顏齊,姜藍(lán),吳清華1,,裴瑾1,,文飛燕1,,周濤1,,陳江1,
藥用植物學(xué)是中藥學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修基礎(chǔ)課,其所涵蓋的藥用植物形態(tài)、分類、結(jié)構(gòu)等理論知識是中藥資源學(xué)、中藥鑒定學(xué)、中藥炮制學(xué)等后續(xù)專業(yè)課程的必要基礎(chǔ)。野外實習(xí)是藥用植物學(xué)課程設(shè)計體系中不可或缺的實踐部分,其旨在培養(yǎng)學(xué)生野外鑒別藥用植物科屬、查找檢索表、鑒定植物學(xué)名以及采集、制作標(biāo)本的能力,是驗證以及鞏固理論課程學(xué)習(xí)的重要途經(jīng),是訓(xùn)練學(xué)生將理論與實踐相結(jié)合的重要手段,是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、自主探索、創(chuàng)新能力的重要方法,對于提高學(xué)生熱愛自然、保護(hù)環(huán)境也具有重要意義。因此如何進(jìn)行野外教學(xué)設(shè)計、提高教學(xué)質(zhì)量是貫穿藥用植物學(xué)課程發(fā)展的核心問題[1]。
隨著移動終端攝影技術(shù)的成熟以及大數(shù)據(jù)云計算的蓬勃發(fā)展,以手機(jī)APP為載體的植物識別類APP層出不窮。我校藥用植物學(xué)課程組在野外實習(xí)教育改革的不斷探索中發(fā)現(xiàn),該類植物識別APP在高校藥用植物學(xué)野外實習(xí)中可能具有如下方面潛能:(1)學(xué)生在野外實習(xí)中可以利用APP對未知植物進(jìn)行識別辨認(rèn)并明晰其學(xué)名、所屬科屬、形態(tài)特征等,從而對實習(xí)內(nèi)容進(jìn)行有效補(bǔ)充。(2)學(xué)生可以利用APP拍攝植物生境圖片存入手機(jī)便于課后記憶觀察。(3)利用APP的社交平臺促進(jìn)老師與學(xué)生以及學(xué)生之間的互動交流,同時為過程考核提供載體。(4)利用APP圖冊建立功能輔助制作野外實習(xí)電子圖冊。由此可見,植物識別類APP在高校藥用植物學(xué)野外實習(xí)中巨大應(yīng)用潛能。
在我校藥用植物學(xué)課程體系的發(fā)展中,傳統(tǒng)野外實習(xí)模式暴露出一定弊端。野外實習(xí)教學(xué)改革亟待新媒體元素的加入與創(chuàng)新。據(jù)此,本文擬針對傳統(tǒng)野外實習(xí)模式的弊端,選取三款下載量較大、評分較高[2]的植物識別類APP-花伴侶、形色、Biotracks進(jìn)行對比分析,綜合對比三款A(yù)PP的識別能力以及功能完善度等諸多因素,挑選出適用于藥用植物學(xué)野外實習(xí)教學(xué)的輔助軟件,并探討其運用于野外實習(xí)的具體實施方案。
近年,由于國家對中醫(yī)藥學(xué)科發(fā)展的重視,中藥學(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生不斷擴(kuò)招,而藥用植物學(xué)師資數(shù)量有限[3]。野外實習(xí)時常常由一名指導(dǎo)教師帶領(lǐng)十幾名乃至幾十名學(xué)生進(jìn)行沿途講解,所有學(xué)生集中聽老師講解時由于山路狹窄、場地限制,知識的傳授與接收受阻。此外,由于師資人數(shù)遠(yuǎn)小于學(xué)生數(shù)量,教師難以兼顧所有同學(xué)所提困惑,對于學(xué)習(xí)積極性較低、不愿主動請教又無法自主解決問題的學(xué)生便更難以達(dá)到實習(xí)教學(xué)效果。
