绿色植物科普平台的知识库构建(附件)
目前人类已知的植物已经多达五十多万种。我国植物资源种类丰富，仅高等植物就有大约三万种，日常生活中常见的乔木种类有两千余种。从古之今，从神农尝百草到《本草纲目》，无一不说明人类在对植物辨识的道路上所付出的艰辛。直到互联网的出现，它从方方面面改变着人类的生活。在如此繁多的植物种类面前，构建合理有效的存储处理系统必不可少。本文以常用园林配植植物为研究对象，利用主题词表构建植物知识库，使用My SQL作为存储工具，PHP和HTML网页编程语言搭建前端展示平台，建立一套完整的植物科普展示系统。最后提出对未来科普平台新形式的展望。关键字植物知识库；主题词表；知识展示系统The knowledge base of green plant science platform is constructedStudent majoring in Information Management and Information System LI Rui Tutor BAI Zhen-tianAbstractThere are now more than half a million known plants. There are about 30,000 species of plants in China. There are more than two thousand kinds of trees in daily life. From ancient times, from shen nong to the grass to 《Compendium of Materia Medica》, there is no explanation for the hardships that human beings pay for the recognition of plants. Until the advent of the Internet, it changed human life in many ways. In the face of so many plant species, it is necessary to build a reasonable and effective storage and processing system. Based o *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
n common garden with plants as the research object, using thesauri plant knowledge base, using My SQL as a storage tool, PHP and HTML web page programming language structures, front-end display platform, set up a complete set of plant science display system. Finally, a new outlook on the future of popular science platform is proposed.KeywordThe knowledge base of plants；thesauri；Knowledge display system众所周知，向公众进行普及科学知识的教育被称为“科普教育”。科普教育目的在于将科学思想、科学精神以及科学方法等积极地向公众传播，从而增强人们的知识素养、增长才能。[1]目前，我国已将科普教育列入实现“科教兴国”的具体措施之中[2]。我国将科普教育提升为战略高度可见其重要程度，但不得不说，我国的科普教育现状仍然不容乐观。活跃于各大媒体的养生达人，其缺乏科学依据的言论，依然受到追捧与效仿。实际上，这从另一个角度揭示了我国国民严重缺乏科学素养问题，即我国公众缺乏基础的科学精神与科学意识；分辨科学和伪科学的能力较为薄弱；不善于运用理性的逻辑思维与方法解决日常问题。而这些问题的产生又和科普工作有很大关系。科普效果始终不理想的主要原因是科普方式的乏味。与大部分枯燥乏味的博物馆相比，奥地利自然史博物馆独树一帜，这所博物馆凭借内容丰富和寓教于乐的方式让青少年流连忘返的特点跻身于世界十大自然史博物馆之列。整个博物馆的陈列展品除了基本传统展品，还有一些利用了光学装置和多媒体技术来展示，比如在科学馆，人们可以尝试亲自手摇一个机械装置，装置中存在大量正负电荷，电荷之间发生碰撞反应便会产生闪电。小小的装置将庞大的自然气象收纳其中，并转化为简单的物理知识，便于人们的接受和吸收。然而在我国青少年的成长记忆里，对于博物馆的印象大多是死板沉闷的，能够身临其境接触自然科学的机会更是少之又少。 同时科普成本的高昂也限制着科普传播广度。尽管有些科普馆对公众免费开放，但仍存在大量非免费开放的场馆，面对高昂的票价，不由得让人望而却步。如此一来，博物馆的科普作用被大幅削弱，使得博物馆资源遭到浪费。虽然如此，科普还是会在不经意间向公众传播。近年流行起来的“多肉植物”，将快节奏生活下的都市人注意力转移到了桌角、窗台的那一小盆植物身上。一时间，植物养护作为文化性消费的新形势，迅速占据在人们生活空间的一角，成为一种全新生活方式的体现。但限于缺乏相应植物养护知识，家中的植物存活时间总是不长久，因此植物科普教育便显得尤为重要。尤其对于处于幼儿时期的孩子们来说，其拥有的强烈好奇心和求知欲为科普教育打下了良好基础。但是对于幼儿园的孩子们来说，如果直接带他们进行实地参观，将会产生维持秩序困难，确保安全困难和科普效果低等一系列问题，因此多媒介成为良好媒介。 