魚類識(shí)別程序在教學(xué)、科普和科研中的應(yīng)用*

呂俊霖，王歡歡，鞏秀玉

（中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東 廣州510300）

我國(guó)擁有廣袤的海洋和眾多的河流湖泊，在這些水體里生活著種類繁多的魚類。魚類學(xué)是動(dòng)物學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，以魚為研究對(duì)象，著重研究魚類的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理機(jī)能、生活習(xí)性、系統(tǒng)發(fā)育和地理分布等內(nèi)容。魚類分類學(xué)是我國(guó)海洋大學(xué)、漁業(yè)水產(chǎn)學(xué)院在漁業(yè)資源和水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的重要組成部分，在教學(xué)中往往要求學(xué)生掌握魚類分類的基本技能，并且能夠較為準(zhǔn)確和快速地通過專業(yè)書籍查詢和鑒定一些相對(duì)常見魚類的科、屬、種信息[1]。然而，由于魚類種類多樣，性狀結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，準(zhǔn)確鑒定魚類需要豐富的專業(yè)知識(shí)、技能和經(jīng)驗(yàn)。如何更好地利用魚類學(xué)教學(xué)工具，提高學(xué)生在魚類分類鑒定方面的能力，一直是涉海院校魚類學(xué)教學(xué)中需要考慮的問題[2]。

近年來，隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和前端技術(shù)的發(fā)展，誕生了許多用于物體識(shí)別的手機(jī)程序。另外，借助于微信強(qiáng)大的平臺(tái)能力，很多企業(yè)也在微信平臺(tái)上開發(fā)了具備識(shí)別功能的小程序，其中也包含了可對(duì)魚類進(jìn)行智能識(shí)別的程序。

課題組以5種常見的魚類識(shí)別程序（“識(shí)魚”“鑒魚”“中科看魚”“問魚”“瀟湘鑒魚”）為例，討論魚類識(shí)別程序在魚類學(xué)教學(xué)、科普和科研中的作用。

1 魚類識(shí)別程序的應(yīng)用場(chǎng)景

1.1 在教學(xué)中的應(yīng)用

在魚類學(xué)學(xué)習(xí)中，為準(zhǔn)確鑒定魚類，往往需要用精準(zhǔn)的專業(yè)術(shù)語描述魚類。學(xué)生在短暫的魚類學(xué)學(xué)習(xí)中很難參透理論知識(shí)，在實(shí)際的魚類鑒定中也難以完成一定的魚類鑒定任務(wù)。而現(xiàn)在智能手機(jī)上的魚類識(shí)別程序可通過拍照或上傳圖片的方式，獲得某個(gè)魚類的識(shí)別結(jié)果，且具有較高的準(zhǔn)確度。因此，將魚類識(shí)別微信小程序運(yùn)用于高校魚類學(xué)教學(xué)具有一定優(yōu)勢(shì)。

在高等院校的課程設(shè)置中，魚類學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程包括魚類器官的形態(tài)觀察、解剖結(jié)構(gòu)的觀察、魚類種類的鑒定等。在魚類學(xué)的理論學(xué)習(xí)中，涉及魚類外部特征的專業(yè)名詞有體型、嘴型、魚鰭的分布、魚鰭的形狀、側(cè)線鱗等。為初步檢驗(yàn)學(xué)生魚類學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)情況，在高校魚類學(xué)教學(xué)中，教師通常會(huì)直接從市場(chǎng)購買魚類，或者利用館藏的標(biāo)本，開展魚類的識(shí)別鑒定教學(xué)活動(dòng)。對(duì)較為相似的魚類，還會(huì)指導(dǎo)學(xué)生如何借助魚類檢索書目，鑒定某條魚類的具體分類信息。然而，部分學(xué)生往往仍然難以準(zhǔn)確描述魚類的形態(tài)特征。此時(shí)，借助魚類識(shí)別微信小程序，學(xué)生可對(duì)不認(rèn)識(shí)的魚類樣本進(jìn)行拍照，先對(duì)需識(shí)別的魚類有個(gè)大概的直觀理解，然后再利用檢索書目尋找描述魚類特征的專業(yè)術(shù)語，降低魚類識(shí)別的難度，提高學(xué)習(xí)的興趣。

