(南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院，南昌 330099)

植物作為世界上物種數(shù)量最多、分布最廣泛的生命形式，在維持生物平衡、水土保持等方面起著重要作用，而在人類(lèi)保護(hù)和利用植物的過(guò)程中首先要解決的是植物識(shí)別問(wèn)題。在南昌工程學(xué)院水土保持與荒漠化防治專(zhuān)業(yè)的課程安排上，與植物識(shí)別相關(guān)的課程有“植物學(xué)”和“生態(tài)學(xué)”。其中，“植物學(xué)”課程主要研究植物的形態(tài)特征、分類(lèi)、地理分布、生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性以及資源利用，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。學(xué)生在實(shí)習(xí)時(shí)需要準(zhǔn)確、快速地查詢(xún)到植物學(xué)名，是“植物學(xué)”課程急待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的植物識(shí)別方式主要是人工鑒別，工作量大且時(shí)間成本高，于是隨著智能手機(jī)的普及，基于手機(jī)平臺(tái)的植物識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)為“植物學(xué)”課程的學(xué)習(xí)提供了便利，并逐漸被應(yīng)用于高校其他專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)中。

這些基于手機(jī)平臺(tái)的植物識(shí)別系統(tǒng)[1-4]為植物種類(lèi)的識(shí)別開(kāi)拓了新的發(fā)展領(lǐng)域。2012年基于iOS系統(tǒng)的第一款名為L(zhǎng)eafsnap的手機(jī)應(yīng)用程序被用于植物識(shí)別，使沒(méi)有植物學(xué)基礎(chǔ)的人借助它認(rèn)識(shí)了大量的植物。隨后，基于Android平臺(tái)的植物葉片模式識(shí)別應(yīng)用軟件也被陸續(xù)開(kāi)發(fā)出來(lái)。王偉等[4]設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一款基于Android平臺(tái)的以SVM作為分類(lèi)器的植物葉片識(shí)別軟件，對(duì)毛山荊子、海桐等13種植物的識(shí)別正確率達(dá)到94.44%。Zhao等建立了以Android系統(tǒng)為基礎(chǔ)的葉片識(shí)別應(yīng)用程序ApLeaf。彭智等[3]將植物葉片的幾何特征和紋理特征相融合進(jìn)行植物葉片識(shí)別，正確識(shí)別率達(dá)到了92%以上，個(gè)別葉片輪廓獨(dú)具特色的植物種類(lèi)如楓樹(shù)、榕樹(shù)的正確識(shí)別率接近100%，但是對(duì)葉片特征相似的植物識(shí)別正確率較差?？梢?jiàn)，這些軟件在植物識(shí)別方面均存在一定的誤差。盡管如此，智能手機(jī)仍全方面地滲透到人們的日常生活中，基于手機(jī)平臺(tái)的植物葉片識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)也掀起了學(xué)習(xí)方式的變革。那么，學(xué)生在專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)過(guò)程中如何使用這些手機(jī)APP識(shí)別軟件，這種學(xué)習(xí)方式對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)有何影響，教師如何引導(dǎo)學(xué)生正確對(duì)待和使用這些植物識(shí)別APP軟件，都是筆者需要面對(duì)的問(wèn)題。鑒于此，筆者根據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)使用手機(jī)APP識(shí)別植物的反饋意見(jiàn)，結(jié)合自己的認(rèn)識(shí)，對(duì)“植物學(xué)”課程教學(xué)中植物識(shí)別手機(jī)APP的應(yīng)用和存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析探討，并就如何科學(xué)使用手機(jī)APP軟件服務(wù)于“植物學(xué)”課程教學(xué)提出了具體的建議。

