗試將新興的大數(shù)據(jù)在線識(shí)別技術(shù)運(yùn)用于植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)中，以構(gòu)建新的教學(xué)模式。

一、大數(shù)據(jù)時(shí)代的植物學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

近幾年，隨著互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等新媒體技術(shù)的興起和發(fā)展，尤其是智能手機(jī)、iPad、平板電腦等便攜式智能終端的普遍應(yīng)用，世界已進(jìn)人大數(shù)據(jù)時(shí)代。就知識(shí)傳播而言，大數(shù)據(jù)背景下知識(shí)無處不在，采用可視化方法在手機(jī)等智能終端便可獲取[l]。在植物生物學(xué)方面，得益于海量圖片及信息存儲(chǔ)、智慧算法、分布式計(jì)算、云服務(wù)等技術(shù)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)解決方案的日漸成熟，國內(nèi)外植物學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)得到不斷建設(shè)和完善[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國外有較大影響力的植物學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)有全球植物（Global Plants）、國際植物名錄（The International PlantNames Index）、電子植物志（eFloras org）、美國農(nóng)業(yè)部植物數(shù)據(jù)庫（USDA PLANTS）、網(wǎng)絡(luò)生命大百科全書（Ency-clopedia of Life）等，而中國有較大影響力的植物學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)有中國植物物種信息數(shù)據(jù)庫、中國植物圖像庫、中國植物志、中國數(shù)字植物標(biāo)本館、iFlora智能植物志、中國數(shù)字植物園、中國西南野生生物種質(zhì)資源庫、中國植物主題數(shù)據(jù)庫、民族植物學(xué)等。這些數(shù)據(jù)庫的存在為在線植物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展奠定了學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。

二、基于大數(shù)據(jù)的植物在線識(shí)別技術(shù)

隨著植物圖像庫等數(shù)據(jù)庫的發(fā)展和智能比對(duì)技術(shù)的應(yīng)用，一批可以通過拍照辨識(shí)植物的APP相繼開發(fā)出來，而且可以很方便地下載到智能手機(jī)中進(jìn)行應(yīng)用。目前常見的植物在線識(shí)別APP包括形色、花伴侶、花幫主、拍照識(shí)花、識(shí)花、朝花夕拾、植物達(dá)人、Plant、Garden An-swers等等。這些APP各有特色，比如形色APP為用戶搭建了一個(gè)強(qiáng)大的持續(xù)性社交平臺(tái)，用戶不但可以通過大數(shù)據(jù)在線識(shí)別比對(duì)植物圖片，APP內(nèi)部也有識(shí)花大師幫忙鑒定軟件不能識(shí)別的植物，還能將用戶上傳的植物景點(diǎn)對(duì)應(yīng)到地圖上?；ò閭H能記錄識(shí)別歷史，查看所在地附近他人上傳的植物圖片，更可以進(jìn)入植物百科查看植物詳細(xì)的“表型特征”。除了植物在線識(shí)別APP，最近QQ瀏覽器更是推出了“掃一掃，探索身邊植物的神奇”的新功能，不需要另外打開APP就能夠方便快捷地在瀏覽器界面中通過拍照、選擇手機(jī)中的圖片對(duì)植物進(jìn)行識(shí)別。

植物在線識(shí)別技術(shù)雖然基于復(fù)雜的信息交叉驗(yàn)證以形成對(duì)植物的鑒定識(shí)別，但用戶只需通過簡(jiǎn)單的操作就能方便及時(shí)地獲取反饋信息，并開展在線互動(dòng)。而各類植物在線識(shí)別APP，可以為學(xué)生實(shí)時(shí)提供豐富翔實(shí)的植物學(xué)信息，諸如中文名、拉丁學(xué)名、別名、分類地位、分布區(qū)域、形態(tài)特征、價(jià)值用途、養(yǎng)護(hù)方法等等，方便學(xué)生隨時(shí)隨地認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)植物。因此，將大數(shù)據(jù)在線識(shí)別技術(shù)運(yùn)用于植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)中，有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)習(xí)教學(xué)的開放性、實(shí)時(shí)性、主動(dòng)性、交互性和多樣性。

