探索物聯網技術在小學科學教育中的運用

王朝勇

摘 要：物聯網（The Internet of Things，簡稱IOT）是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器等裝置與技術，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網絡接入，實現物與物、物與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識別和管理。把物聯網技術用于小學科學教育中，可以提高教育效果，豐富實踐教學內容，創新教育方式，對培養學生科學素養有重要的意義。

關鍵詞：物聯網;科學教育;運用

我校地處著名的風景名勝區棲霞山北麓，長江南岸，歷年來十分重視科學環保的綠色科學教育。為了提升科學教育的科技含量和學生動手動腦的科學探究的實踐能力，學校成立了少年綠色科學院，并且依托少科院實踐基地開展了一系列的科學種植的科學研究實驗和科學教育。在“科學種植”特色科技創新項目上取得了突出成績，上級教育主管部門也加大了對我校科學教育的投入。目前我校已建立了面積約為400m2的智能生態陽光房，而在陽光房中我們運用物聯網技術，讓我們的科學種植科研實驗如虎添翼，大大提高了我們科學研究的效率。

首先，讓我們感受到最為高效和便捷的就是智能監測和遠程觀察系統。智能監測可以自動對陽光房內的數據進行采集，我們的遠程智能檢測與控制系統是基于校園局域網下實現遠程控制信息的傳輸和控制。學生可以通過網絡隨時觀察植物生長情況，記錄生長數據，并根據探究實驗建立最佳生長環境參數。該系統利用計算機技術及現代控制理論對陽光房內的各種環境因子，包括溫度、光照、濕度、二氧化碳和營養液等進行自動控制和調節。該控制系統只需要輸入溫室作物生長所需環境的目標參數，計算機根據傳感器的實際測量值與事先設定的目標值進行比較，以決定陽光房內環境因子的控制過程，控制相應機構進行加熱、降溫、通風、澆灌、噴淋、補充營養液等動作。這套物聯網技術和系統尤其對我們進行無土栽培是非常實用的，大大提高了無土栽培作物的成活率。我們無土栽培研究的主要是進行蔬菜作物的水培和氣霧栽培，而水培和氣霧培的幼苗是先要在有機基質里育好苗之后再移植到水培和氣霧培的裝置上，移植時的幼苗十分柔弱，對于溫度、濕度、光照要求非常嚴格，稍不注意幼苗就可能死亡，成活率比較低，這也一直是我們科學種植小組非常難以解決的問題。因為我們種植小組的學生還有課業學習，是不可能每時每刻都留在陽光房內進行觀察管理的，而且雙休日學生來校觀察管理也是比較困難的。而采用了物聯網技術和裝置之后，這項移植的難題就很輕松地解決了。只要我們設置好溫度、濕度和光照的參數之后，計算機自動在控制，再也不需要我們經常去測量溫度、濕度和光照了。

其次，我們的智能陽光房的遠程觀察系統，也讓學生大開眼界。我們利用遠程觀察系統進行了植物生長的過程的拍攝。我們在陽光房的各個區域都配置了高清帶云臺的變焦鏡頭的低照度攝像機，學生可以遠程遙控操作控制，并具有定時抓拍和錄像的功能。學生運用延時攝影技術拍攝了許多蔬菜作物的生長過程。比如幾秒鐘就發芽的油麥菜、幾秒鐘就開花的圣女果等，不僅讓學生在短短的時間內就觀察到了植物的發芽、開花的過程，而且把這些視頻運用到科學學科的植物教學中，效果非常好，讓學生有了身臨其境的感覺。遠程觀察系統還便于學生在節假日對陽光房內植物生長狀況的掌控，大大減少了學生后期的養護難度。

最后，物聯網技術在我們陽光房內的使用大大降低了學生管理的難度和強度，原先時時要觀察和關注的勞作都變成了自動化的控制。我們的陽光房物聯網主要有8大系統控制模塊，每個系統模塊都相應解決了我們科學種植實驗中遇到的難題。①通風系統、水幕降溫系統、陽光模擬裝置、溫度調節系統、采暖系統、濕度控制系統、灌溉系統、施肥系統。這8套系統大大減輕了學生種植管理的難度和強度，學生不需要時刻關注陽光房內的溫度、濕度、光照、施肥和澆灌等情況。同時也大大提高了我們科學種植研究實驗的成功率。以往科學種植小組的學生進行陽光房蔬菜作物的管理，都必須要親自進入陽光房內進行。冬天太陽漸漸落山，溫度下降快，因為沒能及時降下保溫簾，而凍死作物;夏天，陽光房內升溫太快，又由于沒能及時通風、噴淋降溫，造成溫度過高烘死作物;沒能及時給作物澆水、施肥造成作物生長不良。這一切都是我們科學種植小組成員最頭疼的難題。如今我們的學生坐在家里通過電腦就能隨時了解陽光房里的蔬菜作物的長勢，拿起手機就可以遠程控制通風、照明、水肥滴灌設備，實現精細化管理，這正是物聯網技術改變了我們種植的方式，同時也推動了我們的科學教育。

物聯網技術在陽光房內的應用，使我們的種植走上了科學精細化、智能化、自動化發展的軌道，為學生裝上了“千里眼”“順風耳”，使學生了解了科技農業的發展，使我們的學生更加愛上了科學技術，他們的探究能力和科學素養都得到了極大的提高，這無疑是最直觀、深入的科學教育。

參考文獻：

[1]景海陽.物聯網技術與《科學》課程整合研究[D].河南大學，2012.

[2]石磊.物聯網在創新教育中的應用研究[D].曲阜師范大學，2012.