基于云背景下的昆蟲標(biāo)本制作的實(shí)踐探索

王水發(fā)

摘? 要：當(dāng)前我們已經(jīng)進(jìn)入了教育信息化時(shí)代，昆蟲標(biāo)本制作是綜合實(shí)踐課程中較為常見的活動(dòng)，云背景是基于4G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)的綜合，在我們教育中具有廣泛的應(yīng)用，本文筆者通過結(jié)合信息化技術(shù)，就如何開展昆蟲標(biāo)本的制作進(jìn)行了多年的教學(xué)實(shí)踐，深受學(xué)生喜愛，也取得了較好的教學(xué)實(shí)效。

關(guān)鍵詞：云背景;昆蟲標(biāo)本;標(biāo)本制作;綜合探究

以前在制作昆蟲標(biāo)本時(shí)我們都是采用傳統(tǒng)的制作方式，有一次活動(dòng)給了我極大的觸動(dòng)，2018年3月份我校安排了四年級(jí)學(xué)生到本地象峰村研學(xué)，走進(jìn)大自然，捕捉昆蟲，回校后制作昆蟲，學(xué)生采集了大量的昆蟲活體，不同的班級(jí)采集到的昆蟲樣本也不一定，如何把他們進(jìn)行有序制作和共享，萌發(fā)了我進(jìn)行云背景下的昆蟲標(biāo)本制作念頭。昆蟲標(biāo)本是昆蟲學(xué)研究不可缺少的寶貴材料，開展綜合實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生了解各類昆蟲具有極大的幫助，也是科技知識(shí)普及宣傳的重要參考對(duì)象。無論是進(jìn)行昆蟲形態(tài)學(xué)、生態(tài)學(xué)、生理學(xué)、毒理學(xué)以及生物學(xué)特性的研究，還是進(jìn)行森林、農(nóng)業(yè)，以及自然保護(hù)和自然資源管理方面的研究，都離不開對(duì)昆蟲標(biāo)本的觀察、鑒定及對(duì)其生活史進(jìn)行相關(guān)的了解。昆蟲標(biāo)本的制作近年來也成為學(xué)校綜合實(shí)踐課程的主要活動(dòng)之一，深受學(xué)生的喜愛，在信息技術(shù)發(fā)達(dá)的今天，如何進(jìn)行云背景下的昆蟲標(biāo)本制作值得我們實(shí)踐探索。

一、開展云背景下制作昆蟲標(biāo)本的意義

云背景是當(dāng)前計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)的信息融合，是基于4G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)的綜合，在我們教育中具有廣泛的應(yīng)用可以全面實(shí)現(xiàn)了各類信息及相關(guān)知識(shí)的獲取，處理，利用，有助于大幅度提高生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)力水平。尤其是昆蟲分類學(xué)與形態(tài)學(xué)，缺乏昆蟲標(biāo)本則無法開展工作。但昆蟲實(shí)物標(biāo)本不易保存長時(shí)間存放會(huì)發(fā)生色澤變化，因人為或蟲害霉變的影響發(fā)生形態(tài)變化，頻繁的使用還會(huì)使標(biāo)本很快損壞，導(dǎo)致許多重要關(guān)鍵的識(shí)別特征變得模糊甚至缺失，且完善過程困難，從而失去了寶貴的科研價(jià)值。標(biāo)本數(shù)量的逐漸增加，也為昆蟲標(biāo)本相關(guān)信息的共享帶來了新的問題。學(xué)校歷年制作的各種昆蟲標(biāo)本，大部分標(biāo)本都出現(xiàn)褪色和腐蝕，有些甚至已經(jīng)殘破或損毀，失去了寶貴的科研價(jià)值。信息技術(shù)的快速發(fā)展為農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)研究工作提供了新的方法。標(biāo)本數(shù)字化既為保護(hù)標(biāo)本提供了行之有效的方法，又順應(yīng)了農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展潮流，滿足了人們更快更多地獲取昆蟲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)以及相關(guān)信息資源的高要求。標(biāo)本數(shù)字化是指將昆蟲實(shí)物標(biāo)本進(jìn)行數(shù)字化處理形成可視化虛擬標(biāo)本圖像。既可以保留昆蟲實(shí)體的真實(shí)外貌，又能更好地從各個(gè)角度觀察昆蟲細(xì)微的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)昆蟲實(shí)物標(biāo)本的關(guān)鍵部位和關(guān)鍵特征進(jìn)行更加清晰完整的表達(dá)。與昆蟲實(shí)物標(biāo)本相比，昆蟲電子標(biāo)本具有不褪色、保存長久、存儲(chǔ)信息量大、易復(fù)制、低成本、共享性強(qiáng)，在網(wǎng)絡(luò)上方便檢索等優(yōu)點(diǎn)。

圖像采集為昆蟲標(biāo)本數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)。目前很多學(xué)校在制作昆蟲標(biāo)本后，不易保存，占用空間大、筆者通常采用快速進(jìn)行大批量圖像采集，通過高清像素的相近或手機(jī)采集到的圖像分辨率高，昆蟲細(xì)節(jié)特征明顯，提高了昆蟲標(biāo)本圖像采集的效率。將采集的圖像利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)展示在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，還可以建立相應(yīng)的電腦文件夾進(jìn)行分類存儲(chǔ)，以后可以讓學(xué)生通過快速導(dǎo)航，交互控制流暢地瀏覽觀察標(biāo)本圖像數(shù)據(jù)，達(dá)到環(huán)繞細(xì)致地三維觀察效果，有助于昆蟲標(biāo)本的資源共享。

