智能手机在生物学野外实习中的应用*

潘建斌　骆　爽　张立勋　孙国钧　冯虎元

(兰州大学　生命科学学院，甘肃　兰州　730000)



智能手机在生物学野外实习中的应用*

潘建斌骆爽张立勋孙国钧冯虎元

(兰州大学生命科学学院，甘肃兰州730000)

随着智能手机的普及和移动网络的发展，智能手机作为生物学野外实习的辅助工具已被大家所了解。文章基于多年的教学实践经验，从资料查询、导航与航迹、拍照摄像、生物数字标本、环境数据采集等方面介绍了智能手机辅助野外实习教学的应用实例。实践结果表明智能手机结合生物学野外实习教学改革，有助于教学手段、教学资料、生物多样性保护、专题实习、考核方式、实习成果等多方面的提升和优化，从而提高野外实习的教学质量，培养学生的创新实践能力。

智能手机；野外实习；生物数字标本

生物学野外实习是生物学实践教学中的一门重要课程，传统的生物学野外实习以动植物标本采集、制作和分类鉴定为主。教学内容保守，教学模式单一，教学方法传统，对学生实验技能的训练比较有限，不能达到理想的实习效果。随着社会进步和科技发展，生物学野外实习的教学内容和教学目标已经发生了巨大的变化[1]，从单纯地要求牢记分类特征和鉴定物种发展到不仅要熟练掌握利用志书等传统分类学工具，还要能够充分利用相机、GPS、互联网等现代科技手段对物种进行快速的识别、标记和信息采集，并且进一步加强专题实习的教学内容[2]，使得生物学野外实习的教学效果有显著提高。

智能手机具有独立的操作系统，可以通过安装应用软件，像电脑一样处理各种文档。随着信息技术的发展，智能手机还可用于一些特殊用途，在教学和科研上的应用价值也越来越突出[3-6]。不过对于高校生物学专业的学生，将智能手机运用于野外实习还鲜为人知，笔者根据近几年来本校生物学野外实习的实践经验，探讨基于Android系统的智能手机在高校生物学野外实习的应用。

一、智能手机在野外实习中的应用实例

(一)资料查询

智能手机可以预装Office或WPS手机版的功能组件，可以查看Word、Excel、PPT、PDF等多种类型的文件资料，方便学生在野外实习中随时随地查阅。

手机APP的使用使得查询更多的信息成为可能且更加便捷。MDict是一款可以查看各种MDX格式词典文件的软件，通过预装植物资料库，可以查询《中国植物志》、FloraofChina所载植物物种的详细描述和彩色图片。iFlora移动版是中国科学院昆明植物研究所开发的智能移动终端上的应用软件[7]，以《中国植物志》和《中国高等植物科属检索表》为数据基础，提供了“向导识别”“快速查询”“结构检索”“志书定位”等多种途径查询植物的相关信息。《中国植物志》手机版由中国科学院北京植物研究所开发[8]，于2013年3月正式发布，可用于查询《中国植物志》记载的所有信息。这两个资料库收录了丰富的植物物种资料和图片，在实习过程中不论何时遇到问题，都可以利用手机快速查询，大大加快了物种的辨识过程，节约了学习时间，提高了学习效率。

微信作为智能手机上的一款应用软件，近年得到广泛的运用。实习中需要的查询功能也可以通过微信得以实现。通过关注微信的公众账号，如“植物词典”“中国植物志”，输入相关的物种名称，就可以得到相应的物种信息的反馈。对于学生而言，这无疑是一种学习的便捷方式。

(二)拍照摄像

1.常规拍照摄像

照片信息在生物学野外实习中产生了越来越重要的价值。在植物学野外实习中可以随时用照片记录植物物种的形态特征和生境类型，对当地生物多样性的调查发挥了重要作用，特别是实习中有众多学生参与生物多样性调查时，这种优势尤为明显。在动物学野外实习中，手机可以拍摄动物活体照片或者记录动物行为，方便进行动物行为生态学等方面的研究。目前智能手机配备的相机像素越来越高，后置摄像头的像素已达到1 000万以上，手机的内存空间也在不断增大，完全能够满足野外实习的要求。