传统植物科普基本都是借助于书本传播，在其中加入一些植物实拍照片，虽然增加了一定的可读性，但是受限于纸质媒体自身的传播局限性，因而无法同时收录大量的植物种类和信息，也不能全方位展示出植物的细节特征。研究目的科普工作是科教兴国的“学前”教育，众所周知，孩子们的求知欲望很强，对新事物接受速度很快，加之他们过早地接触互联网，使得他们比之前处于该年龄段的孩子知识面更广，但对于生活常识，自然科学方面的知识却知之甚少。这是因为他们的知识大多来源于影视作品和娱乐新闻，尤其是科幻电影。然而电影存在一定的虚构和夸大成分，无法直接作为科普教材。因此，依然应该以正规科普教育教材和平台作为科普教育的主要途径。 科技普及教育的主要目的在于提高人们的科学素养，其通过利用丰富的物质环境，以广大的科普资源为基础进行深入挖掘，让他们从根本上认识身边的事物。[4]因此，无论科普方式如何变化，其所具有的根本内核不能改变。 网络科普平台为幼儿提供随时随地接触自然、了解自然的机会，将遥远的奇幻世界移至眼前，指导孩子们对周围的客观物质世界进行主动探索，激发他们的好奇心和探索的兴趣[5]。 让孩子们从书本中跳脱出来，通过对周围环境的认识，了解地球上每一个物种存在的独特意义，从而与自然亲近，在潜移默化引导他们加强自身环境意识和爱护自然的自觉性，以此唤起对大自然的尊重之态与热爱之心，三、相关概念及理论综述（一）植物知识库相关研究知识库是知识工程中经过组织处理的完整知识集合，知识库具有使用便利和集成度高的特点，知识库利用独立的知识片存储结构化数据，这些数据包括领域相关知识，如基础理论、实验数据、以及启发性知识。[6]其中启发性知识由领域专家日常积累所得，包括和某一领域相关的定义概念、定理法则、运算法则以及常识性知识等等。[7]所谓植物知识库，是指根据植物领域相关知识建立知识架构。最先将植物进行分类的是位瑞典植物学家。18世纪30年代，植物学家卡尔林奈发现了雄蕊和雌蕊各自的特征，并着手观察他们的性质，最终根据他们各自数量差距和分布形状差异，建立首个植物分类系统体系。该体系有四个分类层级，从上而下分别是纲、目、属、种 [8]。林奈的分类体系将植物知识系统化，为整个生物科学的统一性做出巨大贡献。利用中图法与主题法相结合的方式，郑怀国的研究团队建立出植物病虫害防治领域本体[10]。他们所构建的本体领域知识库的词汇架构有两种来源，一是以现掌握的词汇体系架构为基础架构，二是以各种研究实例为辅。探索出一条从各个学术数据库中获取有关植物病虫害防止的案例来进一步充实知识库的途径。确立知识库中所涵盖的定义知识之后，选择蔬菜病虫害对于园艺类植物侵袭影响作为研究方向，聚焦具体研究对象，建立涵盖知识全面的本体结构。[11]以鄂志国为首的科研小组，将目光锁定在水稻上，构建出以水稻为研究主体的生物学本体。与一般研究不同的是，他们放大了术语选择和术语间关联的重要程度，它们也对最终的本体产生巨大影响。利用现今所掌握的水稻生物学知识，他们选择从3个角度进行本体的构建性状本体、植物本体和基因本体[12]。其先确定了棉花生物信息本体的顶层框架，拟设8个分支性状分类、分子功能、生物学过程、细胞结构、棉花的形态结构、棉花生育期、环境因子、棉花百科，再根据顶层框架填充下位概念[13]。（二）系统开发工具 1、My SQLMy SQL 是面向公众免费开放的源代码。数据库中的增、删、查、改操作都通过“表”完成，可以说，“表”是数据库最基础的处理对象。一张表能涵盖相当可观的数据量，因此同时使用多张表，在建立表与表之间的联系、指向关系就能快速查询和修改记录数据，这大大提高了数据处理的速率[15]。My SQL 数据库服务器具有多线程、跨平台、安全性高、 处理能力强以及接口多样性的特点。My SQL由于自身良好的跨平台性能被广泛应用与动态开发项目，更是与具有同样性能的PHP组成“黄金搭档”共同完成动态开发。 2、PHPPHP是一种超文本预处理程序语言，十分灵活,因为可以按需嵌入脚本语言的特点，所以PHP也属于嵌入式脚本语言[16]。除了能被灵活应用之外，PHP还可以直接在能够直接在服务器端运行。虽然设计的初衷只是完成网站流量的统计工作，但随着其优势不断突显，再加上免费向公众开发的特点，如今，PHP受到越来越多使用者的喜爱和推崇，应用范围也越来越大。PHP 跨平台、支持多种数据库[17]、 免费开放性、移植性、执行效率高的特点让它得以具备完成自身函数库不断更新完善；与其他工具联用，共同搭建超低成本的动态网站或系统平台；上手快容易操作以及资源消耗量少，执行效率非常高等优势。3、HTMLHTML即超文本标记语言，也是一种最常用的WEB编程语言。HTML的特点来自于文本中包含的“超级链接”指针，实质是一种URL指针[18]。超级链接与指定网页相连接，一旦被点击，就会发生网页跳转动作，可以让浏览器方便快捷地获取新的页面。显而易见，网页的基本框架有HTML决定，如果在此基础上添加一些样式单编码便能完成网页美化工作，再结合其他网页技术就能创造出一个功能强大的网页。负责提供网页整体信息被称为头部部分，另一个部分负责定义网页的具体框架设计的被定义为主体部分[19]。网页和HTML文件联系紧密，网页文件利用具体的标识符号来标记需要在网页中显示的各个部分。四、系统需求分析如今，科技发展的步伐越来越迅猛，人类也被推向一个全新的发展进化环境。作为未来希望的孩子们也无一不受到社会发展的影响。让学龄前儿童接受一定的科普教育是提高全民素质，扩大国民学习领域、拓展科普面的重要部分。地区间的竞争力已经从简单的经济收入上升为该地区所拥有的创造力，而源源不断的创造力来自创新型人才。美国早在1997年名为《面向21世纪的科学和技术》一书中将儿童早期智力开发纳入了人力资源开发的主要内容之中。并且在20世纪90年代末便已经将学龄前教育纳进教育法律体系之中。因此进一步扩大我国公众，尤其是幼龄儿童的知识面尤为重要。为了科学合理地建设科普系统，应当满足以下需求（1）提供易于理解，丰富有趣的内容。