植物識別App在植物學實驗教學中的應用與探討

王茜

【摘要】隨著通訊技術的飛速發展，智能手機App被越來越多地應用到教學中。近年來，以“形色”、“花伴侶”為代表的智能手機植物識別App大量涌現。本文簡單介紹了其在西南大學植物學實驗教學中的應用，并分析了其在教學中的價值和發展潛力。

【關鍵詞】植物學 實驗教學 智能手機App

【基金項目】西南大學教育教學改革研究項目（2016JY049）資助。

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）29-0046-02

《植物學》是生物學及相關專業的專業基礎課，是一門傳統課程，也是一門實踐性很強的學科，對于培養學生基本素質和實踐能力具有重要意義[1]。《植物學實驗》課程是《植物學》課程體系的重要組成部分，是培養學生動手能力和創新能力的重要環節[2]。在植物學教學中，被子植物系統學一直是重點和難點部分。為了使學生在學習系統學部分更為形象、易于理解、便于記憶，多年來，在西南大學的植物學實驗教學中均安排有“校園植物觀察”的內容。由1名教師帶領20-30名學生，為其講解植物種類、形態特征、功能價值等，教學時長3課時。這種教學方式起到了很好的效果，但仍有一定的局限性，如：教學時間有限，觀察和講解的種類有限，觀察的特征僅停留在植物的某一生長期；生師比太高，即使使用講解系統，多數學生也僅是聽得清、看不清；學生被動學習，不利于動手能力和創新能力的培養。

隨著通訊技術的飛速發展，智能手機在我國迅速普及。智能手機App（application program）作為移動終端用戶的應用程序已經成為大學生學習中必不可少的工具。近年來，以“形色”、“花伴侶”為代表的植物識別App開始出現，并受到追捧，成為了廣泛使用的植物學科普工具，同時為廣大植物愛好者搭建了良好的交流平臺。一些中學、大專院校已經開始嘗試將此類App應用到教學中[3-4]。本文以西南大學為例，分析討論植物識別App在植物學實驗教學中的應用。

一、植物識別App簡介

目前國內外智能手機植物識別App種類多樣，如花伴侶、形色、微軟識花、百度識花、花滿城、發現識花、看圖識花、Plantifier、Garden Answers、PlantNet等，其中花伴侶和形色兩款在國內應用較廣。“花伴侶”是由中國科學院植物研究所（系統與進化植物學國家重點實驗室）和魯朗軟件以中國植物圖像庫海量植物分類圖片為基礎打造的人工智能植物識別引擎。“形色” 是由杭州大拿科技股份有限公司推出的一款識別花卉、分享附近花卉的App應用，鑒定主要基于用戶自發上傳的圖片。兩款軟件均是基于深度學習開發的植物識別應用，由用戶拍照上傳后返回植物名稱及相關知識，同時具有拍照識花、實時分享、植物地圖、景區推薦、推送科普文章等功能。

二、教學準備

在開展教學之前，作者分別使用“花伴侶”和“形色”兩款軟件，以西南大學校園及周邊植物為例，對其鑒定的準確性進行驗證，同時總結使用技巧。驗證共選取了189種植物（隸屬于86科、159屬），其中包括了114種野生類型和75種栽培類型。拍照使用OPPO R9手機，所有照片均采光良好、主體凸顯，79.37%的照片中包含了植物的花或果實。識別結果如表1所示，兩款軟件對西南大學及周邊植物種的識別率達到80%左右，科的識別率達95%以上，“花伴侶”在種的識別率上優于 “形色”，且在野生種類識別上有一定優勢。對于常見植物，兩款軟件對種的識別可以達到90%以上，對科的識別幾乎達到100%。

照片中包含生殖器官可以在一定程度上提高識別的準確率，如對鈕子瓜（Zehneria maysorensis （Wight et Arn.） Arn.）、雙莢決明（Cassia bicapsularis Linn.）進行識別，僅有葉只能識別到屬，包含花可以識別到種。初學者可以通過對比實物和照片初步判斷鑒定結果的準確性。“花伴侶”在鑒定結果中還會顯示植物拉丁名以及該物種的形態描述，可以通過對比描述或查閱相關的工具書來確定鑒定結果的準確性。兩款軟件均有識別歷史記錄，便于學生復習。軟件的植物地圖功能有助于學生了解周圍的植物種類，同時便于學生尋找感興趣的植物。軟件中推送的科普文章可以拓展學生的知識面，同時培養學生對植物學的興趣。

三、基于植物識別App的植物學實驗教學實踐

將“校園植物觀察”部分實驗改為自主學習內容。教師在實驗課開課初期推薦學生下載相關植物識別App，向學生介紹使用技巧，同時給學生布置觀察任務。要求學生不僅要了解觀察對象的名稱、分類學地位，還要仔細觀察其形態特征，對比相關資料保證識別的準確性，同時熟悉形態學術語。觀察內容必須包含木蘭科、樟科、薔薇科、菊科、禾本科等重要科屬類群。提出某些重要形態學術語，如：同被花、下位子房、副花冠等，要求學生在觀察中找到相應的代表并明確其結構特點。給學生留足夠的觀察期，以便學生觀察植物不同生長期的形態。鼓勵學生遇到問題與教師交流，鼓勵學生將感興趣的材料帶到實驗室解剖觀察。觀察結果撰寫為格式規范的實驗報告于期末提交。

四、教學成效及問題分析

從一學期的教學實踐來看，將植物識別App應用到植物學實驗教學中可以明顯提高學生學習的興趣和積極性，有助于學生掌握常見科屬特征及相關分類學術語，同時有助于培養學生發現問題和分析問題的能力。結合自主學習的方式，還可以更充分地利用教學資源，培養學生良好的學習習慣。但植物識別App能識別的植物種類有限，有時也可能造成誤導。盡管如此，只要在使用中多加辨別，也不妨礙其成為教學的一個良好工具。隨著用戶的不斷增多、軟件的不斷更新，此類App可面向不同層次的使用者，在教學中發揮更大的潛力。

參考文獻：

[1]孫敏，鄧洪平，王明書，王彥涵，葉大進.植物學實驗教學改革及其對學生創新能力的培養[J]. 西南師范大學學報（自然科學版），2003，28（5）：812-814.

[2]于杰，任薇，王壯.《植物學實驗》課程體系改革與實踐[J]. 西南師范大學學報（自然科學版），2013，38（10）：185-188.

[3]趙鵬，郭垚鑫，段棟，劉文哲.智能手機植物識別 App 在植物學教學中的應用[J].高校生物學教學研究（電子版），2018，8（1）：47-51.

[4]莊國鄭， 周青春.移動AR運用于“校園植物調查”的教學設計[J].中學生物教學，2017，12：66-67.