2.特殊用途拍照

在生物学野外实习中，需要对植物或动物进行详细解剖观察，手机的拍照功能也有用武之地。这种情况下，只需要在市场上购买配合手机使用的猫夹四合一镜头即可。四合一镜头配有鱼眼、广角、10倍、微距等多个可拆卸镜头。其中鱼眼、广角镜头可用于拍摄较大尺度的生境照片；10倍镜头可用于拍摄具有一定距离的动物或者不方便靠近的植物；微距镜头的对焦距离为3cm左右，相当于一个小型显微镜，可以把细小的东西非常清晰地拍摄出来，多用于动植物的解剖观察，如植物的表皮毛、花部的解剖特征，昆虫的口器、触角类型。这种微距镜头在实际使用中效果良好，甚至可以拍清楚蚂蚁身上的一只虱子，所以在生物学野外实习中可以广泛使用。

(三)GPS定位、导航与航迹记录

1.GPS在野外实习中的使用现状

生物学野外实习中使用最多的工具之一就是GPS，即通过全球定位系统对采样区域或样点的地理坐标进行定位和标记。通常我们用手持GPS接收器进行定位，但由于多数带地图的手持GPS接收器价格昂贵，且目前绝大多数GPS手持机都不能显示卫星地图等数据，只有通过连接电脑才能显示这些信息，导航功能也不便于实现，这些不利因素限制了手持GPS接收器在野外实习中的推广使用。

2.OruxMaps在野外实习中的运用

目前智能手机内置GPS功能已经相当普遍，在3G网络下利用地图软件可以进行准确的目标定位，可以查看人们所在位置的地理坐标并进行导航。一些地图软件支持下载卫星地图为本地文件，随时调用。OruxMaps是Android系统的手机上一款支持本地地图和在线地图的地图软件，在野外实习和野外调查中具有巨大的优势[6]74-76。

OruxMaps的主要功能有：(1)制作离线地图：可以通过网络下载实习地区的离线卫星地图，卫星地图可选择所需的清晰等级，并可制成多个地图离线包，每个地图大小有512M的限制；(2)可以实时记录行动航迹，并可导出KML格式的航迹，该航迹可以用OruxMaps调用查看，也可用Google Earth打开查看；(3)可导入以前实习路线的KML航迹以及Google Earth里设计的实习路线，作为导航的依据；(4)可导入以前拍照的位置信息，如经纬度、海拔；(5)可以利用离线卫星地图查看3D地形。这些功能方便师生在实习过程中实时调整行动路线和范围，还能够通过路线记录、照片位置等信息对物种分布范围进行对比，在物种多样性调查和环境监测中发挥着重要的作用。

(四)生物数字标本的实现

1.生物数字标本的含义

生物数字标本指的是一张对着自然物种实体拍摄的、包含了拍摄作者、物种名称(鉴定名)、采集号(照片管理编号)、采集时间(精确到秒)、采集地点(用GPS进行坐标记录，精确到米)、直观形象地反映了物种形态、生态特征的数码照片。

2.生物数字标本的实现过程

近年来，在生物学野外实习中开展了人文素质教育[9-10]，培养学生保护生态环境的意识，“绿色实习”的理念日益盛行[11]，减少对实物标本采集，增加数字标本(照片)的采集已成为我们在野外实习中的一个重要任务，若我们能够把野外拍摄到的照片添加上拍摄点的经纬度信息，并在Google Earth中显示出这些信息，对于数字标本来说，无疑大大增加了它的科学价值，使我们的野外工作变得非常有意义，这是一件非常具有吸引力的事。所以我们在进行野外实习时，利用智能手机的拍照功能与手机GPS功能相结合，就可以实现生物标本的数字化[12]。