多數(shù)高校傳統(tǒng)藥用植物野外實習(xí)模式分為三個階段:第一階段,要求學(xué)生準(zhǔn)確掌握植物形態(tài)描述的專業(yè)術(shù)語以及植物分類基礎(chǔ)知識;第二階段,指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生沿固定路線講解植物學(xué)名、形態(tài)特征等分類學(xué)知識,學(xué)生采集植物標(biāo)本后回基地進(jìn)行復(fù)習(xí);第三階段,教師帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí),并加強(qiáng)對藥用植物分類學(xué)知識的學(xué)習(xí)。在第二階段教學(xué)中,由于實習(xí)的時限性以及教學(xué)大綱對學(xué)生知識掌握的要求,教師在實習(xí)過程中會講解二百余種藥用植物,由于學(xué)生的植物學(xué)基礎(chǔ)知識相對薄弱,對于教師直接講解的植物學(xué)知識大多采取死記硬背的方式,往往忽略對知識點的消化理解以及靈活運用。這種“填鴨式”教學(xué)模式[4]使得學(xué)生接受的知識表淺且零碎,不僅較易遺忘,還會負(fù)面調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,打擊學(xué)生自信心。
多數(shù)高校的傳統(tǒng)藥用植物野外實習(xí)考核是基于學(xué)生準(zhǔn)確認(rèn)識藥用植物并熟悉其所屬科屬的數(shù)量、標(biāo)本制作的數(shù)量及質(zhì)量進(jìn)行評價[5]。大多考核方式側(cè)重于對結(jié)果的評定,而忽略了對其過程的考核,可能導(dǎo)致自主學(xué)習(xí)性差的學(xué)生不認(rèn)真參與植物鑒別與學(xué)習(xí),依賴于小組其他成員進(jìn)行標(biāo)本鑒定工作,如此其動手實踐、分析問題、解決問題的能力將難以得到訓(xùn)練。
藥用植物學(xué)野外實踐教學(xué)安排中,標(biāo)本的采集與制作是一項重要的內(nèi)容[6]。然而在采摘植物的過程中,盡管教師已提前告知學(xué)生保護(hù)植物的種類,告誡不能隨意采摘,但由于學(xué)生植物學(xué)基礎(chǔ)知識較薄弱,其在多數(shù)情況下不能獨立準(zhǔn)確辨別保護(hù)植物種類,導(dǎo)致保護(hù)植物被采摘踐踏,保護(hù)植被遭受破壞,甚有可能造成實習(xí)基地生態(tài)環(huán)境的惡化。
基于以上所提藥用植物學(xué)傳統(tǒng)野外實習(xí)模式中呈現(xiàn)的諸多弊端以及植物識別類APP在高校藥用植物學(xué)野外實習(xí)中的巨大潛能,本文選取花伴侶、形色、Biotracks三款植物識別軟件,綜合對比其識別準(zhǔn)確率以及功能完善度,挑選出適宜于藥用植物學(xué)野外實習(xí)的最佳輔助軟件并探討其運用于野外實習(xí)的具體實施方案。
本文選擇的測試軟件為形色、花伴侶、Biotracks三款。在挑選測試軟件的過程中,首先于手機(jī)端應(yīng)用商城中以“植物識別”為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索[7],選取了與關(guān)鍵詞相關(guān)性較大、評分較高、下載量較多的兩款軟件花伴侶、形色,同時擇取并添加了與學(xué)科存在較高專業(yè)相關(guān)性的軟件——Biotracks,最終確定該三款軟件為測試對象,運用于成都中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)、中藥資源與開發(fā)專業(yè)的藥用植物學(xué)野外實習(xí)中。參與測試的學(xué)生共分為8個小組,每個小組規(guī)定使用以上三款A(yù)PP識別至少100種藥用植物,并分別記錄三款A(yù)PP對每一種植物的識別率數(shù)值。
