昆蟲實驗教學標本數字化探索與實踐

梁亞萍 魯 瑩 李 彥 姜 碌 李 嘉 李修偉 方 紅

（沈陽農業大學植物保護學院，遼寧 沈陽 110866）

昆蟲學相關的實驗課是植物保護專業的基礎課程，是鞏固學生對理論知識的理解和掌握的重要環節，具有較強的實踐性，是理論聯系實踐的橋梁[1]。昆蟲學實驗教學內容主要涉及對昆蟲的形態、結構和生物學特性的直接觀察。昆蟲實驗標本是實驗教學中較直觀的教具，也是昆蟲學科學研究不可缺少的寶貴材料[2]。昆蟲標本通常以昆蟲為實物，采用液浸、烘干、玻片或者樹脂封存等方法處理后，使其能夠以原貌長久保存的昆蟲樣品[3]。傳統的昆蟲標本主要包括針插標本、液浸標本、干制標本、玻片標本以及樹脂標本等。在昆蟲學實驗教學中，通常以不同類型的昆蟲標本有機結合，取長補短，不僅可以讓學生直觀地觀察昆蟲的形態特征，還有助于培養學生的創新精神和實踐能力。高等農業院校昆蟲標本主要用于植物保護、農學和園藝等涉農專業本科生實驗課程教學，包括普通昆蟲學、農業昆蟲學、園藝昆蟲學、植物檢疫學、農業有害生物和藥用植物害蟲學等[4]。此外，昆蟲標本對昆蟲學科研工作也具有重要意義。隨著高等農業院校著力培養新農科人才，深化創新人才培養機制，教學大綱的要求逐步提高，教學內容隨之更新，這對昆蟲標本建設提出了新的要求。

當前，現代信息技術在教育上得到充分利用，將昆蟲標本與網絡技術、數據庫技術和多媒體技術等現代信息手段相結合，已廣泛應用于高等農業院校的標本制作中。昆蟲數字化標本是指將昆蟲實物標本進行數字化處理，形成可視化虛擬標本圖像信息或者電子文件。該方法通過高清晰度的拍攝設備自動或手動進行昆蟲標本信息的采集，將采集的昆蟲信息進行整合匯總，建立相關的數據庫管理系統或網絡平臺[5]。數字化標本在昆蟲識別、鑒定過程中比實物標本更直觀、方便，同時解決了長期困擾昆蟲實驗教學中實物標本制作、使用、保存以及管理等環節存在的問題。本文通過介紹昆蟲實物標本的制作和保存中存在問題，結合當前教育信息化趨勢，引出數字化昆蟲標本概念，列舉數字化技術在昆蟲標本制作中的應用優勢，展望數字化昆蟲標本的發展前景，為涉農專業課程教學中數字化標本的應用提供借鑒。

1 昆蟲標本在實驗教學中的作用分析

昆蟲學相關的實驗課是植保等專業本科生的專業課，是提高學生實踐創新能力和人才培養質量的重要實踐教學環節之一，其根本任務是使學生掌握昆蟲學的實驗技能和先進的實驗方法。昆蟲標本是實驗教學中較直觀的教具，昆蟲學相關的實驗內容，均離不開昆蟲標本的形態觀察與識別鑒定[2]。昆蟲標本的質量和數量，直接影響著實驗課程的質量。高質量的教學標本可以激發學生的學習興趣、創新意識，培養學生理論聯系實際的能力和嚴謹的態度，不斷提高學生分析問題、解決問題的綜合能力。

2 昆蟲學實驗教學實物標本存在的問題分析

2.1 昆蟲學標本采集方面

隨著環境不斷改變，近距離采集部分昆蟲標本難度增大。教師需要利用假期帶領學生去較遠的地區集中采樣標本，增加了采集標本的成本。在現代化農業生產中，綜合防治害蟲技術的提高，田間害蟲種群密度降低，有些害蟲多年未發生，造成部分昆蟲標本采集數量不足或者無法采集到。一些小型和微小型昆蟲，由于采集比較困難，出現標本缺乏現象，導致學生對小型和微型昆蟲的學習重視程度不夠[6]。部分危害較大的檢疫性昆蟲標本通常難以獲得，在一定程度上影響昆蟲實驗教學的開展。