有人说，孩童时期对于知识的接受能力很强，这得益于他们对未知事物的好奇与探索精神。孩子们总会对自己感兴趣的事物表现出高度的专注力，如果适当提高教育的趣味性，增强吸引力，那么可能有利于提高学习效果。但由于现在“填鸭式”的教学方式，让孩子们对学习兴趣全无，这大大打击了他们的积极性。传授知识不是教育孩子的唯一目的，其深层次目的是让他们喜欢教育本身，因此教育者们应该努力为孩子们创设提供丰富有趣，易于理解的教育内容。（2）结合移动终端，提供快捷学习渠道。一组研究数据显示，儿童接触网络的年龄随互联网的兴起逐步趋于低龄，超过四分之一处于学前教育的孩子每天有半小时以上的时间被网络占据。低龄儿童使用网络所进行的活动类型与成人相差无几。不容忽视的是，儿童使用网络的时间被不断推前，有数据显示竟然有些还蹒跚学步的儿童便已经接触到社交媒体。儿童使用的社交工具以腾讯QQ和微信为主；小学生中有近三成在使用社交媒体，而在初中生时，使用人数已达到半数之多。（3）创造科普交流平台，推动精神文明工作。建立科普知识网站有益于展开科普教育的推广工作，提高普通公众对科普常识的认知水平[20]，整体提升有关科教的基层服务体系建设水准，推动科教系统工程的建设。科普知识网站成为宣传思想的重要工具,是全世界相互交流科学知识的纽带，为不同文化间科学思想提供碰撞的空间以及促进精神文明建设工作的重要组成部分。五、系统设计（一）系统设计原则为了确保系统的可持续性，需要在进行系统设计工作时，满足以下需求原则。稳定性。减少系统出错率，保证系统能长时间无错运行，是判断平台是否具有良好稳定性的先决条件。(2) 容错性。容错性常见于填写注册信息网页。当检测到用户输入错误信息时，系统应及时显示符合填写或查询要求的正确引导词。(3) 反应速度。反应速度的提升能够通过减少数据冗余度实现。如果系统的响应速率得到提升，用户所等待的时间就会缩短[21]。(4) 界面友好。一个完整的系统仅仅实现具体功能远远不够，还要注重各部分的美观性，只有实现界面友好的要求才能更加贴近用户使用习惯。（二）植物主题词表的构建植物分类学专家们根据植物间的相似程度、差异程度与亲缘关系的远近，将植物分为不同的若干类群，或各级大小不一的单位，即界、门、纲、目、科、属、种，其中的种级是植物分类的最小基本单位，同一种植物，通过判断他们自身特征与相似程度来区分属否属于同种[22]。本文以此种分类标准为基础，对植物知识库进行构建。本文以对各种植物知识进行整理分析的基础上，将主题词表的内容分为树木属性、形态特征、生长类型、生长环境和用途价值五大类，从这5个维度可以对一种植物进行较为完整的描述。表1 主题词表构建要素一级类目二级类目主题词树木属性中文名称学名科属名睡莲，芦荟Nymphaea L.睡莲科形态特征叶形叶色花形花色果实果色卵圆形绿色桃形粉红色半球形黑褐色茎叶形态乔木灌木藤本竹类棕榈草本常绿乔木常绿灌木生长环境生长习性地理分布喜光上海温室用途价值园林功能药用价值园林景观抗癌药以“法国梧桐”这一植物为例，其学名是“三球悬铃木”，俗名才是常用的“法国梧桐”，将二者设为代替关系，便于日后检索。主题词表如下，其中D表示“代替”,C表示“关联”。1树木属性11中文名称 三球悬铃木（D 法国梧桐）2形态特征21叶形 阔卵形3茎叶形态31乔木 落叶大乔木（D 落叶乔木）4生长环境42地理分布 欧洲东南部（C伊比利亚半岛、亚平宁半岛、巴尔干半岛南部 ） 亚洲西部（C 阿拉伯、土耳其、以色列、伊朗）5用途价值51园林功能 庭荫树（D 庭院树） 行道树为存储主题词及其相关信息，借助My SQL工具进行存储，图1为主题词存储表部分。图1主题词存储表（部分）（三）系统框架设计在体系框架设计中，分层式结构应用最为广泛，其重要性也可见一斑。在分层式结构中，业务逻辑层用于处理事物逻辑并负责核心功能的实现。本文根据其他知识库的框架研究,将植物知识库从下到上依次分为4个层次:数据层、数据处理层、业务逻辑层和应用服务层。1.数据层数据层是整个体系中的最底层，通常负责原始数据的输入、保存、输出等数据预处理工作。对于科普系统而言，要求采集到的数据具有权威性、真实性和时效性，因此本系统主要通过文献资源采集和网页资源采集两种数据采集方法进行数据获取。（1）文献资源采集（2）网页资源采集2.数据处理层3.业务逻辑层业务逻辑层负责主要功能的实现与详细问题处理，具有承接意义。主要包含业务模型、数据挖掘算法库、可视化策略等，业务逻辑层与系统中其他层级协调配合，共同完成数据处理的操作。在本系统中业务模型主要任务是用抽象形态展示概念和概念之间的关系，并以此建立相应系统框架模型。[23]4.应用服务层应用服务层主要表示WEB方式，这一层用于实现后台数据库和前台服务器界面之间的联系，接受用户请求、返回相关数据、向客户端提供应用程序的访问路径，来让用户能够和知识库进行交互。应用服务层提供了关键词检索方式，工作原理是将用户输入检索词与数据库内主题词进行匹配，如果用户输入的检索词与数据库中的主题词完全一致，则直接输出检索结果；如果不一致，就根据检索词，找出库中包含全部或部分检索词的主题词，再输出相应检索结果。除了关键词检索，还提供了根据生长习性、生长周期和茎叶形态分类的检索入口，帮助用户快速找到所需信息。（四）系统平台搭建(1) 环境配置Windows 7 操作系统，IE9.0 版本浏览器，并安装配置完成网络服务器、PHP 运行环境和 My SQL 数据库，本系统开发用的版本具体是Apache2.4.4，PHP5.4.16 版本，My SQL5.7.19 版本[24]；(2) 硬件配置计算机硬件配置为Intel(R)Core(TM)i3-4030U的处理器，硬盘大小500G，4G内存；(3) 网络环境处于开发阶段的计算机需要确保可靠稳定的网络环境，以便于随时访问网络，并及时进行网络页面展示效果测试和功能完成情况的测试；(4)确保网络服务器的正常启动与运行。