在野外实习中，学生先将OruxMaps打开，用其记录航迹，并用手机拍摄物种照片。回到室内后，利用软件或数据库将OruxMaps记录的位置信息写入照片的EXIF中，这样我们的物种照片就包含有经纬度、海拔等地理信息，从而实现数码照片的地标化。这些照片的地理信息可以用Google Earth直接查看，还可以将这些照片保存在专业的生物照片管理网站中，如中国植物图像库(www.chinaphoto.cn)，中国自然标本馆(http：//www.nature-museum.net)。所有人都可以通过网络看到这些数字标本，这大大增加了它的科学价值，使我们的野外实习工作变得更有意义，数字标本的价值也就得到了最大化的体现。

(五)野外数据采集

1.光照强度

光照强度对植物的生长和形态建成具有重要的影响，智能手机可安装测定光照强度的应用软件，如Lux Meter、照度计，可以测量不同地形、不同环境下的光照强度，对了解植物的群落组成和植株的形态变化有着一定的作用。

2.坡度和方位

坡度和方位对于调查植物群落、动物的巢址选择、日活动节律等具有重要的研究价值。在以前的研究中，坡度和方位仅采用估计的方法，而智能手机安装的手机应用，如VELUX坡度仪，可以更为精确地测定样方或巢穴所在位置的坡度；智能手机自带指南针可以显示其所在的精确方位，这样获得的数据更加真实可靠。

3.长度和面积

长度和面积一直是生态学调查中最基本的数据。智能手机的一些手机应用也集成了相关功能，如“智能工具箱”可以测量植物器官和昆虫翅膀等的长度；利用OruxMaps的面积测量功能可以测定野外较大尺度的样地面积。

二、智能手机在野外实习中的应用价值

(一)丰富野外实习的教学手段

野外教学不同于室内教学，无法随意地使用多媒体设备，因此智能手机在野外教学中显得尤其重要。在野外可以即时调用手机中的图片，对某些看不太清楚的鸟类、不在花果期的植物进行细节的展示，让同学们印象深刻。在野外实习中开展仿真虚拟实习也是近些年来发展的趋势，在实习中可以到达的地点进行实地实习，不能到达的地方进行虚拟实习，利用智能手机作为移动终端，学生们可以做到身临其境，取得了很好的教学效果。

(二)扩展野外实习的教学资料

由于生物学野外实习一般在偏远地区，相关学习资料的查询困难成为实习过程中困扰学生的一个难题。例如本校野外实习点一直没有合适的动植物检索工具书，在植物学实习中，使用较多的是《甘肃河西地区维管植物检索表》《青海植物志》《沙漠植物志》这三本检索工具书，然而这些工具书都不能完整地收录实习点所有的植物，有时学生甚至无法查到相应的植物类群。更为突出的问题是工具书数量的匮乏，《甘肃河西地区维管植物检索表》平均4～5人才有一本，《青海植物志》和《沙漠植物志》实习点仅有一套，根本无法满足学生需要。在动物的物种检索中同样存在这样的问题，蝴蝶的鉴定需要大量的彩色图片，但现有的蝴蝶图册无法满足学生的需求。由于智能手机性能的不断提高，越来越多的学生可将数字化的资料存入手机，或者安装相应的手机APP和订阅专业的微信账号，可以查询更多的资料，对目前的实习资料是很好的补充。

(三)加强生物多样性的保护

兰科植物为全科保护植物，本校的实习地点就有角盘兰(Herminium monorchis)、裂瓣角盘兰(Herminium alaschanicum)、广布红门兰(Orchis chusua)、北方红门兰(Orchis roborowskii)、高山鸟巢兰(Neottia listeroides)、凹舌兰(Coeloglossum viride)等多种兰科植物的分布。在学生进行野外实习前，老师们就通过图片进行强调，兰科植物只能采集数字标本，不可采集实物标本。经过多年积累，对本地区的兰科植物的分布有了较为清楚的了解。在本校实习点的最高峰——毛毛山，其主要生境类型为高山流石滩，分布有水母雪兔子(Saussurea medusa)、密花翠雀花(Delphinium densiflorum)、小丛红景天(Rhodiola dumulosa)等高山植物，以前学生每年实习都会采集较多的数量进行标本压制，严重破坏了野生植物资源，为了保护这些植物，近些年都禁止对高山流石滩植物进行标本采集，以生物数字标本的形式进行代替。

