探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教育中的運(yùn)用

王朝勇

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things，簡(jiǎn)稱IOT）是指通過(guò)各種信息傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過(guò)各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過(guò)程的智能化感知、識(shí)別和管理。把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于小學(xué)科學(xué)教育中，可以提高教育效果，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教育方式，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)有重要的意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);科學(xué)教育;運(yùn)用

我校地處著名的風(fēng)景名勝區(qū)棲霞山北麓，長(zhǎng)江南岸，歷年來(lái)十分重視科學(xué)環(huán)保的綠色科學(xué)教育。為了提升科學(xué)教育的科技含量和學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的科學(xué)探究的實(shí)踐能力，學(xué)校成立了少年綠色科學(xué)院，并且依托少科院實(shí)踐基地開(kāi)展了一系列的科學(xué)種植的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)和科學(xué)教育。在“科學(xué)種植”特色科技創(chuàng)新項(xiàng)目上取得了突出成績(jī)，上級(jí)教育主管部門(mén)也加大了對(duì)我?？茖W(xué)教育的投入。目前我校已建立了面積約為400m2的智能生態(tài)陽(yáng)光房，而在陽(yáng)光房中我們運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓我們的科學(xué)種植科研實(shí)驗(yàn)如虎添翼，大大提高了我們科學(xué)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(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程觀察系統(tǒng)。智能監(jiān)測(cè)可以自動(dòng)對(duì)陽(yáng)光房?jī)?nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，我們的遠(yuǎn)程智能檢測(cè)與控制系統(tǒng)是基于校園局域網(wǎng)下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制信息的傳輸和控制。學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)觀察植物生長(zhǎng)情況，記錄生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)探究實(shí)驗(yàn)建立最佳生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)。該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代控制理論對(duì)陽(yáng)光房?jī)?nèi)的各種環(huán)境因子，包括溫度、光照、濕度、二氧化碳和營(yíng)養(yǎng)液等進(jìn)行自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)。該控制系統(tǒng)只需要輸入溫室作物生長(zhǎng)所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測(cè)量值與事先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定陽(yáng)光房?jī)?nèi)環(huán)境因子的控制過(guò)程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱、降溫、通風(fēng)、澆灌、噴淋、補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液等動(dòng)作。這套物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和系統(tǒng)尤其對(duì)我們進(jìn)行無(wú)土栽培是非常實(shí)用的，大大提高了無(wú)土栽培作物的成活率。我們無(wú)土栽培研究的主要是進(jìn)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(jī)基質(zhì)里育好苗之后再移植到水培和氣霧培的裝置上，移植時(shí)的幼苗十分柔弱，對(duì)于溫度、濕度、光照要求非常嚴(yán)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(xué)種植小組非常難以解決的問(wèn)題。因?yàn)槲覀兎N植小組的學(xué)生還有課業(yè)學(xué)習(xí)，是不可能每時(shí)每刻都留在陽(yáng)光房?jī)?nèi)進(jìn)行觀察管理的，而且雙休日學(xué)生來(lái)校觀察管理也是比較困難的。而采用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和裝置之后，這項(xiàng)移植的難題就很輕松地解決了。只要我們?cè)O(shè)置好溫度、濕度和光照的參數(shù)之后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)在控制，再也不需要我們經(jīng)常去測(cè)量溫度、濕度和光照了。

