植物识别APP在“植物学”课程教学中的应用

(南昌工程学院水利与生态工程学院，南昌 330099)

植物作为世界上物种数量最多、分布最广泛的生命形式，在维持生物平衡、水土保持等方面起着重要作用，而在人类保护和利用植物的过程中首先要解决的是植物识别问题。在南昌工程学院水土保持与荒漠化防治专业的课程安排上，与植物识别相关的课程有“植物学”和“生态学”。其中，“植物学”课程主要研究植物的形态特征、分类、地理分布、生物学和生态学特性以及资源利用，具有很强的应用性。学生在实习时需要准确、快速地查询到植物学名，是“植物学”课程急待解决的问题。传统的植物识别方式主要是人工鉴别，工作量大且时间成本高，于是随着智能手机的普及，基于手机平台的植物识别应用系统为“植物学”课程的学习提供了便利，并逐渐被应用于高校其他专业课程的教学中。

这些基于手机平台的植物识别系统[1-4]为植物种类的识别开拓了新的发展领域。2012年基于iOS系统的第一款名为Leafsnap的手机应用程序被用于植物识别，使没有植物学基础的人借助它认识了大量的植物。随后，基于Android平台的植物叶片模式识别应用软件也被陆续开发出来。王伟等[4]设计开发了一款基于Android平台的以SVM作为分类器的植物叶片识别软件，对毛山荆子、海桐等13种植物的识别正确率达到94.44%。Zhao等建立了以Android系统为基础的叶片识别应用程序ApLeaf。彭智等[3]将植物叶片的几何特征和纹理特征相融合进行植物叶片识别，正确识别率达到了92%以上，个别叶片轮廓独具特色的植物种类如枫树、榕树的正确识别率接近100%，但是对叶片特征相似的植物识别正确率较差。可见，这些软件在植物识别方面均存在一定的误差。尽管如此，智能手机仍全方面地渗透到人们的日常生活中，基于手机平台的植物叶片识别应用系统也掀起了学习方式的变革。那么，学生在专业课的学习过程中如何使用这些手机APP识别软件，这种学习方式对相关专业课程的学习有何影响，教师如何引导学生正确对待和使用这些植物识别APP软件，都是笔者需要面对的问题。鉴于此，笔者根据相关专业学生对使用手机APP识别植物的反馈意见，结合自己的认识，对“植物学”课程教学中植物识别手机APP的应用和存在的问题进行了分析探讨，并就如何科学使用手机APP软件服务于“植物学”课程教学提出了具体的建议。

一、植物识别APP在“植物学”课程教学中的应用

目前，基于手机APP的植物识别软件有花伴侣、微软识花、leafsnap、植物识别、形色、花帮主、绿手指、植物百科大全、花满城、flower ID等，这些APP软件在高校“植物学”课程教学、科研训练项目中被广泛采用。在“植物学”课程教学实践环节，如果学生遇到不认识的植物，可以用手机拍照分享到手机APP上便可识别该植物，尤其对一些具有明显叶片或花特征的植物，其识别结果更为准确、便捷。手机APP这种灵活便携的特点使学生可以最大化地利用自己的零碎时间来学习专业知识，这就大大方便了教师的教学和科研。在此过程中，学生不仅能够识别跟课程相关的植物，同时也可识别生活周边的植物，这种方式充分调动了学生学习的积极性，拓宽了学生视野。在“植物学”课程的实习过程中，教师经常会看到水土保持与荒漠化防治专业的学生结伴在校园识别植物，在用手机APP对未知植物识别的基础上，学生还结合专业书籍对植物的相关形态特征进行了再次确认核实，加深了对植物形态的认识，这是一种很好的自觉学习的途径。

另外，南昌工程学院“植物学”课程的主要研究对象是乔灌木，其形态特征、分类、地理分布、生物学和生态学特性是课程的重点内容，很少涉及草本植物。因此，学生在野外进行地被植物调查时，前期关于植物分类和识别的知识就显得捉襟见肘，远远不能满足“植物学”课程的实践需要。这些植物识别软件在一定程度上弥补了这一不足，不仅满足了学生的求知欲，而且还提高了学生学习的效果。