六、系统实现与测试（一）数据库建立在本系统中总共使用一个数据库和两个表。以mysql作为数据库名称，数据库中的表名分别为plants和relation。其中plants用于存放植物属性数据，包括生长环境、树木属性、茎叶类型、用途价值等。relation表揭示植物间关系，包括上下位关系，同义词、近义词关系和关联关系。这三种关系分别对应主题词表中的属、代、参关系（表2）。表2 植物属性表字段名称数据类型字段大小说明 pno pname psci Familycharacteristic eco utility areaCHARCHARVARCHARCHARVARCHARVARCHARVARCHARVARCHAR42050050500500500500植物编号植物名称学名科属名形态特征茎叶形态功能用途生长环境表3 植物关系表字段名称数据类型字段大小说明S_nameS_upperS_synonymS_relateCHARCHARCHARCHAR4444 主题词（植物名称）上位词同义词关联词（二）平台实现在本次系统中着重实现了搜索框代码，即根据关键词返回相应植物信息，包括名称、学名、生长习性、功能效用、生长环境、对应植物图片和与该植物相关的其他植物链接。其中结果返回中的“相关链接”会指向与黑松具有亲缘关系的一系列植物，如雪松、罗汉松、马尾松等等；黑松的栽种养护方法的介绍以及相关影视资料等。图2 首页界面图3 结果返回界面（三）不同终端适应性调整移动设备的用户使用量正在超过桌面设备，逐渐成为用户访问互联网的热门终端[25]。移动设备和个人电脑相比拥有更小的屏幕，如个人电脑的屏幕大小通常能达到手机的一到两倍之多，有的甚至超过两倍。因此，为了适应不同屏幕，人们提出了“自适应网页设计”概念，指的是网页设计可以自动检测屏幕大小、并做出相应调整，最终呈现出灵活的自适应网页。自适应网页设计的实现（1）修改头部代码。使用viewport元标签是自适应网页的实现的基础，将其添加在网页代码的头部，用于避免移动设备浏览器中横向滚动条的出现，并且向用户展示理想的可读形式。[26]（2）使用相对宽度。为了实现网页能够根据屏幕宽度调整布局，编程时不能使用绝对数值的布局和绝对宽度的元素，即无法灵活调整的布局和元素。换言之就是代码不能指定像素宽度[27]。（3）使用流动布局。流动布局的原理是将原本固定不变的区域变为可改变相对位置的区块。这种浮动区块能够应对当出现屏幕宽度过小，不能同时放下两个元素的状况时[28]，后面的元素会通过另起一行的方式，移动到前面元素的后方，而避免出现水平滚动条，造成元素在水平方向溢出的问题。（4）按需加载CSS。编写多种不同屏幕大小的CSS代码，之后根据检测到的屏幕大小，选择加载相应的CSS代码。（5）图片的自适应。由于图片在网页中必不可少，因此需要实现图片的自动缩放。七、总结与展望（一）总结随着基础教育信息化地不断发展，科普教育也日益受到重视，各行各业对人才的需求也逐步向着综合性、全面性的方向发展。尤其是对于过早接触网络的儿童，传统的科普教育方式己经不能满足他们的需求、吸引他们的注意力。另外紧跟互联网和信息技术发展的脚步，科普网站也开始日益壮大起来[29]。本文针对面向幼儿的植物科普领域对于植物知识的需求，以常见的园林配植植物为研究对象，构建了植物知识本体模型。在此基础上，开发了绿色植物科普展示系统，并验证了其可行性，为今后的科普服务打下了基础。由于时间及其他客观因素的限制，在植物知识库库的理论研究上还不够成熟，目前的系统还有很多有待于改进之处第一，数据量有待增加就目前统计，全世界的植物约有三十七万余种，相比之下，当前的数据库包含的植物种类较少，因此在投入实际使用后，无法完全满足用户需求。第二，规则库有待完善虽然本系统着重于植物间关系网络的揭示和记忆web平台的展示，但对于今后知识库的集成与管理，规则库是必不可少的一部分。因此完善知识管理系统的数据分析和推理功能，提高本体的自动化构建水平，以保证知识管理系统内容的全面性和准确性，提高建库效率。第三，平台功能有待完善由于经验不足，时间有限，本系统运用PHP语言进行开发，主要完成了关键词搜索模块；植物展示模块的设计，因此仍然有很多不足之处，需要完善其他的辅助性功能模块，从而更好地为用户提供科学、合理、丰富的绿色植物科普展示平台。（二）展望1、开发基于ipad展示的平台随时随地、灵活使用是手机相较于电脑最为显著的特点，小巧的外形满足用户在碎片时间进行查看、分享的需求。但不可否认的是，浓缩的体积也是限制信息展示效果的一大弊端，由于手机屏幕尺寸和分辨率的牵制，复杂的图片信息不能得到充分展示。而同为移动设备的iPad应运而生，它将体积控制在电脑与手机之间以结合二者优点，使人们手拿传统印刷书籍的感觉得到保留，向用户提供更为休闲舒适的阅读体验，同时大幅提高稳定性。基于iPad屏幕宽大的特点，通过其获得的图片与信息的单篇信息量也较大，展示效果也相对较好，从而带给刺激用户感官带来全新体验。2、结合虚拟成像技术，打造全新用户体验虚拟成像技术主要指的是全息投影技术，可以理解为逆向展现全息摄影技术。[30]该技术的惊艳之处在于能够将以往的平面动画转化为三维图形展现出来，以此带给观众触手可及的感官体验。虚拟成像技术简单来说就是在灯光的转换和特定环境的配合下，利用光学仪器将影像溶于现实场景，营造出图像的立体感和真实感，从而让体验者从各个角度都能看到高度立体、真实的影像。该技术的一大优势是无需借助3D眼睛就能体验立体视觉；具有强烈代入感。传统科普的局限可以通过借助视频展示、音频讲解、虚拟成像技术、人机交互等功能进行突破，最终向公众展现逼真的场景，让人们走进曾经距离遥远的科普世界，将绿色、环保的生态理念充分展示、传递给体验者，为科普形式和产品注入丰富内涵、多彩趣味，极大程度提高观众的沉浸感。致谢参考文献[1]吴采红, 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目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