一、植物識(shí)別APP在“植物學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

目前，基于手機(jī)APP的植物識(shí)別軟件有花伴侶、微軟識(shí)花、leafsnap、植物識(shí)別、形色、花幫主、綠手指、植物百科大全、花滿(mǎn)城、flower ID等，這些APP軟件在高?！爸参飳W(xué)”課程教學(xué)、科研訓(xùn)練項(xiàng)目中被廣泛采用。在“植物學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，如果學(xué)生遇到不認(rèn)識(shí)的植物，可以用手機(jī)拍照分享到手機(jī)APP上便可識(shí)別該植物，尤其對(duì)一些具有明顯葉片或花特征的植物，其識(shí)別結(jié)果更為準(zhǔn)確、便捷。手機(jī)APP這種靈活便攜的特點(diǎn)使學(xué)生可以最大化地利用自己的零碎時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這就大大方便了教師的教學(xué)和科研。在此過(guò)程中，學(xué)生不僅能夠識(shí)別跟課程相關(guān)的植物，同時(shí)也可識(shí)別生活周邊的植物，這種方式充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，拓寬了學(xué)生視野。在“植物學(xué)”課程的實(shí)習(xí)過(guò)程中，教師經(jīng)常會(huì)看到水土保持與荒漠化防治專(zhuān)業(yè)的學(xué)生結(jié)伴在校園識(shí)別植物，在用手機(jī)APP對(duì)未知植物識(shí)別的基礎(chǔ)上，學(xué)生還結(jié)合專(zhuān)業(yè)書(shū)籍對(duì)植物的相關(guān)形態(tài)特征進(jìn)行了再次確認(rèn)核實(shí)，加深了對(duì)植物形態(tài)的認(rèn)識(shí)，這是一種很好的自覺(jué)學(xué)習(xí)的途徑。

另外，南昌工程學(xué)院“植物學(xué)”課程的主要研究對(duì)象是喬灌木，其形態(tài)特征、分類(lèi)、地理分布、生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性是課程的重點(diǎn)內(nèi)容，很少涉及草本植物。因此，學(xué)生在野外進(jìn)行地被植物調(diào)查時(shí)，前期關(guān)于植物分類(lèi)和識(shí)別的知識(shí)就顯得捉襟見(jiàn)肘，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足“植物學(xué)”課程的實(shí)踐需要。這些植物識(shí)別軟件在一定程度上彌補(bǔ)了這一不足，不僅滿(mǎn)足了學(xué)生的求知欲，而且還提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

二、植物識(shí)別APP在“植物學(xué)”課程教學(xué)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

植物識(shí)別手機(jī)APP軟件在方便我們生活和學(xué)習(xí)的同時(shí)，也帶來(lái)了一些現(xiàn)實(shí)而嚴(yán)重的問(wèn)題，具體表現(xiàn)如下。

第一，學(xué)生會(huì)過(guò)度依賴(lài)這些植物識(shí)別軟件，遇到植物之后不是根據(jù)已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)對(duì)植物進(jìn)行初步的識(shí)別判斷、查閱相關(guān)的工具書(shū)，而是第一時(shí)間拿出手機(jī)對(duì)植物進(jìn)行拍照，并利用植物識(shí)別軟件對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，這導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)掌握的牢固程度下降。如果沒(méi)有這些植物識(shí)別軟件的輔助，學(xué)生就會(huì)一臉茫然、不知所措，有時(shí)連基本的科屬特征都講不清楚。

第二，植物識(shí)別手機(jī)APP軟件的使用會(huì)讓學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)所開(kāi)設(shè)的課程產(chǎn)生“無(wú)用論”的想法，甚至有的教師認(rèn)為“植物學(xué)”課程沒(méi)有開(kāi)設(shè)的必要，學(xué)生只要通過(guò)植物識(shí)別手機(jī)APP軟件就可識(shí)別植物。

第三，在對(duì)基本知識(shí)和技能還沒(méi)有掌握的情況下就走“捷徑”，這會(huì)使學(xué)生忽視對(duì)相關(guān)課程中植物分類(lèi)精髓知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。比如，學(xué)生在識(shí)別植物時(shí)，有時(shí)只關(guān)注葉片在樹(shù)木分類(lèi)上的應(yīng)用，忽視了植物的花、果實(shí)和種子等知識(shí)；在知道植物名稱(chēng)后，對(duì)植物的識(shí)別也只停留在葉片或花的層次，不再繼續(xù)探索植物的其他特征以及用途、分布等。

第四，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)工具書(shū)鑒定樹(shù)種的能力下降。不同植物識(shí)別軟件只能把植物確定到科或者屬的層次，對(duì)具體的植物種類(lèi)不能給出正確的判斷，從而影響學(xué)生對(duì)具體植物的識(shí)別，限制了學(xué)生綜合分析能力的提高，不利于學(xué)生今后從事與植物鑒別、分類(lèi)相關(guān)的工作。