(四)专题实习发挥巨大作用

近些年的实习教学改革中，生物学野外实习加强了专题实习的内容[2]98。在教师的指导下，学生分为若干小组进行为期几天的专题实习。在专题实习中，学生自主选择自己感兴趣的课题进行研究，但需要亲自进行野外调查获得观测数据，才能完成相应的实习论文。在实习经费比较紧张、仪器比较缺乏、时间比较短的情况下，合理的运用智能手机，可以帮助学生在野外更有效地获得更多的数据，更好地完成实习论文。

在不同海拔梯度下植物物种分布的研究中，学生利用手机拍照和GPS结合的技术，在登山过程中，不间断地对沿途植物进行拍摄，回到室内后结合航迹数据，对植物在不同海拔的分布有了非常精确的划分，完成了一篇非常优秀的实习论文。在禾本科植物的分类研究中，学生利用猫加微距镜头并结合解剖镜拍照的方式，把整个检索过程中重要的植物性状用照片拍下，这样学生对每个检索过程中的植物特征都非常清楚。在研究河滩围栏内外兰科植物的分布时，学生利用手机拍照和GPS结合的技术完成了兰科植物具体分布点的调查，为河滩上兰科植物的保护积累了基础资料。在旱獭洞穴选择的研究中，利用智能手机的应用程序OruxMaps可以进行航迹的实时记录，最后可以对所研究区域进行面积测算。利用智能手机坡度和方位的应用程序，可以统计不同旱獭洞穴的朝向和坡度，从而完成旱獭洞穴选择的偏好研究。在蝶类活动的研究中，利用智能手机的录像功能，可以记录蝶类的访花行为和访花频率，进而对蝶类的活动规律进行细致的研究。

(五)增加多样的考核方式

在以前的野外实习中，考核方式单一，学生的实习报告都是总结归纳的描述性的文章，通过近些年的野外实习教学改革，要求学生提交电子版的实习报告，并进行PPT汇报，充分调动了学生们的学习积极性，受到了同学们的欢迎。同学们可以运用多种形式进行汇报展示，将智能手机获得的各种图片、视频、航迹等完整地展示出来，提高了实习报告的质量。另外，以前在动植物标本的采集过程中，要求每组学生上交一定量的实物标本，现在可以要求学生上交一定量的数字标本，对数字标本数量和质量进行考核，保证实习的教学效果。

(六)积累更多的实习成果

实习成果的积累是一个长期而缓慢的过程，以前完全由教师进行，现在随着智能手机的普及，所有学生都可以参与，实习成果积累的进程加快了很多，随着学校野外实习网站的建设，这些影音资料将会得到更好地保存。经过多年积累，学生拍的动植物图片，特别是数字化的动植物图片，可以极大地丰富野外实习教学网站。

三、智能手机在野外实习中的应用前景

随着移动通讯的发展，目前智能手机已从3G时代跨越到4G时代，网络传输速度得到很大的提高，智能手机已经成为人们生活中不可或缺的移动终端，能够更加快速地处理各种信息。随着手机应用软件的增多和优化，智能手机会慢慢取代GPS、照相机、摄像机、直尺、照度仪等多种仪器工具，帮助学生高效地获得所需的观测数据，顺利完成实习任务。因此，智能手机在生物学野外实习中将会发挥越来越重要的作用。智能手机应用于生物学野外实习是一种新兴的方法，它在一定程度上减少了工具易用性不高对野外实习的制约。实习方法的扩展更便于学生提出问题、分析问题和解决问题，大大提高了学生自主学习的能力。同时智能手机丰富的应用程序提高了学生的创造力和想象力，他们利用手机网络能够更多更快地了解生命科学的前沿资讯、有趣的研究或者各种生态问题，结合生物学野外实习，往往能够产生新颖可行的研究性课题。学生的智能手机也从单纯的通讯工具发展为多功能的实习神器，学生们还可利用手机的多种功能实现照片共享、在线答疑、信息互补、实习报告竞赛等多种多样的信息化活动，实现“寓教于乐”。