三、傳統(tǒng)植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)模式存在的不足

筆者在進(jìn)行植物生物學(xué)實(shí)習(xí)指導(dǎo)的過程中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)模式存在一些不足之處，主要有以下幾方面：（1）由于師資力量有限，l位教師通常要負(fù)責(zé)指導(dǎo)三四十名學(xué)生的植物學(xué)實(shí)習(xí)，教師既要負(fù)責(zé)組織帶隊(duì)、講解示范又要時(shí)刻注意安全問題，教學(xué)效率低且無法兼顧到每個(gè)學(xué)生;而學(xué)生中相當(dāng)一部分會(huì)聽不清老師講解、看不到老師示范、感覺沒學(xué)到知識(shí)，還會(huì)有一部分學(xué)生離隊(duì)“旅游”、走馬觀花，這些都會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)習(xí)效果。（2）傳統(tǒng)的植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)模式下，學(xué)生需要在野外采集大量的植物標(biāo)本，以便帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢索、鑒定。這種“一路走一路采”的破壞式實(shí)習(xí)既違背了“認(rèn)識(shí)植物、保護(hù)植物、保護(hù)生態(tài)環(huán)境”的初衷，又會(huì)引起植物生物學(xué)實(shí)習(xí)基地的反感。（3）傳統(tǒng)的植物標(biāo)本在經(jīng)過壓制、干燥、固定等一系列處理后，很多生物學(xué)特征、信息已經(jīng)丟失，因而通常價(jià)值不大且難以長(zhǎng)時(shí)間保存，這就造成了浪費(fèi)。（4）傳統(tǒng)的植物生物學(xué)實(shí)習(xí)的教學(xué)考核不夠完善，通常是教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)習(xí)表現(xiàn)、考勤、實(shí)習(xí)報(bào)告來進(jìn)行打分，不夠全面客觀。相關(guān)領(lǐng)域的教育工作者也認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)模式存在類似弊端，并開展了相關(guān)教育教學(xué)改革，探索新的植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)模式[3-5]。

四、植物在線識(shí)別技術(shù)在植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)中的探索應(yīng)用

筆者針對(duì)傳統(tǒng)的植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)模式存在的不足之處，面向廣東海洋大學(xué)海洋生物系2016級(jí)、2017級(jí)生物科學(xué)專業(yè)的140名本科生，首次開展了植物在線識(shí)別技術(shù)在植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)中的探索應(yīng)用，以期建立植物生物學(xué)實(shí)習(xí)的新型教學(xué)模式并提升教學(xué)效果。其具體實(shí)施辦法如下。

（一）植物在線識(shí)別APP的試用與篩選

植物生物學(xué)實(shí)習(xí)動(dòng)員時(shí)，教師一方面要向?qū)W生推薦幾種效果較好的植物在線識(shí)別APP，讓學(xué)生下載到手機(jī)中進(jìn)行試用;另一方面也要鼓勵(lì)學(xué)生探索試用其他新的植物在線識(shí)別APP。讓學(xué)生在校園實(shí)習(xí)階段，結(jié)合實(shí)習(xí)體驗(yàn)和植物生物學(xué)專業(yè)知識(shí)，對(duì)候選的植物在線識(shí)別APP進(jìn)行比較篩選。

（二）植物在線識(shí)別APP在植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用

經(jīng)篩選后選定五六種植物在線識(shí)別APP，讓學(xué)生統(tǒng)一下載到手機(jī)中，并在隨后的植物生物學(xué)校外實(shí)習(xí)中進(jìn)行應(yīng)用。五六名學(xué)生分為1個(gè)小組，實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，并進(jìn)行組內(nèi)分工：按拍照識(shí)別、在線驗(yàn)證、植物信息記錄、植物電子標(biāo)本照片采集、植物實(shí)物標(biāo)本采集整理等幾個(gè)工作內(nèi)容，讓小組成員自我組織并分工合作。學(xué)生在進(jìn)行植物生物學(xué)野外實(shí)習(xí)時(shí)，遇到不認(rèn)識(shí)的植物先自行拍攝其照片，然后分別使用選定的那幾種植物在線識(shí)別APP進(jìn)行識(shí)別，通過初步鑒定出植物種名后，通過植物名在線查詢?cè)撝参锏纳飳W(xué)特征描述，現(xiàn)場(chǎng)與植物的特征一一比對(duì)，確認(rèn)植物在線識(shí)別APP的識(shí)別準(zhǔn)確性，不能確認(rèn)的可以向老師咨詢。經(jīng)確認(rèn)無誤后，填寫植物記錄。整個(gè)實(shí)習(xí)過程只讓每個(gè)小組采集制作60種植物實(shí)物標(biāo)本，并將實(shí)習(xí)中記錄到的植物全部整理到“植物實(shí)習(xí)報(bào)告”的植物名錄列表中，每位學(xué)生再從中選擇20種不同科的植物來制作植物電子標(biāo)本。這樣將植物在線識(shí)別APP運(yùn)用在植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)中，初步實(shí)現(xiàn)了具有開放性、實(shí)時(shí)性、交互性、主動(dòng)性和多樣性的實(shí)習(xí)教學(xué)模式構(gòu)建，就像每位學(xué)生隨時(shí)跟著一位老師一樣。

（三）對(duì)各種植物在線識(shí)別APP的評(píng)價(jià)

實(shí)習(xí)結(jié)束后，讓學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)習(xí)需求、使用感受對(duì)不同的植物在線識(shí)別APP進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)各個(gè)APP的鑒定準(zhǔn)確度、在線識(shí)別速度、植物學(xué)信息量、信息科學(xué)性、易操作性、智能終端兼容性等方面進(jìn)行打分和綜合評(píng)價(jià)，總結(jié)現(xiàn)有APP的優(yōu)缺點(diǎn)，確立更為專業(yè)的植物在線識(shí)別APP的改進(jìn)方向。各種植物在線識(shí)別APP評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表l。