第五，由于目前各大系統(tǒng)平臺(tái)軟件對(duì)植物識(shí)別的準(zhǔn)確率和正確性存在很大差異，因此學(xué)生使用這些識(shí)別軟件識(shí)別時(shí)會(huì)顯示多種植物，那么究竟哪一種是正確的，這就需要學(xué)生做進(jìn)一步的判斷和識(shí)別，能力不足者或者基礎(chǔ)知識(shí)薄弱者則不能采用科學(xué)的方法給出準(zhǔn)確選擇。另外，雖然智能手機(jī)大量普及和4G網(wǎng)絡(luò)普遍覆蓋，但是植物識(shí)別APP對(duì)手機(jī)還是有一定的要求，如手機(jī)的像素、內(nèi)存等。再加上這些植物識(shí)別APP軟件需要在網(wǎng)絡(luò)流暢的情況下才能正常工作，而“植物學(xué)”課程的實(shí)踐教學(xué)大都在野外或者密林中，致使網(wǎng)絡(luò)不方便，甚至?xí)霈F(xiàn)無(wú)信號(hào)的情況，那么這些植物識(shí)別APP軟件就會(huì)受到影響。還有一些高大的喬木，其樹(shù)冠距離地面較高，或者被周?chē)参镏θ~遮擋，使得手機(jī)拍攝不到清晰的葉片特征，限制了植物識(shí)別APP軟件的使用。

三、植物識(shí)別APP在“植物學(xué)”課程教學(xué)應(yīng)用中存在問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略

筆者針對(duì)植物識(shí)別手機(jī)APP軟件在“植物學(xué)”課程教學(xué)中應(yīng)用存在的問(wèn)題，提出如下解決方案。

(一)引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)和對(duì)待植物識(shí)別軟件

在“植物學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中，首先教師應(yīng)該讓學(xué)生明白植物識(shí)別軟件也存在識(shí)別誤差。因?yàn)檠芯窟@項(xiàng)技術(shù)的人員通常是計(jì)算機(jī)方面的學(xué)者，其植物學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)相對(duì)不足，在一定程度上限制了其識(shí)別的準(zhǔn)確性。比如，花伴侶識(shí)別軟件是由魯朗軟件(北京)有限公司開(kāi)發(fā)的；形色識(shí)別軟件由杭州大拿科技股份有限公司開(kāi)發(fā)。其次，應(yīng)該讓學(xué)生明白植物種類(lèi)繁多，不是所有植物都可以使用葉片或花的圖像進(jìn)行識(shí)別的。中國(guó)被子植物和種子植物的種類(lèi)就有5萬(wàn)余種，再加上植物之間的親緣關(guān)系，一些植物葉片相似度極高，所以?xún)H僅根據(jù)植物葉片的形態(tài)進(jìn)行分類(lèi)必然存在一定誤差。目前大多數(shù)植物葉片數(shù)字圖像識(shí)別是針對(duì)理想情況下的單獨(dú)葉片進(jìn)行的，而實(shí)際采集的植物圖像往往帶有背景，且背景可能極為復(fù)雜，光照不均勻或者圖像不夠清晰等，這些都會(huì)影響植物的識(shí)別效果。

(二)介紹各種植物識(shí)別APP軟件的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍

教師應(yīng)該讓學(xué)生親自使用不同種類(lèi)的植物識(shí)別手機(jī)APP軟件識(shí)別同一種植物，并篩選出識(shí)別率較高的植物識(shí)別手機(jī)APP軟件，然后重點(diǎn)介紹這些植物識(shí)別手機(jī)APP軟件的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。比如，Leafsnap APP軟件的植物葉片數(shù)據(jù)庫(kù)只儲(chǔ)存了紐約和華盛頓市附近樹(shù)種的資料；Flower ID APP軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)只有西歐、印度洋、南美和北非地區(qū)的植物；花伴侶APP軟件適合園藝工作者、植物愛(ài)好者，對(duì)街頭和公園的植物有較好的識(shí)別率；形色APP軟件對(duì)多肉植物識(shí)別效果較差；微軟識(shí)花APP軟件主要識(shí)別花朵，且只能識(shí)別大家基本都能認(rèn)識(shí)的植物；植物百科大全APP軟件主要適用于一些植物的栽培管理以及部分植物的科普性知識(shí)介紹。有人運(yùn)用花伴侶、花幫主、形色、微軟識(shí)花4款A(yù)PP軟件分別對(duì)園林和野生植物進(jìn)行了識(shí)別：在園林植物方面，花伴侶、花幫主、形色3款A(yù)PP軟件對(duì)園林植物的鑒定識(shí)別基本沒(méi)有問(wèn)題，微軟識(shí)花APP軟件對(duì)園林植物的鑒定不是很穩(wěn)定；在野生植物方面，這4款A(yù)PP軟件對(duì)植物識(shí)別的準(zhǔn)確性均不同程度的降低，但對(duì)植物屬性的識(shí)別準(zhǔn)確率較高[5]。同樣，筆者在“植物學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)：經(jīng)形色APP軟件識(shí)別后，狗牙根的結(jié)果有狗牙根、牛筋草和馬唐；假儉草的結(jié)果有天門(mén)冬、漆姑草和佛甲草；樟樹(shù)的識(shí)別結(jié)果有重陽(yáng)木、女貞、肉桂等。

