讓學生走進課程基地進行“研究”

錢留華

(江蘇省泰興中學 225400)

孫慶興*

(江蘇省興化中學 225700)

江蘇省泰興中學的“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。其中物聯網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校，在學生學習完人教版教材必修1的“細胞呼吸和光合作用”一節后就安排學生的實習活動，收到較好的效果。

1 了解溫室的結構，為研究打下基礎

1.1 物聯網支持的育種溫室結構 課程基地建設的物聯網支持下的育種溫室分為玻璃溫室、栽培設施(無土栽培架、立體栽培架和樹式栽培架等)和智能控制系統等部分組成。智能控制系統通過傳感器進行環境感知，物聯網數據平臺服務軟件進行分析，根據預先設定的閾值通過對空調機、循環風機、補光燈、遮陽設施、濕簾和滴灌系統等終端設備進行控制，從而實現物件到物件、人到物件和人到人之間的互聯。

1.2 討論物與物之間的協作 向學生介紹了設施設備以后，讓學生進行討論：影響植物光合作用的條件有哪些？本溫室是如何實現的？學生通過討論得出了以下結論：①植物的光合作用需要適宜的光照條件。當光照不足時，可以啟動補光燈進行補光；當光照太強時可啟動內外遮陽設施來調節光照強度。②光合作用需要適宜的溫度。當溫度過低時，由空調機制熱提高；當溫度過高時，除空調機制冷外，還可通過濕簾噴水降溫，風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根據土壤的濕度適時進行滴灌。④無機鹽可根據植物的生長情況配制不同的培養液，隨滴灌一起進行。⑤CO2濃度低時可通過風機的內吹，空調機的通風實現，CO2濃度高時可通過風機的外吹降低等。

2 小組分工與合作，探究數據的設定

物聯網支持下的育種溫室(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境參數的閾值設置來實現自動控制的，這些閾值的設置可以通過手機、電腦和iPad等終端進行設置。實習時，預先將設定的數值全部清空，交給學生去分組討論與合作進行重新設置，以植物的生長情況確定設置的合理性。由于條件的設置，短時間看不出效果，學生查找了大量資料，有的組還設計了對照實驗。當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，通過學生的“研究”與對數據的不斷修正，事后證明，學生的閾值設置要比一開始的預設合理得多。另外，學生還根據服務器中記錄的數據和生成的曲線，分析1 d中氣體的變化，討論光合作用與細胞呼吸的關系。

3 觀察植物的生長，進行針對性研究

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

3.1 閾值的設置要分時段 溫室中的各項數據的控制，主要是根據預先設定的閾值范圍進行調節的。例如，溫度閾值范圍設定為20℃～30℃，低于20℃時，空調機開機進行升溫；高于30℃時，空調機開機同時啟動濕簾、風機等進行降溫。但不能根據時段設定幾個溫度閾值范圍。如果將溫度能夠分白天和黑夜設置。那么，白天可以設定較高的溫度閾值，提高光合作用強度；晚上適當降低溫度，降低細胞呼吸強度，提高栽培作物的產量。在光照方面，目前的設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。如果分時段設置，就能解決這一問題。

3.2 補光燈要能調節光照強度和顏色 溫室中補光燈只能控制開和關，不能調節光照強度和顏色，建議能根據當時光照的情況，調節光照強度。對光合作用最有效的光是紅光和藍紫光，溫室中只有白光，可增加紅光和藍紫光的裝置以及程序中的相應選項。

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液中增加O2濃度傳感器。這樣，就能根據培養液中的O2濃度調節培養液的循環次數。當培養液中O2濃度低時會影響根細胞的呼吸，從而影響根對礦質元素的吸收，則可通過自動開啟培養液的循環來增加溶氧量。

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

4 認真總結和反思，升華研究的成果

實習結束后，學生進行總結和反思。大家都認為，這樣的實習不僅鞏固了書本知識，而且能學到許多課堂上學不到的知識，且終生難忘。