2.2 昆蟲標本制作方面

昆蟲標本制作是一項煩瑣而細致的工作，標本制作者既要具備一定的專業知識和技能，又要有充足的時間。傳統標本制作所需的輔助材料較多，除了采集到的各類昆蟲樣本、捕蟲網、毒瓶、三角紙、昆蟲針、乙酸乙酯以及乙醇等基本材料，還需要標本盒、樟腦球和干燥烘箱等輔助材料與設備，同時需要足夠的空間擺放和存儲，對人員的時間和精力消耗較大[7]。

2.3 昆蟲標本保存方面

昆蟲標本的保存需要干燥、恒溫、無塵和通風等環境條件。即便保存環境適宜，昆蟲標本保存過程中仍難以避免人為或蟲害霉變等影響而造成的形態變化。鞘翅目的甲蟲、同翅目的蝽、直翅目的蝗蟲以及鱗翅目的蝶類等昆蟲外表色澤鮮亮，保存一段時間就會出現褪色或者失色現象，影響識別與鑒定。頻繁的使用與挪動，可能會損壞標本，導致關鍵的識別特征變得不明顯甚至缺失，尤其一些重要稀缺標本的破壞會造成物種鑒定的偏差，并且其修復過程較為困難，可能導致失去其寶貴的教學與科研價值。一方面，隨著逐年學生人數的增加，實驗教學工作量加大，昆蟲標本使用頻繁，標本損壞和老化速度隨之加快[6]。另一方面，教師采集和制作標本的時間有限，新標本補充工作進展較緩慢，昆蟲標本數量和質量有待進一步提升。

3 數字化昆蟲標本的優勢分析

現代信息技術的快速發展為昆蟲標本的建設工作提供了思路和方法，昆蟲數字化標本建設應運而生。標本數字化不僅為制作和保存昆蟲標本提供了行之有效的方法，而且順應教育信息化的發展趨勢，為更便捷地獲取昆蟲學信息資源提供了便利條件，極大地豐富了植物保護等專業昆蟲實驗教學素材，提升了昆蟲實驗教學質量和效率。

3.1 豐富昆蟲標本的類型

昆蟲實驗課程教學常用的標本主要有干制標本、液浸標本、針插標本及玻片標本等類型。近年來，樹脂標本作為一種標本類型，受到實驗工作者的青睞。隨著教學數字化改革的推進，數字化標本應運而生，并廣泛應用于高校標本室及博物館等[6]。數字化昆蟲標本比實物標本更為直觀、方便，解決了長期困擾昆蟲實驗教學中實物標本存放和使用中存在的問題，在農業有害生物的識別、鑒定以及防治中發揮著重要作用[8]。

3.2 解決標本制作和保存難題

昆蟲數字化標本應用數碼相機、攝像機等攝影、攝像或3D 建模的方法，用圖片、視頻、動畫以及3D模型等方式全面展現昆蟲特征[3]。將昆蟲實物轉換成圖片信息或者電子文檔保存，可以減少標本制作工序，節約標本存放空間。昆蟲數字化標本解決了昆蟲實物標本長久保存失色、失真，關鍵識別特征變得模糊甚至缺失；與空氣接觸，受潮霉變；不定期熏蒸或者冷凍，受蛀蟲損壞；來回搬運挪動標本，受到人為和機械損壞等問題。同時，昆蟲數字化標本，極大地豐富了昆蟲學實驗教學素材，為新型教學手段的應用提供了有力保障。

3.3 多維度展示昆蟲的形態特征

隨著數字化技術發展逐步成熟，利用攝影、攝像設備獲得的昆蟲圖像質量高，可以清晰地呈現出昆蟲的形態特征，而且拍攝過程方便快捷。利用攝像機抓拍處于活動狀態的昆蟲，不僅能充分展現昆蟲的靈活性、多樣性以及旺盛的生命力，同時能夠提升標本的美觀度和豐富度[9]。此外，在種類繁多的昆蟲世界，飛虱、蚜蟲、薊馬、粉虱、小蜂以及蚤類等小型或微型昆蟲，由于體型微小、體質弱，難以制作成針插標本或者液浸標本，可以通過拍攝制作成數字化標本，展現這類昆蟲的形態特征?；蛘呤褂脤I的玻片掃描儀，把形態特征明顯的成品玻片標本數字化，在電腦上觀看微小昆蟲特征，可以達到預期的觀察效果。