一、研究背景 2
二、 研究目的 3
三、 相关概念及理论综述 3
（一）植物知识库相关研究 3
（二）My SQL 4
（三）PHP 4
（四）HTML5 5
四、系统需求分析 6
五、系统设计 6
（一）系统设计原则 6
（二）植物主题词表的构建 7
（三）系统框架设计 9
（四）系统平台搭建 10
六、系统的实现与测试 10
（一）数据库建立 10
（二）平台实现 11
（三）不同终端适应性调整 12
七、总结与展望 12
（一）总结 12
（二）展望 12
致谢 13
参考文献 14
目录
表格 1 主题词表构建要素 7
表格 2 植物属性表 10
表格 3 植物关系表 10
目录
图 1 主题词存储表（部分） 8
图 2 首页界面 11
图 3 结果返回界面 12
绿色植物科普平台的知识库构建
引言
目录
目录
n common garden with plants as the research object, using thesauri plant knowledge base, using My SQL as a storage tool, PHP and HTML web page programming language structures, front-end display platform, set up a complete set of plant science display system. Finally, a new outlook on the future of popular science platform is proposed.KeywordThe knowledge base of plants；thesauri；Knowledge display system众所周知，向公众进行普及科学知识的教育被称为“科普教育”。科普教育目的在于将科学思想、科学精神以及科学方法等积极地向公众传播，从而增强人们的知识素养、增长才能。[1]目前，我国已将科普教育列入实现“科教兴国”的具体措施之中[2]。我国将科普教育提升为战略高度可见其重要程度，但不得不说，我国的科普教育现状仍然不容乐观。活跃于各大媒体的养生达人，其缺乏科学依据的言论，依然受到追捧与效仿。实际上，这从另一个角度揭示了我国国民严重缺乏科学素养问题，即我国公众缺乏基础的科学精神与科学意识；分辨科学和伪科学的能力较为薄弱；不善于运用理性的逻辑思维与方法解决日常问题。而这些问题的产生又和科普工作有很大关系。科普效果始终不理想的主要原因是科普方式的乏味。与大部分枯燥乏味的博物馆相比，奥地利自然史博物馆独树一帜，这所博物馆凭借内容丰富和寓教于乐的方式让青少年流连忘返的特点跻身于世界十大自然史博物馆之列。整个博物馆的陈列展品除了基本传统展品，还有一些利用了光学装置和多媒体技术来展示，比如在科学馆，人们可以尝试亲自手摇一个机械装置，装置中存在大量正负电荷，电荷之间发生碰撞反应便会产生闪电。小小的装置将庞大的自然气象收纳其中，并转化为简单的物理知识，便于人们的接受和吸收。然而在我国青少年的成长记忆里，对于博物馆的印象大多是死板沉闷的，能够身临其境接触自然科学的机会更是少之又少。 同时科普成本的高昂也限制着科普传播广度。尽管有些科普馆对公众免费开放，但仍存在大量非免费开放的场馆，面对高昂的票价，不由得让人望而却步。如此一来，博物馆的科普作用被大幅削弱，使得博物馆资源遭到浪费。虽然如此，科普还是会在不经意间向公众传播。近年流行起来的“多肉植物”，将快节奏生活下的都市人注意力转移到了桌角、窗台的那一小盆植物身上。一时间，植物养护作为文化性消费的新形势，迅速占据在人们生活空间的一角，成为一种全新生活方式的体现。但限于缺乏相应植物养护知识，家中的植物存活时间总是不长久，因此植物科普教育便显得尤为重要。尤其对于处于幼儿时期的孩子们来说，其拥有的强烈好奇心和求知欲为科普教育打下了良好基础。但是对于幼儿园的孩子们来说，如果直接带他们进行实地参观，将会产生维持秩序困难，确保安全困难和科普效果低等一系列问题，因此多媒介成为良好媒介。 传统植物科普基本都是借助于书本传播，在其中加入一些植物实拍照片，虽然增加了一定的可读性，但是受限于纸质媒体自身的传播局限性，因而无法同时收录大量的植物种类和信息，也不能全方位展示出植物的细节特征。研究目的科普工作是科教兴国的“学前”教育，众所周知，孩子们的求知欲望很强，对新事物接受速度很快，加之他们过早地接触互联网，使得他们比之前处于该年龄段的孩子知识面更广，但对于生活常识，自然科学方面的知识却知之甚少。这是因为他们的知识大多来源于影视作品和娱乐新闻，尤其是科幻电影。然而电影存在一定的虚构和夸大成分，无法直接作为科普教材。因此，依然应该以正规科普教育教材和平台作为科普教育的主要途径。 科技普及教育的主要目的在于提高人们的科学素养，其通过利用丰富的物质环境，以广大的科普资源为基础进行深入挖掘，让他们从根本上认识身边的事物。[4]因此，无论科普方式如何变化，其所具有的根本内核不能改变。 网络科普平台为幼儿提供随时随地接触自然、了解自然的机会，将遥远的奇幻世界移至眼前，指导孩子们对周围的客观物质世界进行主动探索，激发他们的好奇心和探索的兴趣[5]。 让孩子们从书本中跳脱出来，通过对周围环境的认识，了解地球上每一个物种存在的独特意义，从而与自然亲近，在潜移默化引导他们加强自身环境意识和爱护自然的自觉性，以此唤起对大自然的尊重之态与热爱之心，三、相关概念及理论综述（一）植物知识库相关研究知识库是知识工程中经过组织处理的完整知识集合，知识库具有使用便利和集成度高的特点，知识库利用独立的知识片存储结构化数据，这些数据包括领域相关知识，如基础理论、实验数据、以及启发性知识。