讓學(xué)生走進(jìn)課程基地進(jìn)行“研究”

錢(qián)留華

(江蘇省泰興中學(xué) 225400)

孫慶興*

(江蘇省興化中學(xué) 225700)

江蘇省泰興中學(xué)的“植物育種科技與實(shí)踐”省級(jí)課程基地，由主基地和輔基地兩大部分組成。其中物聯(lián)網(wǎng)支持的育種溫室就是其中的輔基地之一。從2015年起，泰州市名師工作室部分成員教師的學(xué)校，在學(xué)生學(xué)習(xí)完人教版教材必修1的“細(xì)胞呼吸和光合作用”一節(jié)后就安排學(xué)生的實(shí)習(xí)活動(dòng)，收到較好的效果。

1 了解溫室的結(jié)構(gòu)，為研究打下基礎(chǔ)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)支持的育種溫室結(jié)構(gòu) 課程基地建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)支持下的育種溫室分為玻璃溫室、栽培設(shè)施(無(wú)土栽培架、立體栽培架和樹(shù)式栽培架等)和智能控制系統(tǒng)等部分組成。智能控制系統(tǒng)通過(guò)傳感器進(jìn)行環(huán)境感知，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)軟件進(jìn)行分析，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值通過(guò)對(duì)空調(diào)機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、補(bǔ)光燈、遮陽(yáng)設(shè)施、濕簾和滴灌系統(tǒng)等終端設(shè)備進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)物件到物件、人到物件和人到人之間的互聯(lián)。

1.2 討論物與物之間的協(xié)作 向?qū)W生介紹了設(shè)施設(shè)備以后，讓學(xué)生進(jìn)行討論：影響植物光合作用的條件有哪些？本溫室是如何實(shí)現(xiàn)的？學(xué)生通過(guò)討論得出了以下結(jié)論：①植物的光合作用需要適宜的光照條件。當(dāng)光照不足時(shí)，可以啟動(dòng)補(bǔ)光燈進(jìn)行補(bǔ)光；當(dāng)光照太強(qiáng)時(shí)可啟動(dòng)內(nèi)外遮陽(yáng)設(shè)施來(lái)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度。②光合作用需要適宜的溫度。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，由空調(diào)機(jī)制熱提高；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，除空調(diào)機(jī)制冷外，還可通過(guò)濕簾噴水降溫，風(fēng)機(jī)開(kāi)啟也起到一定的作用。③光合作用需要的水可由滴灌系統(tǒng)根據(jù)土壤的濕度適時(shí)進(jìn)行滴灌。④無(wú)機(jī)鹽可根據(jù)植物的生長(zhǎng)情況配制不同的培養(yǎng)液，隨滴灌一起進(jìn)行。⑤CO2濃度低時(shí)可通過(guò)風(fēng)機(jī)的內(nèi)吹，空調(diào)機(jī)的通風(fēng)實(shí)現(xiàn)，CO2濃度高時(shí)可通過(guò)風(fēng)機(jī)的外吹降低等。

2 小組分工與合作，探究數(shù)據(jù)的設(shè)定

物聯(lián)網(wǎng)支持下的育種溫室(簡(jiǎn)稱(chēng)溫室)是通過(guò)光照強(qiáng)度、CO2濃度、空氣和土壤的溫度與濕度等環(huán)境參數(shù)的閾值設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的，這些閾值的設(shè)置可以通過(guò)手機(jī)、電腦和iPad等終端進(jìn)行設(shè)置。實(shí)習(xí)時(shí)，預(yù)先將設(shè)定的數(shù)值全部清空，交給學(xué)生去分組討論與合作進(jìn)行重新設(shè)置，以植物的生長(zhǎng)情況確定設(shè)置的合理性。由于條件的設(shè)置，短時(shí)間看不出效果，學(xué)生查找了大量資料，有的組還設(shè)計(jì)了對(duì)照實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)溫室中種植的是從泰州市旱地作物研究所移栽的航天辣椒、茄子等幾個(gè)品種，通過(guò)學(xué)生的“研究”與對(duì)數(shù)據(jù)的不斷修正，事后證明，學(xué)生的閾值設(shè)置要比一開(kāi)始的預(yù)設(shè)合理得多。另外，學(xué)生還根據(jù)服務(wù)器中記錄的數(shù)據(jù)和生成的曲線，分析1 d中氣體的變化，討論光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系。

