玻璃溫室 營(yíng)造小小“生物圈”
——做學(xué)生能自主管理的實(shí)踐活動(dòng)基地

文 李 穎

玻璃溫室 營(yíng)造小小“生物圈”
——做學(xué)生能自主管理的實(shí)踐活動(dòng)基地

文 李 穎

有一句話給筆者留下深刻印象：“打開窗，你就會(huì)看到一幅名叫大自然的畫?！弊匀唤绲钠婷?，無(wú)論是對(duì)于孩子還是大人來(lái)說(shuō)都有著無(wú)窮的吸引力。林林總總的植物和動(dòng)物，構(gòu)成了一幅生機(jī)盎然的畫卷。其中花草樹木的世界，是孩子們所向往的。他們具有強(qiáng)烈的好奇心，他們總是愿意自己進(jìn)行實(shí)踐探索，完善對(duì)這個(gè)世界的認(rèn)識(shí)，而周圍的植物和動(dòng)物則會(huì)吸引他們更多的關(guān)注。因?yàn)檫@些對(duì)于孩子們來(lái)說(shuō)不僅僅是知識(shí)，也許還會(huì)成為他們終身的愛好和學(xué)習(xí)的方向，或是將來(lái)生活有趣的點(diǎn)綴。

而我校教育理念是認(rèn)為教育不僅僅是現(xiàn)階段的教育，而是基于人一生的教育，希望通過(guò)我們的努力，讓學(xué)生體會(huì)到現(xiàn)在以及未來(lái)生活的美好與快樂，擁有陽(yáng)光燦爛的心態(tài)，樂觀向上的人生態(tài)度，為他們的一生及終身幸福奠基。

感受到學(xué)生對(duì)待這些生命的熱情，以及現(xiàn)實(shí)中由于受到時(shí)間及空間局限的無(wú)奈時(shí)，我們希望給學(xué)生搭建更適合的活動(dòng)空間及更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)。

因此，我校在劃撥室外種植區(qū)域的同時(shí)，也建立空中玻璃溫室，為學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)，提供不一樣的環(huán)境及最新的技術(shù)支持。

一、溫室建設(shè)概況

1.特色種植智能生產(chǎn)科研溫室設(shè)計(jì)方案

(1)溫室設(shè)計(jì)原則

①堅(jiān)持科學(xué)性、超前性與實(shí)用性相結(jié)合的原則，全面考慮到溫室的使用功能，合理選擇配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)良好的價(jià)格性能比。

②堅(jiān)持從實(shí)際出發(fā)，合理確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生產(chǎn)工藝，主要設(shè)備和主體工程做到先進(jìn)、適用、可靠。

③堅(jiān)持節(jié)能高效、因地制宜的原則，設(shè)計(jì)側(cè)重于溫室結(jié)構(gòu)的合理性，灌溉技術(shù)的先進(jìn)性，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(2)溫室設(shè)計(jì)思路

主要用于高檔蔬菜、花卉、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施種植，要求冬季室內(nèi)溫度不低于18℃。根據(jù)該地區(qū)光照強(qiáng)、風(fēng)力大、雨量少的氣候特點(diǎn)和種植作物的生長(zhǎng)特性，采用三屋脊連棟溫室。溫室內(nèi)配有內(nèi)外遮陽(yáng)系統(tǒng)、頂部開窗系統(tǒng)、強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)、配電控制系統(tǒng)、環(huán)境智能控制系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)能很好地調(diào)節(jié)溫室內(nèi)部的氣候環(huán)境，使之滿足各種植物的科研與開發(fā)，均達(dá)到周年種植要求。

2.溫室工程概況

(1)概況

建溫室面積：面積252 m2(9 m×28 m)。

(2)溫室的基本配置

頂部采用鋼化浮法玻璃做覆蓋；四周圍護(hù)采用中空玻璃覆蓋，該溫室主體骨架采用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雙面熱鍍鋅輕鋼加工而成；溫室配備有內(nèi)遮陰系統(tǒng)、外遮陽(yáng)系統(tǒng)、頂開窗系統(tǒng)、水簾—風(fēng)機(jī)強(qiáng)制降溫系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、環(huán)境智能環(huán)境控制系統(tǒng)。

3.溫室主體概況

(1)溫室主體結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)形式：溫室采用一跨三屋脊文洛式結(jié)構(gòu)。

(2)性能指標(biāo)

風(fēng)載：0.5 KN/m2

雪載：0.3 KN/m2

植物吊載：15 kg/m2

最大排雨量：140 mm/h

(3)排列方式

溫室東西排跨、南北開間

(4)溫室結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)：溫室建于校東樓樓頂部，內(nèi)部為獨(dú)立點(diǎn)式基礎(chǔ)。溫室主骨架部分: 采用國(guó)產(chǎn)熱鍍鋅鋼管及鋼板,骨架為輕鋼結(jié)構(gòu)。