[6]其中启发性知识由领域专家日常积累所得，包括和某一领域相关的定义概念、定理法则、运算法则以及常识性知识等等。[7]所谓植物知识库，是指根据植物领域相关知识建立知识架构。最先将植物进行分类的是位瑞典植物学家。18世纪30年代，植物学家卡尔林奈发现了雄蕊和雌蕊各自的特征，并着手观察他们的性质，最终根据他们各自数量差距和分布形状差异，建立首个植物分类系统体系。该体系有四个分类层级，从上而下分别是纲、目、属、种 [8]。林奈的分类体系将植物知识系统化，为整个生物科学的统一性做出巨大贡献。利用中图法与主题法相结合的方式，郑怀国的研究团队建立出植物病虫害防治领域本体[10]。他们所构建的本体领域知识库的词汇架构有两种来源，一是以现掌握的词汇体系架构为基础架构，二是以各种研究实例为辅。探索出一条从各个学术数据库中获取有关植物病虫害防止的案例来进一步充实知识库的途径。确立知识库中所涵盖的定义知识之后，选择蔬菜病虫害对于园艺类植物侵袭影响作为研究方向，聚焦具体研究对象，建立涵盖知识全面的本体结构。[11]以鄂志国为首的科研小组，将目光锁定在水稻上，构建出以水稻为研究主体的生物学本体。与一般研究不同的是，他们放大了术语选择和术语间关联的重要程度，它们也对最终的本体产生巨大影响。利用现今所掌握的水稻生物学知识，他们选择从3个角度进行本体的构建性状本体、植物本体和基因本体[12]。其先确定了棉花生物信息本体的顶层框架，拟设8个分支性状分类、分子功能、生物学过程、细胞结构、棉花的形态结构、棉花生育期、环境因子、棉花百科，再根据顶层框架填充下位概念[13]。（二）系统开发工具 1、My SQLMy SQL 是面向公众免费开放的源代码。数据库中的增、删、查、改操作都通过“表”完成，可以说，“表”是数据库最基础的处理对象。一张表能涵盖相当可观的数据量，因此同时使用多张表，在建立表与表之间的联系、指向关系就能快速查询和修改记录数据，这大大提高了数据处理的速率[15]。My SQL 数据库服务器具有多线程、跨平台、安全性高、 处理能力强以及接口多样性的特点。My SQL由于自身良好的跨平台性能被广泛应用与动态开发项目，更是与具有同样性能的PHP组成“黄金搭档”共同完成动态开发。 2、PHPPHP是一种超文本预处理程序语言，十分灵活,因为可以按需嵌入脚本语言的特点，所以PHP也属于嵌入式脚本语言[16]。除了能被灵活应用之外，PHP还可以直接在能够直接在服务器端运行。虽然设计的初衷只是完成网站流量的统计工作，但随着其优势不断突显，再加上免费向公众开发的特点，如今，PHP受到越来越多使用者的喜爱和推崇，应用范围也越来越大。PHP 跨平台、支持多种数据库[17]、 免费开放性、移植性、执行效率高的特点让它得以具备完成自身函数库不断更新完善；与其他工具联用，共同搭建超低成本的动态网站或系统平台；上手快容易操作以及资源消耗量少，执行效率非常高等优势。3、HTMLHTML即超文本标记语言，也是一种最常用的WEB编程语言。HTML的特点来自于文本中包含的“超级链接”指针，实质是一种URL指针[18]。超级链接与指定网页相连接，一旦被点击，就会发生网页跳转动作，可以让浏览器方便快捷地获取新的页面。显而易见，网页的基本框架有HTML决定，如果在此基础上添加一些样式单编码便能完成网页美化工作，再结合其他网页技术就能创造出一个功能强大的网页。负责提供网页整体信息被称为头部部分，另一个部分负责定义网页的具体框架设计的被定义为主体部分[19]。网页和HTML文件联系紧密，网页文件利用具体的标识符号来标记需要在网页中显示的各个部分。四、系统需求分析如今，科技发展的步伐越来越迅猛，人类也被推向一个全新的发展进化环境。作为未来希望的孩子们也无一不受到社会发展的影响。让学龄前儿童接受一定的科普教育是提高全民素质，扩大国民学习领域、拓展科普面的重要部分。地区间的竞争力已经从简单的经济收入上升为该地区所拥有的创造力，而源源不断的创造力来自创新型人才。美国早在1997年名为《面向21世纪的科学和技术》一书中将儿童早期智力开发纳入了人力资源开发的主要内容之中。并且在20世纪90年代末便已经将学龄前教育纳进教育法律体系之中。因此进一步扩大我国公众，尤其是幼龄儿童的知识面尤为重要。为了科学合理地建设科普系统，应当满足以下需求（1）提供易于理解，丰富有趣的内容。有人说，孩童时期对于知识的接受能力很强，这得益于他们对未知事物的好奇与探索精神。孩子们总会对自己感兴趣的事物表现出高度的专注力，如果适当提高教育的趣味性，增强吸引力，那么可能有利于提高学习效果。但由于现在“填鸭式”的教学方式，让孩子们对学习兴趣全无，这大大打击了他们的积极性。传授知识不是教育孩子的唯一目的，其深层次目的是让他们喜欢教育本身，因此教育者们应该努力为孩子们创设提供丰富有趣，易于理解的教育内容。（2）结合移动终端，提供快捷学习渠道。一组研究数据显示，儿童接触网络的年龄随互联网的兴起逐步趋于低龄，超过四分之一处于学前教育的孩子每天有半小时以上的时间被网络占据。低龄儿童使用网络所进行的活动类型与成人相差无几。不容忽视的是，儿童使用网络的时间被不断推前，有数据显示竟然有些还蹒跚学步的儿童便已经接触到社交媒体。儿童使用的社交工具以腾讯QQ和微信为主；小学生中有近三成在使用社交媒体，而在初中生时，使用人数已达到半数之多。（3）创造科普交流平台，推动精神文明工作。建立科普知识网站有益于展开科普教育的推广工作，提高普通公众对科普常识的认知水平[20]，整体提升有关科教的基层服务体系建设水准，推动科教系统工程的建设。