Scratch+智慧農業課程的開發與實施

胡寧琳 張龍

Scratch的教學現已開展得如火如荼，但它一直都局限于虛擬的編程平臺中，缺乏實踐。本文以遠程土壤關照監控及自動澆灌補光系統的設計為例，將“智慧農業”融入Scratch課程，讓理論知識和實踐應用相結合。

智慧農業與Scratch的結合

我們將智慧農業與Scratch相結合，就是將虛擬編程和實踐操作相結合，深化Scratch課程。這樣更能提升學生的思維能力和實踐能力（如圖1）。

1. ?智慧農業

智慧農業就是將物聯網技術運用到傳統農業中去，運用傳感器和軟件通過移動平臺或者電腦平臺對農業生產進行控制，使傳統農業更具有“智慧”。智慧農業是農業發展的高級階段，即集成應用傳感和測量技術、計算機網絡和通信技術、智能技術及自動控制技術等，依托部署在農業現場的各種傳感器節點和通信網絡，實現農業生產的田間智慧種植“可視化管理”并能實現智能預警及智能化決策等。

2. ?Scratch編程軟件

Scratch課程生動、易操作，現已在各中小學開展得如火如荼。但目前中小學開展的Scratch課程更多偏向于軟件的學習和基本操作的教學，并沒有完全啟發學生的創意和加強學生的實踐能力。所以深化Scratch課程，將虛擬Scratch和實踐操作相結合，是一個值得思考的問題。

3. ?傳感器的結合應用

目前，在智慧農業中的大多數環境參數，如溫室內土壤溫度、光照度、營養元素等均通過物理傳感器實時采集。所以在設計Scratch課程時，我們以傳感器為結合點，將智慧農業和Scratch編程相結合。目前，既能應用在智慧農業，又可以讓學生進行Scratch編程的傳感器有以下幾類（如圖2）。

“智慧農業”在Scratch實踐探究課程中的實施

將“智慧農業”與Scratch實踐探究課程相結合，屬于深度融合的課程，需要學生在此之前已經熟練掌握Scratch編程技術，并已有小組合作意識和探究能力。探究性教學模式是指，學生在教師的指導下，以 “自主、探究、合作”為特征的學習方式對當前教學內容中的主要知識點進行自主學習、深入探究，并開展小組合作交流來實現教學目標。這里，以自主探究課程《遠程土壤關照監控及自動澆灌補光系統設計》來向大家介紹它是如何具體實施的。本次活動設計的目標是引導學生明確一份完整系統要素的設計，并在此基礎上設計出完善的“智慧農業”系統。

1. ?情境引入的設定

探究性課程強調學生利用研究方法解決問題，于是我們設計了一個問題讓各小組討論：“我們通常會遇到這樣的情況：外出游玩時無法照顧家里的植物，怎么辦？”

學生在面對實際問題的時候，教師也需要提示一些可行的解決辦法，做一些引導，避免學生茫然無措或者想得太發散。比如教師啟發學生：這個時候，我們可以使用傳感器和Scratch編程軟件來解決這個問題。

2. ?問題探究

在考慮解決方案的時候，需要明確待解決的問題。在這里，以光照和濕度為例來做說明（如圖3）。

以上過程都是自動化實現的，但我們沒有辦法觀察到植物的實際情況，所以需要問題升級引導：到底什么時候需要開關各種設備？

加入網絡模塊，通過yeeink接入在線物聯網云，通過家里的路由器，將每個傳感器的值直接發送到yeelink上，待它處理后通過微博、微信、電子郵件等即時通訊軟件自動發送通知。這個時候，就能通過手機隨時知道家里植物的情況。如果還想擴展更多，可以通過加入溫度傳感器、PM2.5傳感器等各種傳感器來實現24小時全天候家庭環境監控。

3. ?操作實施

在問題探究階段之后，教師要指導學生進行軟件編程。通過Scratch軟件對光敏傳感器和土壤濕度傳感器進行編程設計，如圖4所示，設置參考數值，然后實際搭建遠程土壤關照監控及自動澆灌補光系統。

在實際搭建中，我們可以設計一個灌溉花草的自動監控系統。總共分為三個部分，分別為底座設計、灌溉設計和照明設計（如圖5）。

綜合起來，可得到如圖6所示的整體設計圖。

反思和思考

對教師而言，基于智慧農業的Scratch課程使得探究型課程更加開放，讓課程實施方式也有了更多的選擇;對學生而言，他們在學習過程中可以更加個性化地學習。與此同時，虛擬加現實的學習探究本身也讓學生更加主動地從設計的情境中發現問題、討論問題、提出解決方案、進行實踐檢驗，最后得出結論，讓他們的創新與實踐能力得到大大提升。

參考文獻

李世榮，陳永智，廖惜春.智慧農業無線傳感器網絡系統設計[J].五邑大學學報（自然科學版），2012（11）.

（作者單位：上海師范大學教育技術系）