總體而言，形色是最受學(xué)生歡迎的植物在線識(shí)別APP，選擇率達(dá)100%;其次是花伴侶，實(shí)習(xí)過程中有50%的學(xué)生堅(jiān)持使用;而其他APP則很快被學(xué)生們放棄使用。在植物在線識(shí)別APP的選擇過程中，學(xué)生最關(guān)注的是其鑒定準(zhǔn)確度和在線識(shí)別速度，如果這兩項(xiàng)有一項(xiàng)沒做好，學(xué)生們就會(huì)棄之不用。針對(duì)形色，學(xué)生們提出的改進(jìn)意見主要集中于以下方面：增加植物的信息量，鑒定結(jié)果顯示可信度的百分比，更節(jié)約流量，識(shí)別歷史要能快速查找，增加互動(dòng)趣味性，提高識(shí)別準(zhǔn)確度，植物分類信息要完整，增加拍葉時(shí)植物鑒定的準(zhǔn)確性，不要保存識(shí)別失敗的記錄。針對(duì)花伴侶，學(xué)生們提出的改進(jìn)意見主要集中于以下方面：信息庫數(shù)據(jù)要充實(shí)，加快加載速度，提高在線識(shí)別的速度，優(yōu)化識(shí)別功能，提高識(shí)別準(zhǔn)確度，增加地圖定位。形色的識(shí)別速度快于花伴侶，而花伴侶顯示的植物分類信息比形色更全面。值得注意的是，植物在線識(shí)別APP的淘汰率相當(dāng)高，2017年還可以使用的一些APP，如形色識(shí)花、景觀植物手冊(cè)、微軟識(shí)花、花滿城、盆友、好多肉、Leaf Snap等，到2018年就已經(jīng)消失了。

（四）增加對(duì)學(xué)生錄制植物講解微視頻的考核

植物生物學(xué)實(shí)習(xí)考核內(nèi)容，除了實(shí)習(xí)表現(xiàn)、考勤、實(shí)習(xí)報(bào)告，還增加了實(shí)習(xí)日志、錄制植物講解微視頻。鼓勵(lì)學(xué)生自己拍攝校園植物講解小視頻，提高了學(xué)生的參與度，同時(shí)彌補(bǔ)了植物在線識(shí)別APP過度依賴平面照片、信息量不足的缺點(diǎn)。在使用植物在線識(shí)別APP認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)不同種類植物的基礎(chǔ)上，將廣東海洋大學(xué)的校園植物分配給學(xué)生們，讓每位學(xué)生負(fù)責(zé)錄制3種校園植物的講解微視頻（一兩分鐘）并將其作為考核內(nèi)容。目前已收集了約400條合格的校園植物微視頻，今后將對(duì)其進(jìn)行后期制作并作為廣東海洋大學(xué)校園植物多樣性數(shù)據(jù)庫的素材。

五、小結(jié)

為了解決傳統(tǒng)植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)模式存在的主要問題，我們首次將植物在線識(shí)別技術(shù)運(yùn)用到植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)中，對(duì)現(xiàn)有的植物在線識(shí)別APP進(jìn)行了篩選與評(píng)價(jià)，初步明確形色和花伴侶這兩種植物在線識(shí)別APP較受學(xué)生歡迎，可用于植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)。本研究采用了具有開放性、實(shí)時(shí)性、交互性、主動(dòng)性和多樣性等特點(diǎn)的植物生物學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)新模式，在實(shí)習(xí)教學(xué)過程中注重激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主識(shí)別植物的積極性，做到了“授之以漁”，有助于學(xué)生今后繼續(xù)進(jìn)行植物學(xué)的探索。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳火英，葛海燕，吳娟，等.大數(shù)據(jù)背景下植物種質(zhì)創(chuàng)新系列課程實(shí)踐教育探索[J]實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016（7）：179-182+189.

[2]王亞楠，莊會(huì)富，王雨華.支持植物學(xué)大數(shù)據(jù)整合與公眾服務(wù)的iFlora云平臺(tái)建設(shè)[J].大數(shù)據(jù)，2016（6）：34-42.

[3] 胡剛，張忠華，呂春燕.以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的植物學(xué)野外實(shí)習(xí)教學(xué)模式構(gòu)建[J].大學(xué)教育，2018 （1）：162-164.

[4]鄭敬剛，解丹丹.研究型植物學(xué)野外實(shí)習(xí)及其教學(xué)效果評(píng)價(jià)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014（14）：315-316.

[5]馮富娟，陶雷，穆立薔，等.植物學(xué)創(chuàng)新式野外實(shí)習(xí)教學(xué)的實(shí)踐與成效[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014（7）：198-200+209.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]