4.內(nèi)遮陰保溫系統(tǒng)

(1)設(shè)計(jì)原理

夏季，利用保溫遮陰幕遮擋陽(yáng)光，阻止多余的太陽(yáng)輻射能進(jìn)入溫室，既保證作物能夠正常生長(zhǎng)，又降低室內(nèi)能量聚集，從而降低溫室內(nèi)溫度，保護(hù)作物免受強(qiáng)光灼傷，并使室內(nèi)溫度下降3-5℃；冬季，保溫遮陰幕有反射室內(nèi)紅外線外逸的作用，減少熱量散失，從而提高室內(nèi)溫度，降低能耗，降低冬季運(yùn)行成本。

(2)技術(shù)參數(shù)

行程：3.7 m

運(yùn)行速度：0.4 m/min

運(yùn)行時(shí)間：9 min

電源： 380 V，50 Hz

電機(jī)功率： 0.55 kW

5.頂開窗系統(tǒng)

溫室配有齒輪齒條式電動(dòng)開窗通風(fēng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)頂部的開啟，開窗為單側(cè)1路開窗，加強(qiáng)溫室內(nèi)外空氣形成對(duì)流，達(dá)到除濕降溫的效果。

(1)工作原理

傳動(dòng)機(jī)械：齒輪齒條傳動(dòng)。

(2)系統(tǒng)基本組成

本系統(tǒng)包括控制箱及電機(jī)、傳動(dòng)部分、行程限位開關(guān)等組件。

6.外遮陽(yáng)系統(tǒng)

(1)設(shè)計(jì)原理

夏季，利用遮陽(yáng)網(wǎng)遮擋陽(yáng)光，阻止多余的太陽(yáng)輻射能進(jìn)入溫室，降低室內(nèi)能量聚集，保護(hù)作物免受強(qiáng)光灼傷，有效降低溫室內(nèi)部溫度，降低能耗，降低夏季運(yùn)行成本。

(2)工作原理

傳動(dòng)機(jī)械：齒輪齒條傳動(dòng)

(3)技術(shù)性能

行程：3.7 m

運(yùn)行速度：0.42 m/min

運(yùn)行時(shí)間：8.8 min

電源：380 V，三相，50 Hz

功率：0.75 kW；

7.水簾—風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)

(1)原理

濕簾/風(fēng)扇降溫系統(tǒng)利用水的蒸發(fā)降溫原理實(shí)現(xiàn)降溫目的。系統(tǒng)選用濕簾、水泵系統(tǒng)以及國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大風(fēng)量風(fēng)機(jī)。降溫系統(tǒng)的核心是能確保水均勻地淋濕整個(gè)濕簾墻，空氣穿過(guò)濕簾介質(zhì)時(shí)，與濕簾介質(zhì)表面進(jìn)行的水氣交換將空氣的溫度降低。

(2)系統(tǒng)組成

①基本配置：濕簾高

②冬季外部采用電動(dòng)外翻窗密封

③水泵

④風(fēng)扇

8.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)概述

系統(tǒng)采用分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用數(shù)字和模擬量傳感器，對(duì)溫室內(nèi)、外環(huán)境相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，利用I2C總線技術(shù)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)傳感器與數(shù)據(jù)采集控制器之間，以及數(shù)據(jù)采集控制器與PC主機(jī)之間的通訊。數(shù)據(jù)采集控制器作為從機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的本地顯示、記錄、存儲(chǔ)和本地設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示。

計(jì)算機(jī)主機(jī)監(jiān)控軟件完成對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的調(diào)用、記錄、分析、制表、存儲(chǔ)、打印等，并通過(guò)與用戶自設(shè)控制條件對(duì)比，將結(jié)果輸出返回?cái)?shù)據(jù)采集控制器系統(tǒng)，通過(guò)電控柜，控制溫室內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到按用戶要求控制溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)變化，使溫室內(nèi)氣候環(huán)境更適合用戶生產(chǎn)需要的目的。方便地實(shí)現(xiàn)了“分散采集控制、集中操作管理”和無(wú)人值守，可以大幅度提高溫室管理水平，降低管理成本，提高生產(chǎn)效率。

整個(gè)系統(tǒng)搭建在通用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，即所有的數(shù)據(jù)和信息均可通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸。不管是在單位內(nèi)的局域網(wǎng)或者是在Internet上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，在任意一臺(tái)連接到Internet的計(jì)算機(jī)上，都可以依據(jù)授權(quán)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控，并隨時(shí)完成對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行分析和評(píng)估。輸入該系統(tǒng)IP地址，即可查看當(dāng)前記錄數(shù)據(jù)。

(2)系統(tǒng)特點(diǎn)

分布式設(shè)計(jì)，集中操作；

響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；

測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好；

IP地址訪問(wèn)，數(shù)據(jù)查詢方便；

配置靈活，可擴(kuò)展性好；

數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大（可外部調(diào)用其他數(shù)據(jù)處理軟件）；