二、云背景下的昆蟲標(biāo)本的實(shí)施過程

通過圖像采集系統(tǒng)，以昆蟲標(biāo)本為軸心，自動(dòng)進(jìn)行大批量圖像采集。昆蟲標(biāo)本圖像數(shù)據(jù)采用電子表格與 XML 相結(jié)合的存儲(chǔ)模式，建立數(shù)據(jù)庫，其中標(biāo)本圖像數(shù)據(jù)包括前期獲取的昆蟲圖像以及昆蟲學(xué)基礎(chǔ)信息。最后建立網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通過調(diào)取數(shù)據(jù)庫中的圖像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)快速導(dǎo)航，數(shù)據(jù)提取，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)展示，用戶交互，細(xì)節(jié)瀏覽等功能，達(dá)到三維觀察的目的。

1.對(duì)昆蟲標(biāo)本圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)備進(jìn)行選取。圖像采集系統(tǒng)主要由電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器、單片機(jī)、上位機(jī)，拍攝設(shè)備等硬件設(shè)備組成。采用對(duì)比的方法，將同一類型的多種硬件設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，綜合比較分析其優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的硬件設(shè)備。硬件設(shè)備主要包括電機(jī)與拍攝設(shè)備的選取。硬件設(shè)備選取完成后，連接各個(gè)硬件設(shè)備，搭建采集系統(tǒng)硬件平臺(tái)。

2.進(jìn)行昆蟲標(biāo)本的分類計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存。確定上位機(jī)控制軟件開發(fā)工具，編寫采集軟件程序。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝設(shè)備采集圖像的整理、分析、記錄，和單片機(jī)的遠(yuǎn)程控制。當(dāng)拍攝設(shè)備采集到的圖像準(zhǔn)確地傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)要及時(shí)地對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部件發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)拍攝設(shè)備與電機(jī)的同步，完成昆蟲標(biāo)本圖像的采集。

3.建立昆蟲標(biāo)本信息庫。昆蟲標(biāo)本信息庫的研究內(nèi)容主要包括昆蟲標(biāo)本信息統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)庫選擇。標(biāo)本信息庫的核心為昆蟲標(biāo)本數(shù)據(jù)信息。昆蟲標(biāo)本信息主要包括標(biāo)本圖像和昆蟲基本信息。將準(zhǔn)確無誤的昆蟲基本信息存儲(chǔ)至 Excel 表格中，表格中明確標(biāo)出標(biāo)本數(shù)據(jù)之間的從屬關(guān)系及層級(jí)關(guān)系。標(biāo)本圖像通過圖像采集系統(tǒng)獲取。根據(jù)昆蟲標(biāo)本信息的特點(diǎn)，選擇適合于本課題的數(shù)據(jù)庫。將 Excel 表格中的昆蟲標(biāo)本信息進(jìn)行數(shù)字化處理存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中。

4.網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)。昆蟲標(biāo)本圖像展示平臺(tái)采用三層次架構(gòu)模式，分為數(shù)據(jù)層，邏輯層，用戶層。數(shù)據(jù)層主要為讀取存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的昆蟲標(biāo)本信息。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)處理邏輯層傳遞的用戶搜索查詢條件并將查詢結(jié)果信息返回給邏輯層。編寫程序?qū)崿F(xiàn)邏輯層對(duì)用戶層對(duì)請(qǐng)求的篩選和處理，若請(qǐng)求合法，邏輯層則將請(qǐng)求傳遞給數(shù)據(jù)層進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)層將數(shù)據(jù)返回并在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的顯示模塊上，顯示相應(yīng)的昆蟲標(biāo)本圖像信息。使用圖形圖像類軟件和網(wǎng)站開發(fā)類工具制作用戶層為用戶提供的訪問界面。最后對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行測試，運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各個(gè)頁面，確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通過邏輯層的用戶交互實(shí)現(xiàn)了標(biāo)本圖像的三維觀察。

三、昆蟲標(biāo)本制作后的幾點(diǎn)建議

（1）制作昆蟲實(shí)體標(biāo)本：通過現(xiàn)場捕獲，網(wǎng)絡(luò)購買兩種方式采集活體昆蟲，采用插針法制作昆蟲實(shí)物標(biāo)本，為昆蟲標(biāo)本數(shù)字化采集提供實(shí)物樣本。本次制作的昆蟲僅為拍攝樣品，并不需要長期保存，因此制作過程中不包含去除蟲體內(nèi)臟的過程，蟲體的形態(tài)和色彩更逼真，更符合后期的拍攝要求。

（2）采集系統(tǒng)研發(fā)：采用對(duì)比的方法，對(duì)采集系統(tǒng)硬件設(shè)備電機(jī)與拍攝設(shè)備進(jìn)行選取，選取適合本研究的硬件設(shè)備，連接各個(gè)硬件設(shè)備，完成物理線路連接，完成采集系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的搭建。嘗試?yán)镁W(wǎng)絡(luò)平臺(tái);例如美篇APP、微信公眾號(hào)的使用，供學(xué)生課后學(xué)習(xí)、課外學(xué)習(xí)。

（3）建立昆蟲標(biāo)本信息庫：根據(jù)昆蟲標(biāo)本信息的特點(diǎn)，選用 XML 作為數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)昆蟲標(biāo)本信息。昆蟲標(biāo)本圖像采用文件分級(jí)存儲(chǔ)在不同的目錄下，由 XML 文件通過 ID 標(biāo)簽引用。

參考文獻(xiàn)

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[3]? 北疆博物院館藏的部分昆蟲標(biāo)本[J]. 化石. 2017（03）