“草莓的無土栽培”實驗教學改革模式的探索

［摘 要］ 智慧園藝是近年來興起的一種新型園藝植物生產模式，主要是利用現代科技手段模擬自然環境，提供植物生長所需的適宜的光照、溫度、濕度等條件，實現園藝植物的生長和發育。提出“草莓的無土栽培”實踐課程改革新模式，將數字化、智慧化園藝與傳統實踐教學進行深度融合，提出構建智能溫室形成數字化的信息管理平臺的方案。通過草莓無土栽培勞動教育和實踐，讓學生“線上+線下”觀察草莓育苗生長發育過程，掌握草莓無土栽培、管理和環境美化技能，引導學生崇尚勞動、熱愛勞動，培養學生在勞動中發現問題、思考問題、解決問題的能力。“草莓的無土栽培”實踐課程改革新模式提升了課堂教學質量，為適應市場需求、改善現代化農業發展提供了借鑒。

［關鍵詞］ 智慧園藝；無土栽培；教學改革

［基金項目］ 2024年度西南大學教改項目“大思政背景下勞動教育通識課程‘城市園藝’的改革與創新”（2024JY107）

［作者簡介］ 王艷花（1988—），女，山西太原人，博士，加拿大薩斯喀徹溫大學博士后，西南大學園藝園林學院實驗師，主要從事蔬菜栽培、食用菌的發育調控與分子育種研究；劉海利（1978—），男（滿族），河北遵化人，博士，西南大學園藝園林學院高級實驗師（通信作者），主要從事蔬菜種質資源研究、資源豐產理論與技術研究。

隨著人工智能技術的不斷發展以及在農業領域應用，我國傳統園藝向著智能化、高效化和便利化的方向發展，園藝植物生產效率得到提高，資源利用得到優化配置且農業生產環境得到改善。智慧園藝是一種將現代科技與農業相結合的新型農業發展趨勢，可以促進農業的高效、節能和可持續發展［1］。為順應智慧園藝的發展趨勢，培養適應現代農業發展新需求的實踐型人才，本研究基于“草莓的無土栽培”實驗課程提出教學改革方案，將智慧園藝融入傳統實驗教學中。

一、“草莓的無土栽培”實驗教學概述

草莓為薔薇科草莓屬的多年生草本植物，是一種紅色的花果，又名鳳梨草莓、紅莓、洋莓、地莓等，外觀呈心形，鮮美紅嫩，果肉多汁，含有特殊的濃郁水果芳香。草莓的原產地是南美洲，后傳到英國、荷蘭、丹麥等國，被廣泛種植和食用，目前草莓的種植遍布世界各國。草莓酸甜適口，營養豐富，果實中含有糖、酸性物質、蛋白質、維生素和磷、鐵等礦質元素。此外，具有較高的藥用和醫療價值。草莓果實中的草莓胺可以預防白血病及再生障礙性貧血病。草莓中的超氧化物歧化酶能清除人體內的過氧化物，有抗衰老和提高免疫力的功效。草莓的生長周期短，對土壤要求不嚴格，果實成熟早，適應性強。在山地、林地、丘陵、平原均可生長。草莓的無土栽培始于20世紀60年代歐洲開展的水培法栽培草莓實驗，后有意大利采用立體空氣水培法栽培草莓。20世紀80年代，荷蘭和比利時開始用泥炭栽培草莓［2］。草莓的無土栽培根據其基質材料的不同可分為水培、霧培和基質培。

“草莓的無土栽培”課程主要從草莓的種類和品種、生物學特性、草莓的栽培季節、無土栽培技術及生產上易出現的問題等方面開展教學。本課程分為理論課時和實驗課時，在培養學生的實驗操作技能的同時，貫穿理論知識講授，加強學生對知識的理解和掌握，達到學以致用的效果。在實驗課教學中，將學生分成小組進行實驗（5～6人一組，共5組），以增強學生的合作意識與團隊精神。