2.2.1 數(shù)據(jù)處理方法 為便于分析,在對8個小組收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時,采取如下措施:(1)應(yīng)用花伴侶、Biotracks平臺識別處理時,以平臺得出的可信度數(shù)值作為該樣本的識別率[8];(2)應(yīng)用形色平臺識別處理時,將能否準(zhǔn)確識別的植物數(shù)據(jù)分別記錄為100%(能夠準(zhǔn)確識別)和0%(不能準(zhǔn)確識別)。(3)8個小組共計收集855組數(shù)據(jù),除去重復(fù),整理后共收集420種植物。因每組同學(xué)所選拍攝角度、設(shè)備及背景差異,不同組別使用同一APP識別時,同一種植株的識別率存在差異,故按照植物名,將420種植物分類匯總,將各個組所識別的相同植物排列在一起,從而便于求出三款軟件分別對于同一種植物的識別率平均值,將這個平均值作為此軟件對于該植物的最終識別率。
本次數(shù)據(jù)利用Microsoft Office Excel 2016統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析,剔除由于同學(xué)們的疏忽而導(dǎo)致的空白數(shù)據(jù)44組,最終分析數(shù)據(jù)為811組,植物種類為405種。
2.2.2 結(jié)果與分析 圖1展示了3款軟件對于所統(tǒng)計藥用植物的平均識別率,從總體識別率來看,形色的識別率最高,花伴侶的識別率與之接近,而Biotracks的識別率與前兩者相較明顯偏低。
圖2呈現(xiàn)了3款A(yù)PP對于所統(tǒng)計藥用植物的識別率分布比例,其中形色識別率大于70%的部分占比最高(68.80%),Biotracks識別率大于70%的部分占比最低(15.71%)。
圖3展示了3款A(yù)PP對于所統(tǒng)計植物中不同生長型的識別率。從總體來看,形色APP對于各種生長型植物的識別率均為最高(草本:81.06%;草質(zhì)藤本:77.32%;木質(zhì)藤本:73.95%;喬木:69.64%;灌木:71.00%)。在五種生長型植物中,3款A(yù)PP均對草本的識別率最高,對灌木或喬木的識別率最低。
由圖3可知,形色較其他兩款軟件,總體識別率、高識別率占比、不同生長型植物的識別率均較高。故就識別率而言,形色APP為最佳選擇。
三款A(yù)PP均結(jié)合了人工智能深度學(xué)習(xí)功能,基于大數(shù)據(jù)算法自主進(jìn)行圖片匹配實現(xiàn)拍照識圖,由于開發(fā)者設(shè)計理念不同,三款A(yù)PP的功能及識別結(jié)果側(cè)重點亦有所差異[9]。通過對三款A(yù)PP的多次運用,從其功能、識別結(jié)果兩個方面進(jìn)行對比,得到三款軟件功能對比表(表1)及識別結(jié)果對比表(表2)。
表1 花伴侶、形色、Biotracks功能對比
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表2 花伴侶、形色、Biotracks識別結(jié)果對比
從表1可知:三款植物識別軟件在拍照識圖的基礎(chǔ)功能上增設(shè)了能體現(xiàn)社交性、趣味性以及科學(xué)性的其他功能,但又各有不同,如(1)社交性:三款軟件均為用戶搭建了社交平臺,用戶可以上傳不能自主鑒別的植物至平臺中尋求幫助,進(jìn)行交流分享。此外,均設(shè)有“地圖”導(dǎo)航欄,會自動定位用戶位置進(jìn)行導(dǎo)航,并為用戶推送周邊景點和植物?;ò閭H和Biotracks增設(shè)有動態(tài)功能,用戶可以上傳發(fā)布個人心情、足跡,社交性更強(qiáng)。(2)趣味性:在APP的趣味性表達(dá)方面,形色最為突出,其首頁呈現(xiàn)的即為戶外賞花、趣味植物、花藝生活等趣味欄目,植物推文也注重趣味性。此外,形色開設(shè)有每日一花的答題活動便于用戶進(jìn)行識花簽到,花伴侶APP同樣設(shè)有植物文章推送和識花大挑戰(zhàn),但未設(shè)有簽到功能。Biotracks未開設(shè)簽到、識花游戲等功能,缺乏趣味性。(3)科學(xué)性:三款A(yù)PP均可保存記錄用戶拍攝的植物,方便后期查閱。其中,Biotracks最為突出,學(xué)者們可以通過創(chuàng)建團(tuán)隊或個人項目,上傳圖片進(jìn)行學(xué)術(shù)交流,并整理成植物圖庫,而花伴侶與形色則不具有創(chuàng)建項目以及共建植物圖庫的功能。