其次，我們的智能陽(yáng)光房的遠(yuǎn)程觀察系統(tǒng)，也讓學(xué)生大開(kāi)眼界。我們利用遠(yuǎn)程觀察系統(tǒng)進(jìn)行了植物生長(zhǎng)的過(guò)程的拍攝。我們?cè)陉?yáng)光房的各個(gè)區(qū)域都配置了高清帶云臺(tái)的變焦鏡頭的低照度攝像機(jī)，學(xué)生可以遠(yuǎn)程遙控操作控制，并具有定時(shí)抓拍和錄像的功能。學(xué)生運(yùn)用延時(shí)攝影技術(shù)拍攝了許多蔬菜作物的生長(zhǎng)過(guò)程。比如幾秒鐘就發(fā)芽的油麥菜、幾秒鐘就開(kāi)花的圣女果等，不僅讓學(xué)生在短短的時(shí)間內(nèi)就觀察到了植物的發(fā)芽、開(kāi)花的過(guò)程，而且把這些視頻運(yùn)用到科學(xué)學(xué)科的植物教學(xué)中，效果非常好，讓學(xué)生有了身臨其境的感覺(jué)。遠(yuǎn)程觀察系統(tǒng)還便于學(xué)生在節(jié)假日對(duì)陽(yáng)光房?jī)?nèi)植物生長(zhǎng)狀況的掌控，大大減少了學(xué)生后期的養(yǎng)護(hù)難度。

最后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我們陽(yáng)光房?jī)?nèi)的使用大大降低了學(xué)生管理的難度和強(qiáng)度，原先時(shí)時(shí)要觀察和關(guān)注的勞作都變成了自動(dòng)化的控制。我們的陽(yáng)光房物聯(lián)網(wǎng)主要有8大系統(tǒng)控制模塊，每個(gè)系統(tǒng)模塊都相應(yīng)解決了我們科學(xué)種植實(shí)驗(yàn)中遇到的難題。①通風(fēng)系統(tǒng)、水幕降溫系統(tǒng)、陽(yáng)光模擬裝置、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)。這8套系統(tǒng)大大減輕了學(xué)生種植管理的難度和強(qiáng)度，學(xué)生不需要時(shí)刻關(guān)注陽(yáng)光房?jī)?nèi)的溫度、濕度、光照、施肥和澆灌等情況。同時(shí)也大大提高了我們科學(xué)種植研究實(shí)驗(yàn)的成功率。以往科學(xué)種植小組的學(xué)生進(jìn)行陽(yáng)光房蔬菜作物的管理，都必須要親自進(jìn)入陽(yáng)光房?jī)?nèi)進(jìn)行。冬天太陽(yáng)漸漸落山，溫度下降快，因?yàn)闆](méi)能及時(shí)降下保溫簾，而凍死作物;夏天，陽(yáng)光房?jī)?nèi)升溫太快，又由于沒(méi)能及時(shí)通風(fēng)、噴淋降溫，造成溫度過(guò)高烘死作物;沒(méi)能及時(shí)給作物澆水、施肥造成作物生長(zhǎng)不良。這一切都是我們科學(xué)種植小組成員最頭疼的難題。如今我們的學(xué)生坐在家里通過(guò)電腦就能隨時(shí)了解陽(yáng)光房里的蔬菜作物的長(zhǎng)勢(shì)，拿起手機(jī)就可以遠(yuǎn)程控制通風(fēng)、照明、水肥滴灌設(shè)備，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，這正是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變了我們種植的方式，同時(shí)也推動(dòng)了我們的科學(xué)教育。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在陽(yáng)光房?jī)?nèi)的應(yīng)用，使我們的種植走上了科學(xué)精細(xì)化、智能化、自動(dòng)化發(fā)展的軌道，為學(xué)生裝上了“千里眼”“順風(fēng)耳”，使學(xué)生了解了科技農(nóng)業(yè)的發(fā)展，使我們的學(xué)生更加愛(ài)上了科學(xué)技術(shù)，他們的探究能力和科學(xué)素養(yǎng)都得到了極大的提高，這無(wú)疑是最直觀、深入的科學(xué)教育。

參考文獻(xiàn)：

[1]景海陽(yáng).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與《科學(xué)》課程整合研究[D].河南大學(xué)，2012.

[2]石磊.物聯(lián)網(wǎng)在創(chuàng)新教育中的應(yīng)用研究[D].曲阜師范大學(xué)，2012.