二、植物识别APP在“植物学”课程教学应用中存在的问题

植物识别手机APP软件在方便我们生活和学习的同时，也带来了一些现实而严重的问题，具体表现如下。

第一，学生会过度依赖这些植物识别软件，遇到植物之后不是根据已经学过的知识对植物进行初步的识别判断、查阅相关的工具书，而是第一时间拿出手机对植物进行拍照，并利用植物识别软件对其进行识别，这导致学生对基础知识掌握的牢固程度下降。如果没有这些植物识别软件的辅助，学生就会一脸茫然、不知所措，有时连基本的科属特征都讲不清楚。

第二，植物识别手机APP软件的使用会让学生对本专业所开设的课程产生“无用论”的想法，甚至有的教师认为“植物学”课程没有开设的必要，学生只要通过植物识别手机APP软件就可识别植物。

第三，在对基本知识和技能还没有掌握的情况下就走“捷径”，这会使学生忽视对相关课程中植物分类精髓知识的系统学习。比如，学生在识别植物时，有时只关注叶片在树木分类上的应用，忽视了植物的花、果实和种子等知识；在知道植物名称后，对植物的识别也只停留在叶片或花的层次，不再继续探索植物的其他特征以及用途、分布等。

第四，学生运用所学知识和专业工具书鉴定树种的能力下降。不同植物识别软件只能把植物确定到科或者属的层次，对具体的植物种类不能给出正确的判断，从而影响学生对具体植物的识别，限制了学生综合分析能力的提高，不利于学生今后从事与植物鉴别、分类相关的工作。

第五，由于目前各大系统平台软件对植物识别的准确率和正确性存在很大差异，因此学生使用这些识别软件识别时会显示多种植物，那么究竟哪一种是正确的，这就需要学生做进一步的判断和识别，能力不足者或者基础知识薄弱者则不能采用科学的方法给出准确选择。另外，虽然智能手机大量普及和4G网络普遍覆盖，但是植物识别APP对手机还是有一定的要求，如手机的像素、内存等。再加上这些植物识别APP软件需要在网络流畅的情况下才能正常工作，而“植物学”课程的实践教学大都在野外或者密林中，致使网络不方便，甚至会出现无信号的情况，那么这些植物识别APP软件就会受到影响。还有一些高大的乔木，其树冠距离地面较高，或者被周围植物枝叶遮挡，使得手机拍摄不到清晰的叶片特征，限制了植物识别APP软件的使用。

三、植物识别APP在“植物学”课程教学应用中存在问题的应对策略

笔者针对植物识别手机APP软件在“植物学”课程教学中应用存在的问题，提出如下解决方案。

(一)引导学生正确认识和对待植物识别软件

在“植物学”课程教学过程中，首先教师应该让学生明白植物识别软件也存在识别误差。因为研究这项技术的人员通常是计算机方面的学者，其植物学专业知识相对不足，在一定程度上限制了其识别的准确性。比如，花伴侣识别软件是由鲁朗软件(北京)有限公司开发的；形色识别软件由杭州大拿科技股份有限公司开发。其次，应该让学生明白植物种类繁多，不是所有植物都可以使用叶片或花的图像进行识别的。中国被子植物和种子植物的种类就有5万余种，再加上植物之间的亲缘关系，一些植物叶片相似度极高，所以仅仅根据植物叶片的形态进行分类必然存在一定误差。目前大多数植物叶片数字图像识别是针对理想情况下的单独叶片进行的，而实际采集的植物图像往往带有背景，且背景可能极为复杂，光照不均匀或者图像不够清晰等，这些都会影响植物的识别效果。