3.4 保護昆蟲物種

對于自然界中存在的一些稀有昆蟲，如果將本就稀有的昆蟲制成標本，不但影響該類昆蟲的繁衍生存，而且不利于生態環保。借助數字化標本，可以拓寬標本的采集渠道，避免對昆蟲樣本的過度采集，以保護稀有昆蟲物種，減少對昆蟲資源的破壞，有利于維持生態環境平衡。

3.5 實現昆蟲標本資源共享

相對昆蟲實物標本而言，昆蟲電子標本具有存儲信息量大、易復制、低成本、共享性強以及在網絡上方便檢索等優點。數字化昆蟲標本可以實現長期保存，容易攜帶，方便查閱，不受季節和區域的限制，同時還具有可重復、可共享、個性化和靈活性等優勢，通過資源共享可以實現資源利用的最大化[9]。

4 數字化昆蟲標本在實驗教學中的應用

部分農業高等院校利用信息技術先后建立了各種信息庫管理系統，實現昆蟲標本數字化。例如，以標本館收藏的昆蟲標本為研究對象，建立了昆蟲標本計算機管理系統；以館藏昆蟲標本為研究對象，建立了昆蟲標本數據庫管理系統，實現了標本信息的錄入、修改、查詢與統計；通過野外采集和室內采集方式對各種昆蟲標本進行數字化采集，建立了昆蟲學電子標本庫查詢系統[10]。這些信息庫管理系統功能完善，內容豐富，信息規范，并結合3D 數字模型，通過信息網絡相互交流，實現了標本數字化共享與物種識別[11]。

目前，借鑒其他院校的成功經驗，正在建設具有自身特色的數字化昆蟲標本及數據管理系統。該系統利用昆蟲生物學特性，采用數據庫技術、圖像采集技術和圖像處理技術對野外采集或者實驗室收藏的昆蟲標本進行數字化處理，從昆蟲圖像的采集、篩選和分類，圖片處理，圖片鏈接和功能模塊添加，數據管理及信息查詢等方面著手，進行建模，建成數字化標本管理系統[12]，實現昆蟲標本信息瀏覽、查詢、管理、信息添加、刪除、修改及編輯等功能。昆蟲數字化標本及數據管理系統的建設將進一步豐富昆蟲學相關實驗教學的手段，提升教學質量。

5 結語

昆蟲數字化標本實現現代信息技術與昆蟲實驗教學的緊密結合，利用現代多媒體技術，把昆蟲實物標本變成電子文檔應用于實驗課程，可以讓學生更好地獲取知識，激發學習興趣，不僅豐富了教學手段，而且有力地彌補了實物標本保存和管理等方面的不足與缺陷[13]。昆蟲標本數字化是保護昆蟲標本行之有效的方法，是更快更多地獲取昆蟲學基礎知識以及相關信息資源的重要途徑，也為昆蟲實驗教學提供了思路、技術和方法。數字化技術作為昆蟲標本制作新的發展方向，其具有制作方便快捷、易于保存及圖像質量高等特點，符合可持續發展的要求[14]。數字化昆蟲標本建設是一項艱巨的任務，隨著時代的發展和經驗的積累，需要進一步探索和完善數字化昆蟲標本建設工作，實現數字化標本在昆蟲實驗教學中的廣泛應用，充分展現昆蟲數字化標本的優勢和發展空間，同時做好資源共享平臺建設，實現資源利用的最大化。本文介紹了昆蟲標本在實驗教學中的重要性，昆蟲實物標本存在的問題，昆蟲數字化標本的優點以及昆蟲數字化標本的建設現狀，為不斷建設、完善和優化昆蟲標本提供參考。