随着教学改革的不断深入，对学生综合素质的培养不断加强。我们也在思考如何在野外实习中用好智能手机，让其在学生能力培养上发挥重要作用。野外实习是一门专业课程，很多学生并不能正确合理地使用智能手机，因此要让智能手机在野外实习中发挥作用，需要由专业老师在实习之前对学生做专业的培训。一方面让学生从思想上认识到智能手机可作为生物学野外实习的工具；另一方面协助学生安装、操作各种应用程序和设备。然而，智能手机作为一项教学辅助工具，并不能完全取代现有的实习。因此，在野外实习中不仅需要合理地调控智能手机使用的时间和地点，还需要在实践中不断摸索，将智能手机更多的功能运用到野外实习中，为野外实习服务，全面提高生物学野外实习的教学质量。

[1]朱丹，姜述君，杜广明，等.新形势下植物学野外实习教学改革的探讨[J].实验室科学，2011，14(2)：160-163.

[2]冯虎元，牛炳韬，张立勋，等.生物学野外实习中学生综合素质培养的探索与实践：以兰州大学生物学野外实习为例[J].高等理科教育，2013，109(3)：95-98.

[3]宋少婷，王朋娇.基于智能手机的移动学习在高校教育中的应用研究[J].中国教育信息化，2009(23)：80-83.

[4]张光富.智能手机在“植物生物学实验”本科教学实践中的应用[J].高等理科教育，2015，122(4)：108-110.

[5]杜均国，张怀，黄敬，等.GPS智能手机导航在物探施工中的应用[J].物探装备，2015，25(2)：127-131.[6]张军，李长生，李新.Oruxmaps软件结合andriod系统手机在森林资源一类清查中的应用[J].四川林勘设计，2012，(3)：74-76.

[7]智能植物志.iFlora移动版[EB/OL].(2013-12-23) [2015-12-03].http：//www.iflora.cn/APP.aspx.

[8]植物志数字产品APP官网.版本发布说明[EB/OL].(2013-3-29) [2015-12-03].http：//app.eflora.cn/.

[9]崔瑾，冯虎元，夏凯.在生物学野外实习中开展人文素质教育的探索与实践：以兰州大学理科基地生物学野外实习基地为例[J].高等理科教育，2011，95(1)：105-108.

[10]冯虎元，徐鹏彬，陈强.生物学野外实习视角下学生主观能动性的发挥[J].高等理科教育，2011，99(5)：117-120.

[11]冯虎元，朱若菡，潘建斌，等.生物学野外实习中“绿色实习”的探索与实践[J].高校生物学教学研究(电子版)，2013，3(2)：44-48.

[12]郑宝江，陶雷，冯富娟，等.谈数字化技术在植物学野外实习中的应用[J].高校生物学教学研究(电子版)，2012，2(4)：37-40.

(责任编辑李世萍)

Application of Smart Phone in the Biology Field Practice

PANJian-bin，LUOShuang，ZHANGLi-xun，SUNGuo-jun，FENGHu-yuan

(School of Life Sciences，Lanzhou University，Lanzhou ，730000，China)

With the popularization of the smart phone and the development of mobile network，smart phone can be known as an assisted tool in the biology field practice. According to the practical experience for many years，this paper describes the smart phone to aid the field practice teaching from data search，navigation and track，photograph and video recording，digital biological specimen，and environmental data acquisition.The practical results show that the smart phone can improve and optimize the teaching method，teaching materials，biodiversity conservation，project-based practice，examining mode，practical achievements by combining the biology field practice teaching reform.Furthermore，based on the above measures，we can greatly improve the teaching quality of the biology field practice and the innovative and practical ability of training students.Keywords：smart phone，biology field practice，biological digital specimen

2015-11-21

国家基础学科人才培养基金(项目编号：J1210077，J1210033，J1103502)；兰州大学教学研究项目(项目编号：201412)；兰州大学实验技术创新基金(项目编号：2015-03).

潘建斌(1985-)男，安徽歙县人，实验师，主要从事植物生态学和菌根生态学研究.

G642.44

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