操作簡(jiǎn)易，人機(jī)界面友好，軟件系統(tǒng)可開發(fā)性強(qiáng)；

系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)易，性價(jià)比高。

二、溫室管理及使用

1.使用情況

溫室作為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐基地，全天候運(yùn)行，學(xué)生每天實(shí)踐活動(dòng)均在1小時(shí)以上，也會(huì)根據(jù)特殊時(shí)段（如播種、移栽、觀察實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐活動(dòng)）延時(shí)。

2.管理狀況

以梯隊(duì)式管理為主，形成教師指導(dǎo)，學(xué)生實(shí)踐操作管理為主的模式。學(xué)生熟悉設(shè)備使用及設(shè)置調(diào)節(jié)程序后，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕芾碚摺?/p>

其次，自主管理是學(xué)生的試煉地。

學(xué)生在社團(tuán)中不僅僅是個(gè)學(xué)習(xí)者，也是一個(gè)管理者，作為社團(tuán)的一份子，他們參與每項(xiàng)制度和工作的制定，主要有以下幾個(gè)方面：

(1)在每學(xué)期初，討論并確定學(xué)期計(jì)劃、需要購(gòu)買材料的清單等。

(2)由學(xué)生管理社團(tuán)資金及賬目，教師監(jiān)管。

(3)科學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)基金的使用，也需由教師與學(xué)生組成的評(píng)審委員會(huì)，進(jìn)行項(xiàng)目審核方可進(jìn)行。

這個(gè)平臺(tái)給學(xué)生提供了學(xué)以致用的實(shí)踐機(jī)會(huì)，創(chuàng)辦自己的企業(yè)使學(xué)生的研究成果（培育的新品、創(chuàng)意園林設(shè)計(jì)、奇妙的搭配等），不僅僅只限于展現(xiàn)在教師和個(gè)別家長(zhǎng)同學(xué)面前，也不僅僅是參加科技比賽，他將面對(duì)更大的舞臺(tái)，通過(guò)策劃面對(duì)全校學(xué)生、教師和家長(zhǎng)的宣傳、銷售及賦予重托的研發(fā)，將使學(xué)生在活動(dòng)中有特別的使命感，他們所展現(xiàn)的能量及創(chuàng)意將讓我們意想不到。在這個(gè)過(guò)程中，合作、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、與人交流等能力，面對(duì)挫折和成功，建立友誼等方面，相信他們將會(huì)有自己的體驗(yàn)與成長(zhǎng)。

三、溫室使用效果

1.溫室運(yùn)行效果

設(shè)備運(yùn)行良好，溫室營(yíng)造出適合多種植物生長(zhǎng)的環(huán)境，更吸引一些小的昆蟲及其他生物進(jìn)入，形成小的生物群落。

2.溫室基地實(shí)踐活動(dòng)效果

我校以溫室為主要實(shí)踐活動(dòng)基地的涉及多學(xué)科整合的特色課程《碰碰植物》已設(shè)計(jì)完成，并以此為指導(dǎo)，把科學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)、美術(shù)、攝影等學(xué)科有趣地融合在一起，展開學(xué)生能自主管理與經(jīng)營(yíng)的社團(tuán)活動(dòng)。

社團(tuán)具有與眾不同的運(yùn)作模式——即學(xué)生的自主管理與經(jīng)營(yíng)。

首先，自主經(jīng)營(yíng)是社團(tuán)獨(dú)具魅力的地方。

社團(tuán)在每學(xué)期都會(huì)有銷售活動(dòng)，銷售范圍面對(duì)全體師生和家長(zhǎng)。由社團(tuán)學(xué)生自己設(shè)計(jì)繪制宣傳海報(bào)，制定銷售計(jì)劃及實(shí)施方案。而由此所獲得的款項(xiàng)，則分為兩部分使用：其一，用于購(gòu)買相關(guān)損耗品。其二則是創(chuàng)建我們自己的科學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)基金，這項(xiàng)基金旨在支持和科學(xué)有關(guān)的普及活動(dòng)及校級(jí)優(yōu)秀項(xiàng)目的研究。

四、溫室的未來(lái)

溫室作為實(shí)踐活動(dòng)設(shè)施具有與眾不同的魅力，未來(lái)計(jì)劃根據(jù)我校實(shí)際情況，在實(shí)踐中調(diào)整內(nèi)部設(shè)施結(jié)構(gòu)，重新進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃，以發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)，給學(xué)生提供更好的平臺(tái)和技術(shù)支持。

[1] 智能育苗和觀光溫室項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)[EB/OL]. http://wenku.baidu.com/view/8669c86daf1ffc4ffe47ac5d.html.

[2] 嚴(yán)海,VENLO型溫室建模與智能控制研究[D].杭州:浙江工業(yè)大學(xué),2009.

作者信息

李穎，本科，小學(xué)高級(jí)。北京大學(xué)附屬小學(xué)，100080