科普知识网站成为宣传思想的重要工具,是全世界相互交流科学知识的纽带，为不同文化间科学思想提供碰撞的空间以及促进精神文明建设工作的重要组成部分。五、系统设计（一）系统设计原则为了确保系统的可持续性，需要在进行系统设计工作时，满足以下需求原则。稳定性。减少系统出错率，保证系统能长时间无错运行，是判断平台是否具有良好稳定性的先决条件。(2) 容错性。容错性常见于填写注册信息网页。当检测到用户输入错误信息时，系统应及时显示符合填写或查询要求的正确引导词。(3) 反应速度。反应速度的提升能够通过减少数据冗余度实现。如果系统的响应速率得到提升，用户所等待的时间就会缩短[21]。(4) 界面友好。一个完整的系统仅仅实现具体功能远远不够，还要注重各部分的美观性，只有实现界面友好的要求才能更加贴近用户使用习惯。（二）植物主题词表的构建植物分类学专家们根据植物间的相似程度、差异程度与亲缘关系的远近，将植物分为不同的若干类群，或各级大小不一的单位，即界、门、纲、目、科、属、种，其中的种级是植物分类的最小基本单位，同一种植物，通过判断他们自身特征与相似程度来区分属否属于同种[22]。本文以此种分类标准为基础，对植物知识库进行构建。本文以对各种植物知识进行整理分析的基础上，将主题词表的内容分为树木属性、形态特征、生长类型、生长环境和用途价值五大类，从这5个维度可以对一种植物进行较为完整的描述。表1 主题词表构建要素一级类目二级类目主题词树木属性中文名称学名科属名睡莲，芦荟Nymphaea L.睡莲科形态特征叶形叶色花形花色果实果色卵圆形绿色桃形粉红色半球形黑褐色茎叶形态乔木灌木藤本竹类棕榈草本常绿乔木常绿灌木生长环境生长习性地理分布喜光上海温室用途价值园林功能药用价值园林景观抗癌药以“法国梧桐”这一植物为例，其学名是“三球悬铃木”，俗名才是常用的“法国梧桐”，将二者设为代替关系，便于日后检索。主题词表如下，其中D表示“代替”,C表示“关联”。1树木属性11中文名称 三球悬铃木（D 法国梧桐）2形态特征21叶形 阔卵形3茎叶形态31乔木 落叶大乔木（D 落叶乔木）4生长环境42地理分布 欧洲东南部（C伊比利亚半岛、亚平宁半岛、巴尔干半岛南部 ） 亚洲西部（C 阿拉伯、土耳其、以色列、伊朗）5用途价值51园林功能 庭荫树（D 庭院树） 行道树为存储主题词及其相关信息，借助My SQL工具进行存储，图1为主题词存储表部分。图1主题词存储表（部分）（三）系统框架设计在体系框架设计中，分层式结构应用最为广泛，其重要性也可见一斑。在分层式结构中，业务逻辑层用于处理事物逻辑并负责核心功能的实现。本文根据其他知识库的框架研究,将植物知识库从下到上依次分为4个层次:数据层、数据处理层、业务逻辑层和应用服务层。1.数据层数据层是整个体系中的最底层，通常负责原始数据的输入、保存、输出等数据预处理工作。对于科普系统而言，要求采集到的数据具有权威性、真实性和时效性，因此本系统主要通过文献资源采集和网页资源采集两种数据采集方法进行数据获取。（1）文献资源采集（2）网页资源采集2.数据处理层3.业务逻辑层业务逻辑层负责主要功能的实现与详细问题处理，具有承接意义。主要包含业务模型、数据挖掘算法库、可视化策略等，业务逻辑层与系统中其他层级协调配合，共同完成数据处理的操作。在本系统中业务模型主要任务是用抽象形态展示概念和概念之间的关系，并以此建立相应系统框架模型。[23]4.应用服务层应用服务层主要表示WEB方式，这一层用于实现后台数据库和前台服务器界面之间的联系，接受用户请求、返回相关数据、向客户端提供应用程序的访问路径，来让用户能够和知识库进行交互。应用服务层提供了关键词检索方式，工作原理是将用户输入检索词与数据库内主题词进行匹配，如果用户输入的检索词与数据库中的主题词完全一致，则直接输出检索结果；如果不一致，就根据检索词，找出库中包含全部或部分检索词的主题词，再输出相应检索结果。除了关键词检索，还提供了根据生长习性、生长周期和茎叶形态分类的检索入口，帮助用户快速找到所需信息。（四）系统平台搭建(1) 环境配置Windows 7 操作系统，IE9.0 版本浏览器，并安装配置完成网络服务器、PHP 运行环境和 My SQL 数据库，本系统开发用的版本具体是Apache2.4.4，PHP5.4.16 版本，My SQL5.7.19 版本[24]；(2) 硬件配置计算机硬件配置为Intel(R)Core(TM)i3-4030U的处理器，硬盘大小500G，4G内存；(3) 网络环境处于开发阶段的计算机需要确保可靠稳定的网络环境，以便于随时访问网络，并及时进行网络页面展示效果测试和功能完成情况的测试；(4)确保网络服务器的正常启动与运行。六、系统实现与测试（一）数据库建立在本系统中总共使用一个数据库和两个表。以mysql作为数据库名称，数据库中的表名分别为plants和relation。其中plants用于存放植物属性数据，包括生长环境、树木属性、茎叶类型、用途价值等。relation表揭示植物间关系，包括上下位关系，同义词、近义词关系和关联关系。这三种关系分别对应主题词表中的属、代、参关系（表2）。表2 植物属性表字段名称数据类型字段大小说明 pno pname psci Familycharacteristic eco utility areaCHARCHARVARCHARCHARVARCHARVARCHARVARCHARVARCHAR42050050500500500500植物编号植物名称学名科属名形态特征茎叶形态功能用途生长环境表3 植物关系表字段名称数据类型字段大小说明S_nameS_upperS_synonymS_relateCHARCHARCHARCHAR4444 主题词（植物名称）上位词同义词关联词（二）平台实现在本次系统中着重实现了搜索框代码，即根据关键词返回相应植物信息，包括名称、学名、生长习性、功能效用、生长环境、对应植物图片和与该植物相关的其他植物链接。