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智慧农业在中学生物教学中的可行性研究

2021-11-04  |  点击:  |  栏目:论文中心

本文作者:刘思思 范丽仙 王重力 韩宁 发表期数:现代职业教育 2021年36期 本文字数:2530

  [摘           要]  对如何在中学建设“智慧农业”大棚的费用进行了预算和可行性研究,结合植物生长需要,在中学生物实践教学中充分利用这套设备,进一步加强农业现代化知识的教育并促进学生对绿色植物的学习,引导学生将实际生活知识与科技创新相联系,并利用跨学科的知识解决实际问题,在潜移默化中培养学生的合作探究能力和动手实践能力。
  [关    键   词]  智慧农业;中学生物教学;跨学科
  [中图分类号]  G633.91                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603(2021)36-0186-02
   跨学科教育在解决复杂问题以及全球性问题上有着不可替代的优势[1],中学生对如何利用新科技改变生活有强烈的好奇心,乐于探究与实践。在实际观察与操作过程中,学生以生物知识为出发点,与科技、数学、物理等知识建立联系,通过大数据平台采集数据,监测pH值、温度、湿度、病虫害数量、光照等数据并制成曲线图,与预设环境形成对比,,根据生物学知识分析曲线图做出解决方案,在终端系统基础上实现大棚种植的智能灌溉、智能施肥、病虫害智能监测与防治,为植物生长营造最佳环境。
   一、智慧农业
   智慧农业(Intelligent Agriculture)是指利用大数据云平台、物联网传感器、移动物联网数据传输技术等先进技术构建一个智能型、经济型育苗大棚,从而实现农业的智能化生产与管理。即利用手机端以及数据平台对温室棚内参数进行精准监测,实时获取大棚中气候、微量元素含量、病虫害、土壤墒情等信息,从而预测作物长势,指导灌溉和施肥,预估产量,以确保农作物的全过程在监控中实现高效生产。在农业生产养殖方面,根据数据监测进行定量施肥,可有效改善土壤板结,且经处理排放的畜禽粪便不会造成水和大气污染[2],反而能提供肥力等。综上,智慧农业在种植、畜牧、水产养殖等方面均有广泛的应用。
   二、智慧农业在教学中的意义
   实施智慧农业的跨学科活动可以解决基础教育的内容延续性和现代实用技术的快速普及的矛盾,用现代农业技术统领学生学习基础知识,提高学生的学习兴趣,使学生主动参与其中,将抽象知识具体化,解决动手与动脑的矛盾,用跨學科知识解决复杂问题,同时也便于云上监督课程实施的要求。此外,还能满足劳动者对基本技能的学习,用科技改变生活,做到省钱、省时、省力。
   三、设备与组件
   温室大棚种植在农业生产中占有重要地位,管理者通过“智慧大棚”具备的多种设备(如图1)远程监控农作物生长状况并获得详尽而准确的信息,实时掌握植株生育进程和生长动态。管理者通过无线传输网络接收终端系统对数据的收集与处理。同时,用户也可以利用电脑端或者手机端的环境控制基本软件通过无线网络做出输出处理,自动联动棚内基础硬件设备的开启和关闭,为室内植物提供最佳的生长环境。
   建构主义者认为应当建立“有关认知与学习的情境”,使之“提供有意义学习并促进知识向真实生活情境转化”[3]。按照50亩地28万进行缩减,可在中学建立一个总预算为19万,面积为200 m2的温室大棚,开展绿色植物的培养,实现全天候不间断自动化管理(数据来源于精简通讯公司提供的智慧农业解决方案)。
   四、学生的体验式学习与实际操作
   智慧大棚种植植物需用跨学科知识解决复杂问题。植物的生长规律和影响因素涉及生物学知识,营养诊断以及营养液的配制涉及化学知识,实现大规模的灌溉与施肥涉及工程学知识,培育期间的监测和管理涉及传感器等技术手段的运用和对数据的分析处理能力。
   (一)自动控制植物生长环境
   根据不同植物的不同生长特性,查阅资料找出适宜该植物种子萌发的条件,通过中央控制器和远程调控系统及时调节室内光照强度、温度等环境因子,为种子萌发提供适宜的温度、一定的水分和充足的空气。
   (二)观测植株生长过程中的生理变化
   观测种子从萌发到发育成完整植株的全过程,并记录各阶段生长发育和生理性状的变化,有利于学生更好地体会生命的意义。
   在植物从幼苗发育成植株的过程中,可在大棚内探究光照强度、温度、二氧化碳浓度等环境因子对植物光合作用、呼吸作用和蒸腾作用的影响;同时也可探究不同植物光合速率的差异。通过系统监测室内CO2、O2含量以及室内温度和湿度等数据,从而探究植物从种子萌发到生长发育以及繁殖过程中光合作用、呼吸作用和蒸腾作用的变化。
   (三)调控营养物质促进植株的生长
   精准施肥:植物的生长需从外界获取营养物质,在每个生长阶段,植物所需的营养元素不同。传统农业是根据以往经验对地块的土壤灌溉和施肥,而通过智慧大棚可以实时监测植物中无机物(氮、磷、钾等元素)的含量精准施肥。实验课中可以设置梯度浓度探究营养元素含量对植物生长状况的影响,通过生物搅拌器按比例搅拌并调好pH值和EC值,通过管道控制流速,对每个区域的植物进行灌溉施肥,从而达到变量施肥的效果。小组间对比结果找出最适宜植物生长的营养元素含量,从而将植物所需营养元素准确注入植物根部(施肥的同时会释放温室气体,空气湿度长期过低,叶片会因气压差出现边缘或叶尖坏死,故实验过程中要注意控温和保湿)。
   营养诊断:对于生长不佳的植物,可利用传感器监测植株营养元素的含量及其比值,精确用量做到精准施肥,从而改善植株长势,提高肥力利用率的同时减少环境污染。

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