魚類識別程序在教學、科普和科研中的應用*

呂俊霖，王歡歡，鞏秀玉

（中國水產科學研究院南海水產研究所，廣東 廣州510300）

我國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。魚類學是動物學的一個分支學科，以魚為研究對象，著重研究魚類的形態結構、生理機能、生活習性、系統發育和地理分布等內容。魚類分類學是我國海洋大學、漁業水產學院在漁業資源和水產養殖方面的重要組成部分，在教學中往往要求學生掌握魚類分類的基本技能，并且能夠較為準確和快速地通過專業書籍查詢和鑒定一些相對常見魚類的科、屬、種信息[1]。然而，由于魚類種類多樣，性狀結構特征復雜，準確鑒定魚類需要豐富的專業知識、技能和經驗。如何更好地利用魚類學教學工具，提高學生在魚類分類鑒定方面的能力，一直是涉海院校魚類學教學中需要考慮的問題[2]。

近年來，隨著深度學習技術、移動網絡技術和前端技術的發展，誕生了許多用于物體識別的手機程序。另外，借助于微信強大的平臺能力，很多企業也在微信平臺上開發了具備識別功能的小程序，其中也包含了可對魚類進行智能識別的程序。

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

1 魚類識別程序的應用場景

1.1 在教學中的應用

在魚類學學習中，為準確鑒定魚類，往往需要用精準的專業術語描述魚類。學生在短暫的魚類學學習中很難參透理論知識，在實際的魚類鑒定中也難以完成一定的魚類鑒定任務。而現在智能手機上的魚類識別程序可通過拍照或上傳圖片的方式，獲得某個魚類的識別結果，且具有較高的準確度。因此，將魚類識別微信小程序運用于高校魚類學教學具有一定優勢。

在高等院校的課程設置中，魚類學的實驗課程包括魚類器官的形態觀察、解剖結構的觀察、魚類種類的鑒定等。在魚類學的理論學習中，涉及魚類外部特征的專業名詞有體型、嘴型、魚鰭的分布、魚鰭的形狀、側線鱗等。為初步檢驗學生魚類學理論知識的學習情況，在高校魚類學教學中，教師通常會直接從市場購買魚類，或者利用館藏的標本，開展魚類的識別鑒定教學活動。對較為相似的魚類，還會指導學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，部分學生往往仍然難以準確描述魚類的形態特征。此時，借助魚類識別微信小程序，學生可對不認識的魚類樣本進行拍照，先對需識別的魚類有個大概的直觀理解，然后再利用檢索書目尋找描述魚類特征的專業術語，降低魚類識別的難度，提高學習的興趣。

1.2 在漁業科普中的應用

在魚類的科普宣傳中，常見的場合有：1）將魚類規范的學名和俗名進行對照，著重于對漁業水產知識的普通的傳播；2）對某些珍稀的魚類進行宣傳，傳達漁政管理上的保護措施；3）對某些有毒有害魚類進行告示，保護漁民的人身安全。

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的展覽活動才能看到。網頁方式雖然突破了傳統傳播方式的地域局限，但網頁的內容容易被遺忘。因此，魚類識別程序可以在科普中發揮不可替代的作用。通過這些魚類識別程序，用戶可隨時將魚類上傳到手機中進行識別，從而快速了解該種魚類的具體信息。這樣的主動學習的方式，激發了用戶的積極性，可實時將魚類的科普知識投入到實際場景中去。此外，對那些未曾見過而自己又感興趣的魚類，用戶往往會進行拍照然后用小程序進行識別，也有助于人們認識更多的魚類，獲得更多的魚類學相關知識[3]。

1.3 在漁業科研中的應用

漁業資源調查是漁業科研的重要組成部分，在漁業資源調查中，較常使用的魚類檢索書目有《中國魚類志》《中國南海魚類圖譜》《中國東海魚類圖譜》《中國黃海魚類圖譜》以及地方魚類名錄等。因檢索書目數量有限，且這些書籍較為厚重，攜帶不便，借助魚類鑒定程序，工作人員可在調查工作中對那些不太有把握的魚類進行拍照識別，或在識別程序中使用查詢功能，以便進一步的研判。對那些完全不認識的魚類，也可以先進行拍照，將照片儲存在手機里，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，許多識別程序還具備“分享”功能，可將魚類識別的結果分享給某個好友，或分享到朋友圈等社交平臺，實現魚類學知識的廣泛傳播。

