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植物识别app在植物学实验教学中的应用与探讨.docx

来源：花匠小妙招时间：2024-11-09 20:48

植物识别 App 在植物学实验教学中的应用与探讨【基金项目】西南大学教育教学改革研究项目( 2016JY049) 资助。《植物学》是生物学及相关专业的专业基础课，是一门传统课程，也是一门实践性很强的学科，对于培养学生基本素质和实践能力具有重要意义 [1] 。《植物学实验》课程是《植物学》课程体系的重要组成部分，是培养学生动手能力和创新能力的重要环节 [2] 。在植物学教学中，被子植物系统学一直是重点和难点部分。为了使学生在学习系统学部分更为形象、易于理解、便于记忆，多年来，在西南大学的植物学实验教学中均安排有“校园植物观察”的内容。由 1 名教师带领 20-30 名学生，为其讲解植物种类、形态特征、功能价值等，教学时长 3 课时。这种教学方式起到了很好的效果，但仍有一定的局限性，如：教学时间有限，观察和讲解的种类有限，观察的特征仅停留在植物的某一生长期；生师比太高，即使使用讲解系统，多数学生也仅是听得清、看不清；学生被动学习，不利于动手能力和创新能力的培养。随着通讯技术的飞速发展，智能手机在我国迅速普及。智能手机 App( application program )作为移动终端用户的应用程序已经成为大学生学习中必不可少的工具。近年来，以“形色”、 “花伴侣”为代表的植物识别 App开始出现，并受到追捧，成为了广泛使用的植物学科普工具，同时为广大植物爱好者搭建了良好的交流平台。一些中学、大专院校已经开始尝试将此类 App 应用到教学中 [3-4] 。本文以西南大学为例，分析讨论植物识别 App 在植物学实验教学中的应用。一、植物识别 App 简介目前国内外智能手机植物识别 App 种类多样，如花伴侣、形色、微软识花、百度识花、花满城、发现识花、看图识花、 Plantifier 、 Garden Answers 、PlantNet 等，其中花伴侣和形色两款在国内应用较广。 “花伴侣”是由中国科学院植物研究所（系统与进化植物学国家重点实验室）和鲁朗软件以中国植物图像库海量植物分类图片为基础打造的人工智能植物识别引擎。 “形色”是由杭州大拿科技XX公司推出的一款识别花卉、分享附近花卉的App应用，鉴定主要基于用户自发上传的图片。两款软件均是基于深度学习开发的植物识别应用，由用户拍照上传后返回植物名称及相关知识，同时具有拍照识花、实时分享、植物地图、景区推荐、推送科普文章等功能。二、教学准备在开展教学之前，作者分别使用“花伴侣”和“形色”两款软件，以西南大学校园及周边植物为例，对其鉴定的准确性进行验证，同时总结使用技巧。验证共选取了 189 种植物（隶属于 86科、 159 属），其中包括了 114种野生类型和 75种栽培类型。拍照使用OPP职9手机，所有照片均采光良好、主体凸显，79.37% 的照片中包含了植物的花或果实。识别结果如表 1 所示，两款软件对西南大学及周边植物？N的识别率达到80%左右，科的识别率达 95%以上，“花伴侣”在种的识别率上优于“形色”，且在野生种类识别上有一定优势。对于常见植物，两款软件对种的识别可以达到 90%以上，对科的识别几乎达到 100%。照片中包含生殖器官可以在一定程度上提高识别的准确率，如对钮子瓜 ( Zehneria maysorensis (Wight et Arn. ) Arn. )、双荚决明( Cassia bicapsularis Linn. )进行识别，仅有叶只能识别到属，包含花可以识别到种。初学者可以通过对比实物和照片初步判断鉴定结果的准确性。 “花伴侣”在鉴定结果中还会显示植物拉丁名以及该物种的形态描述，可以通过对比描述或查阅相关的工具书来确定鉴定结果的准确性。两款软件均有识别历史记录，便于学生复习。软件的植物地图功能有助于学生了解周围的植物种类，同时便于学生寻找感兴趣的植物。软件中推送的科普文章可以拓展学生的知识面，同时培养学生对植物学的兴趣。三、基于植物识别App的植物学实验教学实践将“校园植物观察”部分实验改为自主学习内容。教师在实验课开课初期推荐学生下载相关植物识别App，向学生介绍使用技巧，同时给学生布置观察任务。要求学生不仅要了解观察对象的名称、分类学地位，还要仔细观察其形态特征，对比相关资料保证识别的准确性，同时熟悉形态学术语。观察内容必须包含木兰科、樟科、蔷薇科、菊科、禾本科等重要科属类群。提出某些重要形态学术语，如：同被花、下位子房、副花冠等，要求学生在观察中找到相应的代表并明确其结构特点。给学生留足够的观察期，以便学生观察植物不同生长期的形态。鼓励学生遇到问题