(二)介绍各种植物识别APP软件的特点和应用范围

教师应该让学生亲自使用不同种类的植物识别手机APP软件识别同一种植物，并筛选出识别率较高的植物识别手机APP软件，然后重点介绍这些植物识别手机APP软件的特点和应用范围。比如，Leafsnap APP软件的植物叶片数据库只储存了纽约和华盛顿市附近树种的资料；Flower ID APP软件的数据库只有西欧、印度洋、南美和北非地区的植物；花伴侣APP软件适合园艺工作者、植物爱好者，对街头和公园的植物有较好的识别率；形色APP软件对多肉植物识别效果较差；微软识花APP软件主要识别花朵，且只能识别大家基本都能认识的植物；植物百科大全APP软件主要适用于一些植物的栽培管理以及部分植物的科普性知识介绍。有人运用花伴侣、花帮主、形色、微软识花4款APP软件分别对园林和野生植物进行了识别：在园林植物方面，花伴侣、花帮主、形色3款APP软件对园林植物的鉴定识别基本没有问题，微软识花APP软件对园林植物的鉴定不是很稳定；在野生植物方面，这4款APP软件对植物识别的准确性均不同程度的降低，但对植物属性的识别准确率较高[5]。同样，笔者在“植物学”课程教学实践中也发现：经形色APP软件识别后，狗牙根的结果有狗牙根、牛筋草和马唐；假俭草的结果有天门冬、漆姑草和佛甲草；樟树的识别结果有重阳木、女贞、肉桂等。

(三)防止学生过度依赖植物识别APP软件

教师在“植物学”课程教学过程中，应强化考核力度，让学生熟记一些典型或常见科属识别的知识。比如，木兰科植物的环状托叶痕；樟属植物脉腋的腺体、三出脉等；杜仲科植物叶子的丝状胶质；大戟科植物体的乳汁特征等。在“植物学”课程实践教学过程中，教师应引导学生运用工具书对相似科属种植物特征进行比较和鉴别。比如，栗属和栎属的区别，让学生观察校园中的代表植物板栗和白栎，总结对比叶、花、果实的形态特征。栗属叶边缘有锯齿，侧脉直达齿端，雌雄花序直立，壳斗密被针刺形苞片；栎属叶边缘波状或有锯齿，雌花序直立穗状，雄花序柔荑花序下垂，壳斗苞片鳞片状，覆瓦状排列。学生通过对植物实体叶、花、果实、种子的全面感知，提高了其植物识别的能力。另外，学生在识别植物的过程中，如果识别结果出现多种植物，就让学生将识别结果与目标植物的形态特征进行综合对比辨识。比如，樟树经形色APP软件识别后，结果有重阳木、樟树、肉桂和女贞，均不是目标植物，这时就让学生对这4种植物进行判别：重阳木三出复叶，叶缘具细密锯齿；樟树离基三出脉，脉腋有腺体，叶缘全缘；肉桂明显三出脉，脉腋无腺体；女贞单叶对生，全缘，圆锥花序较大。这样的训练既加深了学生对植物的识别印象，同时又复习了已学知识，对学生综合能力的提升大有裨益。

总之，学生在运用手机APP软件识别植物的过程中，只有将植物识别软件作为学习的辅助工具，才能够避免或者减少误差，提高植物识别的能力。

资助项目：南昌工程学院校级教改课题“案例教学法在水土保持林草教学中的应用研究”，项目编号2016JG036。

[1] 丁常宏，杨月莹，栗明，等.数字图像模式识别技术在植物叶片识别中的应用[J].世界林业研究，2016，29(5)：17-21.

[2] 邹秋霞，郜鲁涛，盛立冲.基于Android手机和图像特征识别技术的植物叶片分类系统的研究[J].安徽农业科学，2015(11)：367-369.

[3] 彭智，李勇，甘明.基于移动端的树木叶片识别方法的研究[J].科技资讯，2017(11)：7-8.

[4] 王伟，王秀兰，冯仲科，等.基于Android手机的树木叶片识别系统[J].广东农业科学，2014，41(18)：164-167.

[5] 高山仙人掌.花伴侣、花帮主、形色、微软识花等9个植物类APP的对比评价[EB/OL].(2017-03-02)[2018-2-28].http：//www.360doc.com/content/17/0302/00/2012175_633388619.shtml.