其中结果返回中的“相关链接”会指向与黑松具有亲缘关系的一系列植物，如雪松、罗汉松、马尾松等等；黑松的栽种养护方法的介绍以及相关影视资料等。图2 首页界面图3 结果返回界面（三）不同终端适应性调整移动设备的用户使用量正在超过桌面设备，逐渐成为用户访问互联网的热门终端[25]。移动设备和个人电脑相比拥有更小的屏幕，如个人电脑的屏幕大小通常能达到手机的一到两倍之多，有的甚至超过两倍。因此，为了适应不同屏幕，人们提出了“自适应网页设计”概念，指的是网页设计可以自动检测屏幕大小、并做出相应调整，最终呈现出灵活的自适应网页。自适应网页设计的实现（1）修改头部代码。使用viewport元标签是自适应网页的实现的基础，将其添加在网页代码的头部，用于避免移动设备浏览器中横向滚动条的出现，并且向用户展示理想的可读形式。[26]（2）使用相对宽度。为了实现网页能够根据屏幕宽度调整布局，编程时不能使用绝对数值的布局和绝对宽度的元素，即无法灵活调整的布局和元素。换言之就是代码不能指定像素宽度[27]。（3）使用流动布局。流动布局的原理是将原本固定不变的区域变为可改变相对位置的区块。这种浮动区块能够应对当出现屏幕宽度过小，不能同时放下两个元素的状况时[28]，后面的元素会通过另起一行的方式，移动到前面元素的后方，而避免出现水平滚动条，造成元素在水平方向溢出的问题。（4）按需加载CSS。编写多种不同屏幕大小的CSS代码，之后根据检测到的屏幕大小，选择加载相应的CSS代码。（5）图片的自适应。由于图片在网页中必不可少，因此需要实现图片的自动缩放。七、总结与展望（一）总结随着基础教育信息化地不断发展，科普教育也日益受到重视，各行各业对人才的需求也逐步向着综合性、全面性的方向发展。尤其是对于过早接触网络的儿童，传统的科普教育方式己经不能满足他们的需求、吸引他们的注意力。另外紧跟互联网和信息技术发展的脚步，科普网站也开始日益壮大起来[29]。本文针对面向幼儿的植物科普领域对于植物知识的需求，以常见的园林配植植物为研究对象，构建了植物知识本体模型。在此基础上，开发了绿色植物科普展示系统，并验证了其可行性，为今后的科普服务打下了基础。由于时间及其他客观因素的限制，在植物知识库库的理论研究上还不够成熟，目前的系统还有很多有待于改进之处第一，数据量有待增加就目前统计，全世界的植物约有三十七万余种，相比之下，当前的数据库包含的植物种类较少，因此在投入实际使用后，无法完全满足用户需求。第二，规则库有待完善虽然本系统着重于植物间关系网络的揭示和记忆web平台的展示，但对于今后知识库的集成与管理，规则库是必不可少的一部分。因此完善知识管理系统的数据分析和推理功能，提高本体的自动化构建水平，以保证知识管理系统内容的全面性和准确性，提高建库效率。第三，平台功能有待完善由于经验不足，时间有限，本系统运用PHP语言进行开发，主要完成了关键词搜索模块；植物展示模块的设计，因此仍然有很多不足之处，需要完善其他的辅助性功能模块，从而更好地为用户提供科学、合理、丰富的绿色植物科普展示平台。（二）展望1、开发基于ipad展示的平台随时随地、灵活使用是手机相较于电脑最为显著的特点，小巧的外形满足用户在碎片时间进行查看、分享的需求。但不可否认的是，浓缩的体积也是限制信息展示效果的一大弊端，由于手机屏幕尺寸和分辨率的牵制，复杂的图片信息不能得到充分展示。而同为移动设备的iPad应运而生，它将体积控制在电脑与手机之间以结合二者优点，使人们手拿传统印刷书籍的感觉得到保留，向用户提供更为休闲舒适的阅读体验，同时大幅提高稳定性。基于iPad屏幕宽大的特点，通过其获得的图片与信息的单篇信息量也较大，展示效果也相对较好，从而带给刺激用户感官带来全新体验。2、结合虚拟成像技术，打造全新用户体验虚拟成像技术主要指的是全息投影技术，可以理解为逆向展现全息摄影技术。[30]该技术的惊艳之处在于能够将以往的平面动画转化为三维图形展现出来，以此带给观众触手可及的感官体验。虚拟成像技术简单来说就是在灯光的转换和特定环境的配合下，利用光学仪器将影像溶于现实场景，营造出图像的立体感和真实感，从而让体验者从各个角度都能看到高度立体、真实的影像。该技术的一大优势是无需借助3D眼睛就能体验立体视觉；具有强烈代入感。传统科普的局限可以通过借助视频展示、音频讲解、虚拟成像技术、人机交互等功能进行突破，最终向公众展现逼真的场景，让人们走进曾经距离遥远的科普世界，将绿色、环保的生态理念充分展示、传递给体验者，为科普形式和产品注入丰富内涵、多彩趣味，极大程度提高观众的沉浸感。致谢参考文献[1]吴采红, 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目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
一、研究背景 2
二、 研究目的 3
三、 相关概念及理论综述 3
（一）植物知识库相关研究 3
（二）My SQL 4
（三）PHP 4
（四）HTML5 5
四、系统需求分析 6
五、系统设计 6
（一）系统设计原则 6
（二）植物主题词表的构建 7
（三）系统框架设计 9
（四）系统平台搭建 10
六、系统的实现与测试 10
（一）数据库建立 10
（二）平台实现 11
（三）不同终端适应性调整 12
七、总结与展望 12
（一）总结 12
（二）展望 12
致谢 13
参考文献 14
目录
表格 1 主题词表构建要素 7
表格 2 植物属性表 10
表格 3 植物关系表 10
目录
图 1 主题词存储表（部分） 8
图 2 首页界面 11
图 3 结果返回界面 12
绿色植物科普平台的知识库构建
引言
目录
目录
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