從表2中可以看出:三款A(yù)PP都可以識別到植物科屬。Biotracks的識別結(jié)果與花伴侶和形色存在較大差異,Biotracks是一款用于觀察、記錄的軟件,其對植物的識別僅限于科屬以及可信度,側(cè)重于用戶自主探索植物,通過用戶添加的植物生境等信息,完成全球生物多樣性地圖的繪制。花伴侶和形色的識別結(jié)果中均會呈現(xiàn)所識別植物的詩詞、植物寓意、養(yǎng)護(hù)技術(shù),這兩款A(yù)PP所呈現(xiàn)的識別結(jié)果存在以下三點區(qū)別:(1)花伴侶運用專業(yè)術(shù)語大篇幅介紹植物表型特征,而形色則更側(cè)重于呈現(xiàn)植物的文化趣聞。(2)花伴侶對于植物的價值介紹更偏向于藥用價值,形色則偏向于觀賞價值。(3)在花伴侶的識別結(jié)果中有可信度信息,用戶可以根據(jù)可信度判別識別程度高低,而形色沒有可信度信息,需用戶對比識別植物圖片和識別結(jié)果圖片自行判別較準(zhǔn)確的識別結(jié)果。由此可見形色更偏向于科普性質(zhì),詳細(xì)介紹植物的文化趣事增加用戶對植物探索的興趣?;ò閭H更具有科學(xué)性質(zhì),運用專業(yè)術(shù)語詳細(xì)介紹植物的表型特征、藥用部位、藥用價值。
對三款軟件進(jìn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析,功能、識別結(jié)果對比后,本文擬選擇形色、Biotracks兩款軟件進(jìn)行交叉使用,作為藥用植物學(xué)野外實習(xí)輔助工具。形色的識別功能最為強(qiáng)大,能保證學(xué)生所識植物的準(zhǔn)確性,且其功能的開發(fā)以及識別結(jié)果的展示更注重趣味性,能激發(fā)學(xué)生的好奇心與學(xué)習(xí)興趣。Biotracks則側(cè)重于學(xué)科性以及社交性的開發(fā),對于植物的位置(經(jīng)緯度、海拔信息)描述準(zhǔn)確科學(xué),記錄功能強(qiáng)大,最為特殊的是可以創(chuàng)建團(tuán)隊項目,共建植物圖冊[10]。
基于此,現(xiàn)提出以下方案:(1)首先使用形色對所觀察的植物進(jìn)行識別,在保證高可信度的情況下,對植物形成初步認(rèn)識。再結(jié)合中國植物志、iplants等網(wǎng)站,核實并熟悉該植物科屬特性,如此形成較為完整科學(xué)的自學(xué)方案,減少“填鴨式”教學(xué)模式所帶來的弊端,加深學(xué)生對藥用植物的認(rèn)識。(2)在保留原有考核方式基礎(chǔ)上,結(jié)合Biotracks軟件功能,將其作為學(xué)生們過程成績的考核載體。由教師創(chuàng)建團(tuán)隊項目,將學(xué)生們每日所上傳植物的識別結(jié)果以及學(xué)生們的討論參與度作為過程考核憑據(jù)。同時,教師可以督促學(xué)生對需要掌握的植物進(jìn)行全面復(fù)習(xí),避免知識拖欠現(xiàn)象的頻發(fā),利用網(wǎng)絡(luò)(平臺媒介)對學(xué)生的過程表現(xiàn)情況進(jìn)行記錄考核;(3)運用Biotracks共建植物圖冊的功能協(xié)助建成我校藥用植物學(xué)電子實習(xí)圖冊以及峨眉山藥用植物資源圖冊;(4)結(jié)合Biotracks平臺會自動定位所拍攝植物的經(jīng)緯度以及海拔的功能特點,教師篩選學(xué)生們上傳的植物識別信息后,上傳優(yōu)秀拍攝作品至共享平臺將有助于世界生物地圖的繪制[11]。