二、智慧園藝

（一）智慧園藝的概念

智慧園藝（smart horticulture）是利用先進的科技手段和新興的信息技術，結合植物生長的規律和人工智能算法，實現對園藝植物生產的智能化管理。智慧園藝的關鍵技術包括傳感器技術、物聯網技術、大數據分析、人工智能算法和自動化控制等［3］。通過在植物生長環境中布置傳感器，實時監測和采集土壤濕度、溫度、光照強度、二氧化碳濃度等關鍵參數數據，并通過物聯網技術將數據傳輸到云平臺進行存儲和分析。利用大數據分析和人工智能算法，從海量的數據中提取有價值的信息，對園藝生產進行精細化管理和優化決策。同時，通過自動化控制技術，實現對植物生長環境的精確調控，例如自動灌溉、光照調節和溫度控制等，以提高園藝生產的效率和質量，減少資源浪費和環境污染。智慧園藝的應用范圍廣泛，可以應用于蔬菜、水果、花卉和草坪等不同類型的園藝生產。同時，智慧園藝可以應用于城市農業和垂直農場等新興的農業形態中。

（二）智慧園藝的發展趨勢

智慧園藝的發展將推動園藝產業的升級和轉型，提高農業的科技含量和競爭力，有助于解決園藝生產中的難題，例如土壤質量不佳、病蟲害防治困難和氣候變化對園藝生產的影響等［4］。同時，智慧園藝有助于推動農業的可持續發展，減少使用化肥和農藥量，降低能源消耗和溫室氣體排放。此外，智慧園藝將推動傳統園藝向自動化、智能化的方向發展，通過傳感器、監測系統和自動化設備等技術，可實現農作物的自動化種植、灌溉、施肥和病蟲害監測等，提高生產效率和品質穩定性。通過數據采集和分析，將環境因素、植物生長狀況和農業管理等數據轉化為決策依據，可實現精準農業管理，提高農作物產量和質量。

隨著城市化進程加快和耕地資源的限制，水域和城市農業成為農業發展的新方向。智慧園藝可以在水域和城市中利用垂直種植、智能溫室和水培技術等，實現高效農業生產［4］。此外，智慧園藝可以通過互聯網和物聯網技術，實現農業信息的共享和農產品的線上銷售，促進農業產業鏈的協同發展和農民收入的增加［5］。同時，智慧園藝可以實現精準施肥、病蟲害監測和生態環境保護等功能，推動農業向綠色和有機農業轉型，提高農產品的安全性和市場競爭力，還可以利用基因編輯和植物生物技術等創新技術，培育適應性強、產量高和品質優良的新農種，推動農業產業升級和科技創新。總之，智慧園藝作為農業發展的新趨勢，可以提高農業生產效率、保護環境和改善農民生活質量，對我國農業的可持續發展具有重要意義。

三、智慧園藝融入實驗教學

（一）智能溫室的設計

智能溫室是一種利用先進的技術和傳感器來監測和控制溫室環境的系統。筆者基于已有的本科教學常規溫室——10號玻璃溫室提出智能溫室的設計方案（見圖1）。一是溫室的結構應充分考慮溫室內的光照、通風和溫度控制。常見的溫室結構包括玻璃溫室、塑料大棚等。本課程所用的10號玻璃溫室，能夠提供草莓生長所需基本的地理環境。二是智能溫室應配備適當的燈光系統，以確保溫室內草莓所需的光照條件。燈光系統可以根據草莓的生長需求進行定時控制，確保在不同生長階段都能得到適當的光照。三是智能溫室應具備溫度和濕度的自動控制系統。傳感器可以監測溫室內的溫度和濕度，并根據設定的目標值自動調節風機、加熱器或噴霧器等設備實現對溫度和濕度的控制。四是水分控制智能溫室應具備自動灌溉系統，確保植物在合適的時間得到適量的水分供應。傳感器可以監測土壤的濕度，并自動觸發噴灌或滴灌系統來進行灌溉。五是智能溫室應配備二氧化碳濃度監測與控制系統。通過控制二氧化碳的注入量，可以提高溫室內的二氧化碳濃度，促進植物的光合作用和生長。六是智能溫室應配備數據采集與分析系統，可以實時監測并記錄溫室內的環境數據，如溫度、濕度、光照等。通過數據分析，可以幫助溫室管理人員了解溫室環境的變化，并做出相應的調整和決策。七是遠程監控與控制，智能溫室可以連接到互聯網，實現遠程監控和控制。學生可以通過手機或電腦遠程監測溫室的環境狀況，并進行相應的控制和調整。八是基于收集的數據和分析結果，智能溫室可以自動調整燈光、溫度、濕度等參數，優化草莓的生長環境，提高產量和質量。