3 觀察植物的生長(zhǎng)，進(jìn)行針對(duì)性研究

學(xué)生一有時(shí)間就會(huì)到溫室中去觀察植物的生長(zhǎng)情況。由于物聯(lián)網(wǎng)支持下的育種溫室配有紅外智能網(wǎng)絡(luò)恒速球攝像機(jī)，即使放假學(xué)生也會(huì)通過(guò)手機(jī)或電腦來(lái)查看植物的生長(zhǎng)情況。由于物聯(lián)網(wǎng)還處于初級(jí)階段，技術(shù)不太成熟，但學(xué)生通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察，還找出了軟件設(shè)計(jì)上不合理的地方，通過(guò)研究和討論，他們向溫室設(shè)計(jì)人員和軟件開(kāi)發(fā)人員提出了如下建議：

3.1 閾值的設(shè)置要分時(shí)段 溫室中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的控制，主要是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)的。例如，溫度閾值范圍設(shè)定為20℃～30℃，低于20℃時(shí)，空調(diào)機(jī)開(kāi)機(jī)進(jìn)行升溫；高于30℃時(shí)，空調(diào)機(jī)開(kāi)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)濕簾、風(fēng)機(jī)等進(jìn)行降溫。但不能根據(jù)時(shí)段設(shè)定幾個(gè)溫度閾值范圍。如果將溫度能夠分白天和黑夜設(shè)置。那么，白天可以設(shè)定較高的溫度閾值，提高光合作用強(qiáng)度；晚上適當(dāng)降低溫度，降低細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，提高栽培作物的產(chǎn)量。在光照方面，目前的設(shè)置是低于這一光照強(qiáng)度，即開(kāi)啟補(bǔ)光燈；晚上補(bǔ)光燈是一直開(kāi)著的，這樣對(duì)植物也是有影響的。如會(huì)造成短日照植物不開(kāi)花；造成長(zhǎng)日照植物提前開(kāi)花等。如果分時(shí)段設(shè)置，就能解決這一問(wèn)題。

3.2 補(bǔ)光燈要能調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度和顏色 溫室中補(bǔ)光燈只能控制開(kāi)和關(guān)，不能調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度和顏色，建議能根據(jù)當(dāng)時(shí)光照的情況，調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度。對(duì)光合作用最有效的光是紅光和藍(lán)紫光，溫室中只有白光，可增加紅光和藍(lán)紫光的裝置以及程序中的相應(yīng)選項(xiàng)。

3.3 增加O2濃度傳感器 溫室中對(duì)氣體成分的測(cè)定只有CO2濃度傳感器，沒(méi)有O2濃度傳感器，建議在無(wú)土栽培培養(yǎng)液中增加O2濃度傳感器。這樣，就能根據(jù)培養(yǎng)液中的O2濃度調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的循環(huán)次數(shù)。當(dāng)培養(yǎng)液中O2濃度低時(shí)會(huì)影響根細(xì)胞的呼吸，從而影響根對(duì)礦質(zhì)元素的吸收，則可通過(guò)自動(dòng)開(kāi)啟培養(yǎng)液的循環(huán)來(lái)增加溶氧量。

3.4 增加CO2發(fā)生器的控制程序 當(dāng)溫室中CO2濃度低時(shí)，只能開(kāi)啟風(fēng)機(jī)內(nèi)吹來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充，不可能在空氣中CO2濃度的基礎(chǔ)上再增加CO2濃度。建議增加安裝CO2發(fā)生器，使植物進(jìn)行光合作用時(shí)，CO2濃度能略高于空氣中的濃度，保證光合作用的充分進(jìn)行，提高光合作用的產(chǎn)量。由于溫室建在食堂西邊，還可將食堂中燃燒產(chǎn)生的CO2通入溫室中，這樣既節(jié)約成本，又能使廢氣得到充分利用。

4 認(rèn)真總結(jié)和反思，升華研究的成果

實(shí)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和反思。大家都認(rèn)為，這樣的實(shí)習(xí)不僅鞏固了書(shū)本知識(shí)，而且能學(xué)到許多課堂上學(xué)不到的知識(shí)，且終生難忘。