1.2 在漁業(yè)科普中的應(yīng)用

在魚類的科普宣傳中，常見的場(chǎng)合有：1）將魚類規(guī)范的學(xué)名和俗名進(jìn)行對(duì)照，著重于對(duì)漁業(yè)水產(chǎn)知識(shí)的普通的傳播；2）對(duì)某些珍稀的魚類進(jìn)行宣傳，傳達(dá)漁政管理上的保護(hù)措施；3）對(duì)某些有毒有害魚類進(jìn)行告示，保護(hù)漁民的人身安全。

在這些科普性宣傳中，通常是采用圖書或掛圖的方式。但是圖書和掛圖的成本較高，宣傳的手段比較單一，用戶需要自己購買或者參加相應(yīng)的展覽活動(dòng)才能看到。網(wǎng)頁方式雖然突破了傳統(tǒng)傳播方式的地域局限，但網(wǎng)頁的內(nèi)容容易被遺忘。因此，魚類識(shí)別程序可以在科普中發(fā)揮不可替代的作用。通過這些魚類識(shí)別程序，用戶可隨時(shí)將魚類上傳到手機(jī)中進(jìn)行識(shí)別，從而快速了解該種魚類的具體信息。這樣的主動(dòng)學(xué)習(xí)的方式，激發(fā)了用戶的積極性，可實(shí)時(shí)將魚類的科普知識(shí)投入到實(shí)際場(chǎng)景中去。此外，對(duì)那些未曾見過而自己又感興趣的魚類，用戶往往會(huì)進(jìn)行拍照然后用小程序進(jìn)行識(shí)別，也有助于人們認(rèn)識(shí)更多的魚類，獲得更多的魚類學(xué)相關(guān)知識(shí)[3]。

1.3 在漁業(yè)科研中的應(yīng)用

漁業(yè)資源調(diào)查是漁業(yè)科研的重要組成部分，在漁業(yè)資源調(diào)查中，較常使用的魚類檢索書目有《中國(guó)魚類志》《中國(guó)南海魚類圖譜》《中國(guó)東海魚類圖譜》《中國(guó)黃海魚類圖譜》以及地方魚類名錄等。因檢索書目數(shù)量有限，且這些書籍較為厚重，攜帶不便，借助魚類鑒定程序，工作人員可在調(diào)查工作中對(duì)那些不太有把握的魚類進(jìn)行拍照識(shí)別，或在識(shí)別程序中使用查詢功能，以便進(jìn)一步的研判。對(duì)那些完全不認(rèn)識(shí)的魚類，也可以先進(jìn)行拍照，將照片儲(chǔ)存在手機(jī)里，然后利用QQ或微信建立魚類鑒定的討論群，集思廣益，利用多人的力量獲取魚類的具體分類地位和信息。

另外，許多識(shí)別程序還具備“分享”功能，可將魚類識(shí)別的結(jié)果分享給某個(gè)好友，或分享到朋友圈等社交平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)魚類學(xué)知識(shí)的廣泛傳播。

2 幾種魚類識(shí)別軟件的比較分析

經(jīng)過短短幾年的發(fā)展，目前，在手機(jī)軟件上已經(jīng)誕生了不少的魚類識(shí)別程序，不同的魚類識(shí)別程序在準(zhǔn)確性、識(shí)別速度、識(shí)別結(jié)果方面存在一定的差異。比較知名的有“識(shí)魚”“鑒魚”“中科看魚”“問魚”和“瀟湘鑒魚”等，其開發(fā)者信息如表1所示。

表1 5種魚類識(shí)別程序的開發(fā)者Table 1 Developers of five fish recognition programs

以上魚類識(shí)別程序可在手機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)中下載安裝，或在微信小程序里進(jìn)行搜索和運(yùn)行。在程序中使用拍照功能或通過相冊(cè)選擇圖片，上傳圖片就能快速識(shí)別魚類，這樣的使用方式相對(duì)于通過查詢《中國(guó)魚類志》等方式鑒定魚類，具有極大的便捷性。但比較5款魚類識(shí)別的程序界面，發(fā)現(xiàn)不同的程序在魚類識(shí)別的總體識(shí)別質(zhì)量方面仍然存在差異。

根據(jù)農(nóng)業(yè)部頒布的幾種捕撈量較大的常見經(jīng)濟(jì)魚類（羅非魚、藍(lán)子魚、鱸魚、大眼鯛、白鯧、大黃魚、帶魚、秋刀魚、藍(lán)圓鰺等），選擇了其中9種進(jìn)行測(cè)試[3]，如表2所示。由于“瀟湘鑒魚”以識(shí)別淡水魚類為主，不參與比較。