總的來說，智能溫室的設計要素包括溫室結構、光照系統、溫度和濕度控制、水分控制、二氧化碳控制、數據采集與分析、遠程監控與控制以及生長環境優化等［4］。這些設計要素可以提高溫室生產的效率和質量，同時減少人工干預的需求。

（二）“線上+線下”掌握草莓無土栽培技術

草莓無土栽培從種子萌發到形成幼苗過程中受到氣溫、光照、土壤條件以及品種等因素的影響。從基質裝配到播種，以及幼苗定植、緩苗及開花結果，整個生長周期較長，但“草莓的無土栽培”課程只有3個學時，要求學生在較短的時間內，掌握草莓無土栽培技術的理論基礎和實踐技能（見表1），確實是一項挑戰。因此，將智慧園藝融入實驗教學，引導學生通過線上的方式掌握草莓無土栽培技術中基質選擇、種子處理、移栽、煉苗、疏花留果等環節，結合線下實操基質裝填、播種育苗環節，使學生在有限的學時內，既可以了解學習草莓無土栽培技術，又可以實驗操作草莓無土栽培的主要環節，達到事半功倍的效果。

結語

隨著我國傳統園藝不斷向智能化、高效化的方向發展，智慧園藝推動園藝產業的升級和轉型，對人才培養提出了新的要求，須要人才具備信息處理、問題解決、團隊協作、專業知識儲備等綜合能力。“草莓的無土栽培”課程探索了實驗課程改革新模式，提出了智能溫室設計方案，將數字化、智慧化園藝與傳統實踐教學進行深度融合，通過草莓生產勞動教育和實踐，引導學生“線上+線下”觀察草莓生長發育過程，全面了解草莓的生長需求和無土栽培技術。筆者提出的智能溫室使用方案，有助于提高“草莓無土栽培”實驗教學的效果和趣味性，使學生更好地理解草莓無土栽培的原理和實踐操作。同時，學生可以通過觀察和記錄溫室內的環境參數變化，進行數據分析和對比，進一步提高其分析能力和科學思維能力。

參考文獻

［1］孫忠富，杜克明，鄭飛翔，等.區塊鏈助力智慧園藝發展的初步探討［J］.蔬菜，2020（6）：2-9.

［2］路河.棚室草莓高效栽培［M］.北京：機械工業出版社，2018：1-3.

［3］陳國戶，郝福玲，孫俊，等.新農科背景下園藝植物育種學智慧教學模式探索與實踐［J］.現代園藝，2023，46（11）：200-202.

［4］鄧璐娟，馮巧玲，李淑君，等.智能溫室環境控制的研究現狀與發展方向［J］.鄭州輕工業學院學報：自然科學版，2003，18（4）：20-23.

［5］劉君玲.基于物聯網的現代農業智慧園管理系統的設計分析：以龍眼果園智慧園建設為例［J］.東南園藝，2021，9（3）：24-28.

Exploration of the Teaching Reform in the Soilless Cultivation of Strawberries： A New Mode of Integrating Smart Horticulture into Experimental Teaching

WANG Yan-hua， LIU Hai-li

（College of Horticulture and Landscape Architecture， Southwest University， Chongqing 400715， China）

Abstract： Smart horticulture is a new plant production model that has emerged in recent years. It utilizes modern technology to simulate the natural environment and provide suitable conditions such as light， temperature， and humidity for plant growth. This study aims to reform the practical course of “Soilless cultivation of Strawberries” by integrating digitalized and smart horticulture with traditional practical teaching， and to create a digital information management platform in intelligent greenhouses. Through the labor education and practice of soilless cultivation of strawberries， students will observe the growth and development process of strawberries both online and offline， acquire skills in cultivating， managing， and beautifying strawberries， and cultivate a love for and dedication to labor. This approach aims to enhance the students’ ability to identify， think about， and solve problems through labor. By improving the quality of classroom teaching， this study provides reference for adapting to market demand and improving the development of modern agriculture.

Key words： smart horticulture; soilless cultivation; teaching reform