讓學(xué)生走進(jìn)課程基地進(jìn)行“研究”

錢留華

(江蘇省泰興中學(xué) 225400)

孫慶興*

(江蘇省興化中學(xué) 225700)

江蘇省泰興中學(xué)的“植物育種科技與實踐”省級課程基地，由主基地和輔基地兩大部分組成。其中物聯(lián)網(wǎng)支持的育種溫室就是其中的輔基地之一。從2015年起，泰州市名師工作室部分成員教師的學(xué)校，在學(xué)生學(xué)習(xí)完人教版教材必修1的“細(xì)胞呼吸和光合作用”一節(jié)后就安排學(xué)生的實習(xí)活動，收到較好的效果。

1 了解溫室的結(jié)構(gòu)，為研究打下基礎(chǔ)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)支持的育種溫室結(jié)構(gòu) 課程基地建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)支持下的育種溫室分為玻璃溫室、栽培設(shè)施(無土栽培架、立體栽培架和樹式栽培架等)和智能控制系統(tǒng)等部分組成。智能控制系統(tǒng)通過傳感器進(jìn)行環(huán)境感知，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺服務(wù)軟件進(jìn)行分析，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值通過對空調(diào)機、循環(huán)風(fēng)機、補光燈、遮陽設(shè)施、濕簾和滴灌系統(tǒng)等終端設(shè)備進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)物件到物件、人到物件和人到人之間的互聯(lián)。

1.2 討論物與物之間的協(xié)作 向?qū)W生介紹了設(shè)施設(shè)備以后，讓學(xué)生進(jìn)行討論：影響植物光合作用的條件有哪些？本溫室是如何實現(xiàn)的？學(xué)生通過討論得出了以下結(jié)論：①植物的光合作用需要適宜的光照條件。當(dāng)光照不足時，可以啟動補光燈進(jìn)行補光；當(dāng)光照太強時可啟動內(nèi)外遮陽設(shè)施來調(diào)節(jié)光照強度。②光合作用需要適宜的溫度。當(dāng)溫度過低時，由空調(diào)機制熱提高；當(dāng)溫度過高時，除空調(diào)機制冷外，還可通過濕簾噴水降溫，風(fēng)機開啟也起到一定的作用。③光合作用需要的水可由滴灌系統(tǒng)根據(jù)土壤的濕度適時進(jìn)行滴灌。④無機鹽可根據(jù)植物的生長情況配制不同的培養(yǎng)液，隨滴灌一起進(jìn)行。⑤CO2濃度低時可通過風(fēng)機的內(nèi)吹，空調(diào)機的通風(fēng)實現(xiàn)，CO2濃度高時可通過風(fēng)機的外吹降低等。

2 小組分工與合作，探究數(shù)據(jù)的設(shè)定

物聯(lián)網(wǎng)支持下的育種溫室(簡稱溫室)是通過光照強度、CO2濃度、空氣和土壤的溫度與濕度等環(huán)境參數(shù)的閾值設(shè)置來實現(xiàn)自動控制的，這些閾值的設(shè)置可以通過手機、電腦和iPad等終端進(jìn)行設(shè)置。實習(xí)時，預(yù)先將設(shè)定的數(shù)值全部清空，交給學(xué)生去分組討論與合作進(jìn)行重新設(shè)置，以植物的生長情況確定設(shè)置的合理性。由于條件的設(shè)置，短時間看不出效果，學(xué)生查找了大量資料，有的組還設(shè)計了對照實驗。當(dāng)時溫室中種植的是從泰州市旱地作物研究所移栽的航天辣椒、茄子等幾個品種，通過學(xué)生的“研究”與對數(shù)據(jù)的不斷修正，事后證明，學(xué)生的閾值設(shè)置要比一開始的預(yù)設(shè)合理得多。另外，學(xué)生還根據(jù)服務(wù)器中記錄的數(shù)據(jù)和生成的曲線，分析1 d中氣體的變化，討論光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系。

3 觀察植物的生長，進(jìn)行針對性研究

學(xué)生一有時間就會到溫室中去觀察植物的生長情況。由于物聯(lián)網(wǎng)支持下的育種溫室配有紅外智能網(wǎng)絡(luò)恒速球攝像機，即使放假學(xué)生也會通過手機或電腦來查看植物的生長情況。由于物聯(lián)網(wǎng)還處于初級階段，技術(shù)不太成熟，但學(xué)生通過長時間的觀察，還找出了軟件設(shè)計上不合理的地方，通過研究和討論，他們向溫室設(shè)計人員和軟件開發(fā)人員提出了如下建議：

3.1 閾值的設(shè)置要分時段 溫室中的各項數(shù)據(jù)的控制，主要是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)的。例如，溫度閾值范圍設(shè)定為20℃～30℃，低于20℃時，空調(diào)機開機進(jìn)行升溫；高于30℃時，空調(diào)機開機同時啟動濕簾、風(fēng)機等進(jìn)行降溫。但不能根據(jù)時段設(shè)定幾個溫度閾值范圍。如果將溫度能夠分白天和黑夜設(shè)置。那么，白天可以設(shè)定較高的溫度閾值，提高光合作用強度；晚上適當(dāng)降低溫度，降低細(xì)胞呼吸強度，提高栽培作物的產(chǎn)量。在光照方面，目前的設(shè)置是低于這一光照強度，即開啟補光燈；晚上補光燈是一直開著的，這樣對植物也是有影響的。如會造成短日照植物不開花；造成長日照植物提前開花等。如果分時段設(shè)置，就能解決這一問題。

3.2 補光燈要能調(diào)節(jié)光照強度和顏色 溫室中補光燈只能控制開和關(guān)，不能調(diào)節(jié)光照強度和顏色，建議能根據(jù)當(dāng)時光照的情況，調(diào)節(jié)光照強度。對光合作用最有效的光是紅光和藍(lán)紫光，溫室中只有白光，可增加紅光和藍(lán)紫光的裝置以及程序中的相應(yīng)選項。

3.3 增加O2濃度傳感器 溫室中對氣體成分的測定只有CO2濃度傳感器，沒有O2濃度傳感器，建議在無土栽培培養(yǎng)液中增加O2濃度傳感器。這樣，就能根據(jù)培養(yǎng)液中的O2濃度調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的循環(huán)次數(shù)。當(dāng)培養(yǎng)液中O2濃度低時會影響根細(xì)胞的呼吸，從而影響根對礦質(zhì)元素的吸收，則可通過自動開啟培養(yǎng)液的循環(huán)來增加溶氧量。

3.4 增加CO2發(fā)生器的控制程序 當(dāng)溫室中CO2濃度低時，只能開啟風(fēng)機內(nèi)吹來進(jìn)行補充，不可能在空氣中CO2濃度的基礎(chǔ)上再增加CO2濃度。建議增加安裝CO2發(fā)生器，使植物進(jìn)行光合作用時，CO2濃度能略高于空氣中的濃度，保證光合作用的充分進(jìn)行，提高光合作用的產(chǎn)量。由于溫室建在食堂西邊，還可將食堂中燃燒產(chǎn)生的CO2通入溫室中，這樣既節(jié)約成本，又能使廢氣得到充分利用。

4 認(rèn)真總結(jié)和反思，升華研究的成果

實習(xí)結(jié)束后，學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和反思。大家都認(rèn)為，這樣的實習(xí)不僅鞏固了書本知識，而且能學(xué)到許多課堂上學(xué)不到的知識，且終生難忘。