昆虫实验教学标本数字化探索与实践

梁亚萍 鲁 莹 李 彦 姜 碌 李 嘉 李修伟 方 红

（沈阳农业大学植物保护学院，辽宁 沈阳 110866）

昆虫学相关的实验课是植物保护专业的基础课程，是巩固学生对理论知识的理解和掌握的重要环节，具有较强的实践性，是理论联系实践的桥梁[1]。昆虫学实验教学内容主要涉及对昆虫的形态、结构和生物学特性的直接观察。昆虫实验标本是实验教学中较直观的教具，也是昆虫学科学研究不可缺少的宝贵材料[2]。昆虫标本通常以昆虫为实物，采用液浸、烘干、玻片或者树脂封存等方法处理后，使其能够以原貌长久保存的昆虫样品[3]。传统的昆虫标本主要包括针插标本、液浸标本、干制标本、玻片标本以及树脂标本等。在昆虫学实验教学中，通常以不同类型的昆虫标本有机结合，取长补短，不仅可以让学生直观地观察昆虫的形态特征，还有助于培养学生的创新精神和实践能力。高等农业院校昆虫标本主要用于植物保护、农学和园艺等涉农专业本科生实验课程教学，包括普通昆虫学、农业昆虫学、园艺昆虫学、植物检疫学、农业有害生物和药用植物害虫学等[4]。此外，昆虫标本对昆虫学科研工作也具有重要意义。随着高等农业院校着力培养新农科人才，深化创新人才培养机制，教学大纲的要求逐步提高，教学内容随之更新，这对昆虫标本建设提出了新的要求。

当前，现代信息技术在教育上得到充分利用，将昆虫标本与网络技术、数据库技术和多媒体技术等现代信息手段相结合，已广泛应用于高等农业院校的标本制作中。昆虫数字化标本是指将昆虫实物标本进行数字化处理，形成可视化虚拟标本图像信息或者电子文件。该方法通过高清晰度的拍摄设备自动或手动进行昆虫标本信息的采集，将采集的昆虫信息进行整合汇总，建立相关的数据库管理系统或网络平台[5]。数字化标本在昆虫识别、鉴定过程中比实物标本更直观、方便，同时解决了长期困扰昆虫实验教学中实物标本制作、使用、保存以及管理等环节存在的问题。本文通过介绍昆虫实物标本的制作和保存中存在问题，结合当前教育信息化趋势，引出数字化昆虫标本概念，列举数字化技术在昆虫标本制作中的应用优势，展望数字化昆虫标本的发展前景，为涉农专业课程教学中数字化标本的应用提供借鉴。

1 昆虫标本在实验教学中的作用分析

昆虫学相关的实验课是植保等专业本科生的专业课，是提高学生实践创新能力和人才培养质量的重要实践教学环节之一，其根本任务是使学生掌握昆虫学的实验技能和先进的实验方法。昆虫标本是实验教学中较直观的教具，昆虫学相关的实验内容，均离不开昆虫标本的形态观察与识别鉴定[2]。昆虫标本的质量和数量，直接影响着实验课程的质量。高质量的教学标本可以激发学生的学习兴趣、创新意识，培养学生理论联系实际的能力和严谨的态度，不断提高学生分析问题、解决问题的综合能力。

2 昆虫学实验教学实物标本存在的问题分析

2.1 昆虫学标本采集方面

随着环境不断改变，近距离采集部分昆虫标本难度增大。教师需要利用假期带领学生去较远的地区集中采样标本，增加了采集标本的成本。在现代化农业生产中，综合防治害虫技术的提高，田间害虫种群密度降低，有些害虫多年未发生，造成部分昆虫标本采集数量不足或者无法采集到。一些小型和微小型昆虫，由于采集比较困难，出现标本缺乏现象，导致学生对小型和微型昆虫的学习重视程度不够[6]。部分危害较大的检疫性昆虫标本通常难以获得，在一定程度上影响昆虫实验教学的开展。

2.2 昆虫标本制作方面

昆虫标本制作是一项烦琐而细致的工作，标本制作者既要具备一定的专业知识和技能，又要有充足的时间。传统标本制作所需的辅助材料较多，除了采集到的各类昆虫样本、捕虫网、毒瓶、三角纸、昆虫针、乙酸乙酯以及乙醇等基本材料，还需要标本盒、樟脑球和干燥烘箱等辅助材料与设备，同时需要足够的空间摆放和存储，对人员的时间和精力消耗较大[7]。

2.3 昆虫标本保存方面

昆虫标本的保存需要干燥、恒温、无尘和通风等环境条件。即便保存环境适宜，昆虫标本保存过程中仍难以避免人为或虫害霉变等影响而造成的形态变化。鞘翅目的甲虫、同翅目的蝽、直翅目的蝗虫以及鳞翅目的蝶类等昆虫外表色泽鲜亮，保存一段时间就会出现褪色或者失色现象，影响识别与鉴定。频繁的使用与挪动，可能会损坏标本，导致关键的识别特征变得不明显甚至缺失，尤其一些重要稀缺标本的破坏会造成物种鉴定的偏差，并且其修复过程较为困难，可能导致失去其宝贵的教学与科研价值。一方面，随着逐年学生人数的增加，实验教学工作量加大，昆虫标本使用频繁，标本损坏和老化速度随之加快[6]。另一方面，教师采集和制作标本的时间有限，新标本补充工作进展较缓慢，昆虫标本数量和质量有待进一步提升。

3 数字化昆虫标本的优势分析

现代信息技术的快速发展为昆虫标本的建设工作提供了思路和方法，昆虫数字化标本建设应运而生。标本数字化不仅为制作和保存昆虫标本提供了行之有效的方法，而且顺应教育信息化的发展趋势，为更便捷地获取昆虫学信息资源提供了便利条件，极大地丰富了植物保护等专业昆虫实验教学素材，提升了昆虫实验教学质量和效率。