(三)防止學(xué)生過(guò)度依賴(lài)植物識(shí)別APP軟件

教師在“植物學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)強(qiáng)化考核力度，讓學(xué)生熟記一些典型或常見(jiàn)科屬識(shí)別的知識(shí)。比如，木蘭科植物的環(huán)狀托葉痕；樟屬植物脈腋的腺體、三出脈等；杜仲科植物葉子的絲狀膠質(zhì)；大戟科植物體的乳汁特征等。在“植物學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用工具書(shū)對(duì)相似科屬種植物特征進(jìn)行比較和鑒別。比如，栗屬和櫟屬的區(qū)別，讓學(xué)生觀察校園中的代表植物板栗和白櫟，總結(jié)對(duì)比葉、花、果實(shí)的形態(tài)特征。栗屬葉邊緣有鋸齒，側(cè)脈直達(dá)齒端，雌雄花序直立，殼斗密被針刺形苞片；櫟屬葉邊緣波狀或有鋸齒，雌花序直立穗狀，雄花序柔荑花序下垂，殼斗苞片鱗片狀，覆瓦狀排列。學(xué)生通過(guò)對(duì)植物實(shí)體葉、花、果實(shí)、種子的全面感知，提高了其植物識(shí)別的能力。另外，學(xué)生在識(shí)別植物的過(guò)程中，如果識(shí)別結(jié)果出現(xiàn)多種植物，就讓學(xué)生將識(shí)別結(jié)果與目標(biāo)植物的形態(tài)特征進(jìn)行綜合對(duì)比辨識(shí)。比如，樟樹(shù)經(jīng)形色APP軟件識(shí)別后，結(jié)果有重陽(yáng)木、樟樹(shù)、肉桂和女貞，均不是目標(biāo)植物，這時(shí)就讓學(xué)生對(duì)這4種植物進(jìn)行判別：重陽(yáng)木三出復(fù)葉，葉緣具細(xì)密鋸齒；樟樹(shù)離基三出脈，脈腋有腺體，葉緣全緣；肉桂明顯三出脈，脈腋無(wú)腺體；女貞單葉對(duì)生，全緣，圓錐花序較大。這樣的訓(xùn)練既加深了學(xué)生對(duì)植物的識(shí)別印象，同時(shí)又復(fù)習(xí)了已學(xué)知識(shí)，對(duì)學(xué)生綜合能力的提升大有裨益。

總之，學(xué)生在運(yùn)用手機(jī)APP軟件識(shí)別植物的過(guò)程中，只有將植物識(shí)別軟件作為學(xué)習(xí)的輔助工具，才能夠避免或者減少誤差，提高植物識(shí)別的能力。

資助項(xiàng)目：南昌工程學(xué)院校級(jí)教改課題“案例教學(xué)法在水土保持林草教學(xué)中的應(yīng)用研究”，項(xiàng)目編號(hào)2016JG036。

[1] 丁常宏，楊月瑩，栗明，等.數(shù)字圖像模式識(shí)別技術(shù)在植物葉片識(shí)別中的應(yīng)用[J].世界林業(yè)研究，2016，29(5)：17-21.

[2] 鄒秋霞，郜魯濤，盛立沖.基于Android手機(jī)和圖像特征識(shí)別技術(shù)的植物葉片分類(lèi)系統(tǒng)的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015(11)：367-369.

[3] 彭智，李勇，甘明.基于移動(dòng)端的樹(shù)木葉片識(shí)別方法的研究[J].科技資訊，2017(11)：7-8.

[4] 王偉，王秀蘭，馮仲科，等.基于Android手機(jī)的樹(shù)木葉片識(shí)別系統(tǒng)[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，41(18)：164-167.

[5] 高山仙人掌.花伴侶、花幫主、形色、微軟識(shí)花等9個(gè)植物類(lèi)APP的對(duì)比評(píng)價(jià)[EB/OL].(2017-03-02)[2018-2-28].http：//www.360doc.com/content/17/0302/00/2012175_633388619.shtml.