表2 4種魚類識(shí)別程序的識(shí)別比較Table 2 Comparison of four fish identification programs

由表2可以看出，以上4款魚類識(shí)別程序?qū)ΤＲ姷慕?jīng)濟(jì)魚種類均能正常識(shí)別。對(duì)個(gè)別的圖片識(shí)別有誤是因?yàn)轶w型比較相似。比如，日本鯖和藍(lán)圓鲹均屬于鲹科，寶石大眼鯛和短尾大眼鯛均屬于大眼鯛屬。

對(duì)一個(gè)識(shí)別程序而言，不僅要求具有較高的識(shí)別準(zhǔn)確度，還要求有其他優(yōu)點(diǎn)，比如識(shí)別的速度、識(shí)別的結(jié)果可靠性，以及其他一些可輔助識(shí)別的功能等。因此，課題組又進(jìn)行了以下功能的比較，如表3所示。

表3 5種魚類識(shí)別程序的功能比較Table 3 Functional comparison of five fish identification programs

從魚類識(shí)別結(jié)果描述來看，“識(shí)魚”和“中科看魚”在識(shí)別結(jié)果上較為詳細(xì)，這兩款程序?qū)︳~類的介紹包括魚類學(xué)名、俗名、地理分布、形態(tài)特征和生活習(xí)性等，并且“識(shí)魚”可通過點(diǎn)擊識(shí)別上方的輪播圖得到更大的圖片，起到輔助鑒定的作用[4]?！拌b魚”“問魚”和“瀟湘識(shí)魚”的識(shí)別結(jié)果過于簡(jiǎn)單，小程序?qū)ψR(shí)別結(jié)果無任何文字介紹，用戶需將魚類照片與結(jié)果的圖片進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)自主選擇結(jié)果。

另外，“識(shí)魚”還可以通過“聯(lián)系我們”得到進(jìn)一步的意見反饋和求助，而“中科看魚”則增設(shè)了社區(qū)版塊，可以上傳圖片供網(wǎng)絡(luò)用戶一起鑒定。

這些魚類識(shí)別程序在識(shí)別過程中均沒有附帶廣告，但“中科看魚”在“發(fā)現(xiàn)”頁中有企業(yè)信息，有一定的廣告成分。

3 水產(chǎn)分類微信小程序在魚類學(xué)教學(xué)中的利弊分析

魚類識(shí)別微信小程序給魚類學(xué)教學(xué)帶來諸多便利，在課堂教學(xué)、科普和科研工作中發(fā)揮著一定作用，不但豐富了教學(xué)模式，而且還提供了一種便捷的軟件工具，可謂是“授人以魚，更授人以漁”。但也要看到在教學(xué)中存在的一些問題[5]，如學(xué)生可能會(huì)過度依賴小程序，基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢，降低其查詢工具書的能力。魚類識(shí)別微信小程序在魚類鑒定結(jié)果上有一定的不確定性，對(duì)于簡(jiǎn)單的魚類識(shí)別沒有問題，但在一些體型比較相似的同種科屬間，則有出錯(cuò)的可能性。由于小程序采用的是深度學(xué)習(xí)技術(shù)，通過對(duì)圖片的卷積輸出其可能的概率值，因此，圖片的質(zhì)量、水體的渾濁度以及光線的折射和反射因素等都會(huì)影響識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，手機(jī)拍攝時(shí)的抖動(dòng)、背景的復(fù)雜程度和魚體展示的完整程度等也會(huì)影響識(shí)別結(jié)果[6-7]。

4 結(jié)語

信息技術(shù)的發(fā)展、智能手機(jī)的普及，極大地方便了信息傳播。將魚類識(shí)別微信小程序運(yùn)用于高校魚類學(xué)教學(xué)中，豐富了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)資源以及課程設(shè)置，同時(shí)，在魚類物種的識(shí)別以及提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)?？偟膩砜?，水產(chǎn)分類微信小程序在輔助高校魚類學(xué)教學(xué)中既有優(yōu)勢(shì)又有不足，教師在教學(xué)中要充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，避開其缺點(diǎn)，做好水產(chǎn)分類微信小程序與教學(xué)活動(dòng)的合理結(jié)合。目前，水產(chǎn)分類微信小程序在魚類識(shí)別的準(zhǔn)確性和結(jié)果描述的全面性等方面還有待改進(jìn)，但隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，隨著小程序的自我完善，未來其在高校魚類學(xué)教學(xué)中將起到更好的輔助作用。