3.1 丰富昆虫标本的类型

昆虫实验课程教学常用的标本主要有干制标本、液浸标本、针插标本及玻片标本等类型。近年来，树脂标本作为一种标本类型，受到实验工作者的青睐。随着教学数字化改革的推进，数字化标本应运而生，并广泛应用于高校标本室及博物馆等[6]。数字化昆虫标本比实物标本更为直观、方便，解决了长期困扰昆虫实验教学中实物标本存放和使用中存在的问题，在农业有害生物的识别、鉴定以及防治中发挥着重要作用[8]。

3.2 解决标本制作和保存难题

昆虫数字化标本应用数码相机、摄像机等摄影、摄像或3D 建模的方法，用图片、视频、动画以及3D模型等方式全面展现昆虫特征[3]。将昆虫实物转换成图片信息或者电子文档保存，可以减少标本制作工序，节约标本存放空间。昆虫数字化标本解决了昆虫实物标本长久保存失色、失真，关键识别特征变得模糊甚至缺失；与空气接触，受潮霉变；不定期熏蒸或者冷冻，受蛀虫损坏；来回搬运挪动标本，受到人为和机械损坏等问题。同时，昆虫数字化标本，极大地丰富了昆虫学实验教学素材，为新型教学手段的应用提供了有力保障。

3.3 多维度展示昆虫的形态特征

随着数字化技术发展逐步成熟，利用摄影、摄像设备获得的昆虫图像质量高，可以清晰地呈现出昆虫的形态特征，而且拍摄过程方便快捷。利用摄像机抓拍处于活动状态的昆虫，不仅能充分展现昆虫的灵活性、多样性以及旺盛的生命力，同时能够提升标本的美观度和丰富度[9]。此外，在种类繁多的昆虫世界，飞虱、蚜虫、蓟马、粉虱、小蜂以及蚤类等小型或微型昆虫，由于体型微小、体质弱，难以制作成针插标本或者液浸标本，可以通过拍摄制作成数字化标本，展现这类昆虫的形态特征。或者使用专业的玻片扫描仪，把形态特征明显的成品玻片标本数字化，在电脑上观看微小昆虫特征，可以达到预期的观察效果。

3.4 保护昆虫物种

对于自然界中存在的一些稀有昆虫，如果将本就稀有的昆虫制成标本，不但影响该类昆虫的繁衍生存，而且不利于生态环保。借助数字化标本，可以拓宽标本的采集渠道，避免对昆虫样本的过度采集，以保护稀有昆虫物种，减少对昆虫资源的破坏，有利于维持生态环境平衡。

3.5 实现昆虫标本资源共享

相对昆虫实物标本而言，昆虫电子标本具有存储信息量大、易复制、低成本、共享性强以及在网络上方便检索等优点。数字化昆虫标本可以实现长期保存，容易携带，方便查阅，不受季节和区域的限制，同时还具有可重复、可共享、个性化和灵活性等优势，通过资源共享可以实现资源利用的最大化[9]。

4 数字化昆虫标本在实验教学中的应用

部分农业高等院校利用信息技术先后建立了各种信息库管理系统，实现昆虫标本数字化。例如，以标本馆收藏的昆虫标本为研究对象，建立了昆虫标本计算机管理系统；以馆藏昆虫标本为研究对象，建立了昆虫标本数据库管理系统，实现了标本信息的录入、修改、查询与统计；通过野外采集和室内采集方式对各种昆虫标本进行数字化采集，建立了昆虫学电子标本库查询系统[10]。这些信息库管理系统功能完善，内容丰富，信息规范，并结合3D 数字模型，通过信息网络相互交流，实现了标本数字化共享与物种识别[11]。

目前，借鉴其他院校的成功经验，正在建设具有自身特色的数字化昆虫标本及数据管理系统。该系统利用昆虫生物学特性，采用数据库技术、图像采集技术和图像处理技术对野外采集或者实验室收藏的昆虫标本进行数字化处理，从昆虫图像的采集、筛选和分类，图片处理，图片链接和功能模块添加，数据管理及信息查询等方面着手，进行建模，建成数字化标本管理系统[12]，实现昆虫标本信息浏览、查询、管理、信息添加、删除、修改及编辑等功能。昆虫数字化标本及数据管理系统的建设将进一步丰富昆虫学相关实验教学的手段，提升教学质量。

5 结语

昆虫数字化标本实现现代信息技术与昆虫实验教学的紧密结合，利用现代多媒体技术，把昆虫实物标本变成电子文档应用于实验课程，可以让学生更好地获取知识，激发学习兴趣，不仅丰富了教学手段，而且有力地弥补了实物标本保存和管理等方面的不足与缺陷[13]。昆虫标本数字化是保护昆虫标本行之有效的方法，是更快更多地获取昆虫学基础知识以及相关信息资源的重要途径，也为昆虫实验教学提供了思路、技术和方法。数字化技术作为昆虫标本制作新的发展方向，其具有制作方便快捷、易于保存及图像质量高等特点，符合可持续发展的要求[14]。数字化昆虫标本建设是一项艰巨的任务，随着时代的发展和经验的积累，需要进一步探索和完善数字化昆虫标本建设工作，实现数字化标本在昆虫实验教学中的广泛应用，充分展现昆虫数字化标本的优势和发展空间，同时做好资源共享平台建设，实现资源利用的最大化。本文介绍了昆虫标本在实验教学中的重要性，昆虫实物标本存在的问题，昆虫数字化标本的优点以及昆虫数字化标本的建设现状，为不断建设、完善和优化昆虫标本提供参考。