3.2.1 講解前運用APP初步認(rèn)識植物 在傳統(tǒng)藥用植物野外實習(xí)教學(xué)模式中,由于學(xué)生藥用植物學(xué)基礎(chǔ)知識薄弱,所識植物種類有限,對于教師直接講解的植物知識感到陌生,難以具象化,知識來源于被動記錄指導(dǎo)老師所講解的植物形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征,難以將植物分類學(xué)理論體系和具有多樣性的野外植物物種特征相聯(lián)系[12]。對此,教師在講解之前應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生運用APP拍照識別植物,了解植物學(xué)名、科屬,對植物形成初步認(rèn)識,以便于在講解之時,學(xué)生能將所觀察的植物特征與講解知識對應(yīng),加深理解,達(dá)到更佳記憶以及學(xué)習(xí)效果。
3.2.2 拍攝時確保APP達(dá)到最高識別率 從以往運用APP輔助野外實習(xí)所總結(jié)的經(jīng)驗來看,拍攝時間不夠以及拍攝角度不標(biāo)準(zhǔn)會影響APP對植物的識別率。由于拍攝時間不足,學(xué)生會將植物采摘回基地后進(jìn)行拍照識別,如此便缺少植物生境信息,從而導(dǎo)致同一APP對同一植物識別率大幅下降[13]。此外,由于拍攝角度不標(biāo)準(zhǔn),許多學(xué)生隨意截取植物的部分部位進(jìn)行拍照識別而導(dǎo)致APP不能準(zhǔn)確識別出該植物,對此教師應(yīng)當(dāng)對所需觀察植物給出簡要提示,指導(dǎo)學(xué)生尋找拍攝角度,拍攝植物特征部位以便達(dá)到更高的識別率。
3.2.3 采集標(biāo)本前運用APP判別保護(hù)植物 在標(biāo)本采集過程中,許多學(xué)生由于植物學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識薄弱,不能獨立準(zhǔn)確識別保護(hù)植物種類,可能錯誤地采摘踐踏保護(hù)植物導(dǎo)致實習(xí)基地生態(tài)環(huán)境被破壞。對此,教師應(yīng)告誡學(xué)生在采摘未知植物之前先使用APP識別植物是否為保護(hù)植物種類,再慎重采摘。這在一定程度上可以避免保護(hù)植被遭受破壞[14]。
3.2.4 鑒定植物時,教師運用Biotracks解答問題 在野外實習(xí)過程中,由于師資人數(shù)少,學(xué)生基數(shù)大,教師無法兼顧每名學(xué)生提出的問題。因而教師可以利用Biotracks所搭建的社交平臺,創(chuàng)建團(tuán)隊項目,學(xué)生可以于團(tuán)隊項目平臺上傳無法鑒定的植物圖片并在回復(fù)框中與其他同學(xué)進(jìn)行討論鑒定,同時便于教師通過查看圖片直接在移動端平臺回復(fù)學(xué)生所提問題。借助智能手機(jī)進(jìn)行線上交流溝通,打破了面對面溝通的空間局限,節(jié)約了師生雙方的時間成本,使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到正面調(diào)動。
3.2.5 考核方式上,教師運用Biotracks對學(xué)生進(jìn)行過程成績考核 對學(xué)生野外實習(xí)的考核評定應(yīng)當(dāng)在教學(xué)活動中完成,檢測的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)為學(xué)生參與教學(xué)實習(xí)活動的過程和學(xué)生辨識植物能力的綜合評定,而傳統(tǒng)實習(xí)考核方式往往側(cè)重于結(jié)果評定,而忽略了對其過程的考核,可能導(dǎo)致學(xué)生不積極參與植物的分類鑒定過程。