2 幾種魚類識別軟件的比較分析

經過短短幾年的發展，目前，在手機軟件上已經誕生了不少的魚類識別程序，不同的魚類識別程序在準確性、識別速度、識別結果方面存在一定的差異。比較知名的有“識魚”“鑒魚”“中科看魚”“問魚”和“瀟湘鑒魚”等，其開發者信息如表1所示。

表1 5種魚類識別程序的開發者Table 1 Developers of five fish recognition programs

以上魚類識別程序可在手機應用市場中下載安裝，或在微信小程序里進行搜索和運行。在程序中使用拍照功能或通過相冊選擇圖片，上傳圖片就能快速識別魚類，這樣的使用方式相對于通過查詢《中國魚類志》等方式鑒定魚類，具有極大的便捷性。但比較5款魚類識別的程序界面，發現不同的程序在魚類識別的總體識別質量方面仍然存在差異。

根據農業部頒布的幾種捕撈量較大的常見經濟魚類（羅非魚、藍子魚、鱸魚、大眼鯛、白鯧、大黃魚、帶魚、秋刀魚、藍圓鰺等），選擇了其中9種進行測試[3]，如表2所示。由于“瀟湘鑒魚”以識別淡水魚類為主，不參與比較。

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

由表2可以看出，以上4款魚類識別程序對常見的經濟魚種類均能正常識別。對個別的圖片識別有誤是因為體型比較相似。比如，日本鯖和藍圓鲹均屬于鲹科，寶石大眼鯛和短尾大眼鯛均屬于大眼鯛屬。

對一個識別程序而言，不僅要求具有較高的識別準確度，還要求有其他優點，比如識別的速度、識別的結果可靠性，以及其他一些可輔助識別的功能等。因此，課題組又進行了以下功能的比較，如表3所示。

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

從魚類識別結果描述來看，“識魚”和“中科看魚”在識別結果上較為詳細，這兩款程序對魚類的介紹包括魚類學名、俗名、地理分布、形態特征和生活習性等，并且“識魚”可通過點擊識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“瀟湘識魚”的識別結果過于簡單，小程序對識別結果無任何文字介紹，用戶需將魚類照片與結果的圖片進行對比，結合自身經驗自主選擇結果。

另外，“識魚”還可以通過“聯系我們”得到進一步的意見反饋和求助，而“中科看魚”則增設了社區版塊，可以上傳圖片供網絡用戶一起鑒定。

這些魚類識別程序在識別過程中均沒有附帶廣告，但“中科看魚”在“發現”頁中有企業信息，有一定的廣告成分。

3 水產分類微信小程序在魚類學教學中的利弊分析

魚類識別微信小程序給魚類學教學帶來諸多便利，在課堂教學、科普和科研工作中發揮著一定作用，不但豐富了教學模式，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”。但也要看到在教學中存在的一些問題[5]，如學生可能會過度依賴小程序，基礎知識掌握不牢，降低其查詢工具書的能力。魚類識別微信小程序在魚類鑒定結果上有一定的不確定性，對于簡單的魚類識別沒有問題，但在一些體型比較相似的同種科屬間，則有出錯的可能性。由于小程序采用的是深度學習技術，通過對圖片的卷積輸出其可能的概率值，因此，圖片的質量、水體的渾濁度以及光線的折射和反射因素等都會影響識別結果的準確性。另外，手機拍攝時的抖動、背景的復雜程度和魚體展示的完整程度等也會影響識別結果[6-7]。

4 結語

信息技術的發展、智能手機的普及，極大地方便了信息傳播。將魚類識別微信小程序運用于高校魚類學教學中，豐富了教學內容、教學方式、教學資源以及課程設置，同時，在魚類物種的識別以及提高學生學習自主性等方面具有一定的優勢。總的來看，水產分類微信小程序在輔助高校魚類學教學中既有優勢又有不足，教師在教學中要充分發揮其優點，避開其缺點，做好水產分類微信小程序與教學活動的合理結合。目前，水產分類微信小程序在魚類識別的準確性和結果描述的全面性等方面還有待改進，但隨著信息技術的快速發展，隨著小程序的自我完善，未來其在高校魚類學教學中將起到更好的輔助作用。