因此教師在當(dāng)日講解完畢之后可以于Biotracks平臺創(chuàng)建團(tuán)隊項目,要求學(xué)生按組上傳當(dāng)日所學(xué)植物,每組學(xué)生按照教學(xué)大綱上傳對應(yīng)植物編號,組內(nèi)成員對所編排的植物編號進(jìn)行再分工,要求每一名同學(xué)都要進(jìn)行圖片上傳,以及回復(fù)所有上傳圖片所對應(yīng)的植物學(xué)名、科屬。如此,學(xué)生可以對所學(xué)知識進(jìn)行鞏固復(fù)習(xí),教師也可以通過查看上傳圖片以及回復(fù)圖片的人數(shù)判斷學(xué)生參與度從而對學(xué)生進(jìn)行過程考核。由于存在過程考核的壓力,同學(xué)們亦將提高對實習(xí)的重視,實習(xí)效果將會更加顯著。
3.2.6 運用Biotracks建立電子資源圖冊 從我校以往野外實習(xí)所暴露出的問題來看,學(xué)生無法提前對所需學(xué)習(xí)的植物進(jìn)行預(yù)習(xí),多數(shù)學(xué)生對于教師一次性輸入的大量植物信息較為陌生,因而所接收的知識較易遺忘。此外學(xué)生在復(fù)習(xí)當(dāng)天所習(xí)植物時,采集的植物標(biāo)本會出現(xiàn)不完整、枯萎等情況,同時學(xué)生回到宿舍后也無法對實物標(biāo)本進(jìn)行記憶觀察,故對于圖像的觀察記憶成為了學(xué)生的重要復(fù)習(xí)途徑[15]。由此可見,電子資源圖冊的引入具有功用性與必要性。利用Biotracks自動生成所攝植物的生長海拔以及經(jīng)緯度等具體信息和共建資源圖庫的功能,教師可以運用Biotracks從學(xué)生上傳的植物圖片中遴選出優(yōu)秀圖片,上傳到公共項目中作為峨眉山實習(xí)植物圖庫,由于每一年教學(xué)大綱要求學(xué)生掌握植物基本一致,因而該資源圖冊既有利于本屆學(xué)生復(fù)習(xí),又有利于下一屆學(xué)生預(yù)習(xí),也為社會其他用戶了解峨眉山部分藥用植物種類提供了一條捷徑。此外由于電子資源圖冊所收錄的圖片質(zhì)量要求較高,既需體現(xiàn)出藥用植物生境又要能反映藥用植物突出特征,故培養(yǎng)學(xué)生攝制一副高質(zhì)量藥用植物圖片的同時,可以提升學(xué)生包括植物形態(tài)學(xué)、植物分類學(xué)、植物解剖學(xué)、美學(xué)攝影、光學(xué)等多方面的知識與技能[16]。
植物識別類App在高校藥用植物學(xué)野外實習(xí)中具有極大的應(yīng)用潛能,因而在藥用植物學(xué)野外實習(xí)課程改革中,APP的引入十分必要。APP輔助藥用植物學(xué)野外實習(xí)能提升學(xué)生對于藥用植物以及植物分類學(xué)的學(xué)習(xí)興趣,還能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)積極性,協(xié)助高校更為高效地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)并為國家培育出高品質(zhì)現(xiàn)代化人才[17],雖然不可否認(rèn)在使用手機(jī)App輔助教學(xué)時亦會存在一定弊端。本文即在切身調(diào)查以及大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用以及綜合分析三款A(yù)PP,呈現(xiàn)了詳盡的調(diào)查統(tǒng)計過程,為App輔助教學(xué)提供了具體可行的教育改革實施方案,以期能盡量減少其所帶來的弊端,并充分發(fā)揮其優(yōu)勢,為更多植物分類學(xué)和藥用植物學(xué)教育工作者提供參考。最后,相信隨著技術(shù)的進(jìn)步、App功能的完善和更多教育改革實施方案的提出,手機(jī)App在野外實習(xí)教學(xué)中將發(fā)揮日益顯著的作用,將為未來的教學(xué)工作提供更多的便利[18]。