探秘智能農植園

包士娟 江蘇省江陰市要塞實驗小學

●教學內容

本課是小學信息技術六年級的內容，主要分為兩個部分：一是對智能農植園系統的了解，重點是對信息采集系統和控制設備系統的介紹。這兩個系統既相互獨立又具有一定的邏輯關系，對生長環境各類數據和植物生長狀況等信息數據的采集是基礎，而通過控制設備的操控和智能化管理是核心。因此，可依托學校勞動教育實踐基地，帶領學生參觀，使其對智能農植園有感官認識；也可通過感知教育基地群平臺，將不同區域的微型智能農植園互聯互通，使探究活動和異地合作變為現實。二是在對智能感知設備了解的基礎上，學以致用，小組合作設計智能農植園，畫出設計圖，分享設計想法，后續并完善實施方案。

●學情分析

學習對象是小學六年級的學生，學生對基礎種植、傳感設備有一定了解，但對智能農植園系統架構認識不足。此外，他們對植物生長的影響因素有籠統認識，但對植物生長的精準管理缺少經驗。

●設計理念

1.融合人工智能與勞動教育，提升核心素養

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中的人工智能和跨學科項目涉及物聯網技術，《義務教育勞動課程標準（2022年版）》中的生產勞動任務群中包含現代農業相關主題的學習，這兩者都同時指向了學生關鍵能力——問題解決能力的培養。通過勞動中的問題解決過程，使學生理解人工智能。

2.建構學習共同體，形成教育合力

以“智能農植園”為載體，學校充分挖掘校內數字種植園的特色資源，并引進校外專業種植基地以及物聯網科技公司作為技術顧問，多方合力，形成跨地區跨專業的教師指導團隊，為學習活動提供幫助。

3.倡導多種實踐方式，強調知行合一

強調學生直接體驗和親身參與，注重動手實踐、手腦并用，知行合一、學創融通，本課的學習方式有查閱網絡信息、實踐操作APP、繪制智能農植園設計圖。倡導“做中學”“學中做”，激發學生參與勞動的主動性、積極性和創造性，注重引導學生通過設計、制作、探究等方式獲得豐富的體驗。

●設計思路（如圖1）

圖1

●教學目標

信息意識：結合植物生長因素，聚焦核心問題“怎樣實現植物生長的精準監測”？通過自學、討論、圖示解讀等形式認識智能農植園，為解決問題做鋪墊，提高對信息的敏感度和對價值的判斷力。

數字化學習與創新：借助網站瀏覽、體驗“感知生長”APP，了解自動灌溉、延時攝影、視頻監控等智能設備工作原理，發現控制設備的智能管理是關鍵之一。關注新概念的學習，能根據問題解決需要，探究實現方法，形成理解，并設計創意數字種植園。

信息社會責任：積極分享，對新技術有積極學習的態度、理性判斷和行動的能力。

●教學重難點

設計智能農植園方案并能評價其優點與不足。理解智能農植園的基本架構。

●教學準備

多媒體課件、感知生長APP、學習單等。

●教學過程

1.問題驅動，認識智能農植園

（1）提問：種過哪些植物？種得怎么樣？種植過程中你最關心什么？通過問題引發學生對生活的關注，了解學生在種植中遇到的問題（開花、結果、害蟲等）。

（2）提問：這些問題可以用什么科技手段來解決呢？師生交流什么是智能，揭示主題。

（3）觀看學校種植園視頻，思考：視頻中的種植園是如何實現智能的？數字種植園有哪些傳感器？作用是什么？

（4）小結：傳感器負責農植園里的信息采集，作用是感知信息。生長燈、排氣扇、自動噴淋稱為控制設備，負責根據感知到的信息做出響應，實現自動控制，具有智能化。

設計意圖：通過生長因素作用，轉向（傳統種植）存在的主要問題，使問題起到“橋梁”作用，為后續解決問題的技術路徑做鋪墊（感知技術和智能控制技術）。讓學生學會“提出問題”自始至終是教學的重中之重。教師通過確立“關鍵詞”的支架引導，給學生提供思考問題的“方向”，也降低提問的難度。

2.實踐體驗，感受智能農植園

教師通過真實問題情境“今天出門，學校農植園里的黃瓜忘記澆水”，引出智能種植的作用，并讓學生體驗。

任務一：手機APP體驗自動灌溉。

學生體驗、閱讀材料，回答問題：自動灌溉系統由哪些設備組成？是怎樣實現智能灌溉的？

科學視窗：智能灌溉工作原理。智能灌溉系統由傳感器、智能網關、后臺監控系統、無線電磁閥以及供水系統等組成。傳感器對土壤的溫濕度等進行監測并傳送到智能網關進入云中心。來自傳感器的信號通過云中心進入手機終端，手機終端會對其進行處理并轉換。當監測到的濕度小于設定數值時，無線電磁閥開啟，噴頭以不同角度旋轉噴水。同理，當監測到的濕度達到設定值時，手機終端會控制無線電磁閥關閉，灌溉結束。（資料來源：百度文庫）

任務二：瀏覽數據，體驗植物生長燈的秘密。

打開網絡云平臺(http://ostdyun.com/info.html?sid=61)，學生瀏覽網站，探秘智能農植園。

思考問題：通過數據可以發現月報表中哪一天光照最強？當光照不足時，植物生長燈如何補光？

任務三：觀看視頻，了解延時攝影的原理。

我們不可能24小時在植物身邊進行觀察，延時攝影能很好地解決這個問題。閱讀材料，結合荷蘭豆生長視頻，想一想：延時攝影的原理是什么？

小結：通過瀏覽云平臺，我們知道了生長燈、自動噴淋等控制設備是根據這些數據進行科學分析，對植物生長進行智能化管理。信息采集系統是基礎（板書），而控制設備是核心。

3.設計體驗，繪制智能農植園

動手實踐：做智能種植園設計師。

任務要求：第一關信息搜集。請同學根據研究內容，瀏覽學案，掌握種植相關技巧，時間3分鐘。第二關方案制訂。3人為一組，借助學案（如圖2）對智能化農植園進行設計，并輕聲、有序討論，活動時間10分鐘。

圖2

設計意圖：通過學習路徑的回顧，再次喚醒或已沉淀的知識點（學習明線），同時協作建立知識體系結構網絡。更為重要的是，需要揭示課堂容易忽視的學習路徑、遇到的困難和解決之道（學習暗線），引發學生反思，促進學生學習能力的有效提升。

4.點評反饋，評價智能方案

（1）方案展示：推選小組代表交流、評價方案。

（2）評價要點：運用了哪些物聯網設備？負責信息采集的有哪些？負責控制的有哪些？設計的創新點是什么？

5.總結全課，暢享智能農植園

（1）教師完善板書，引導學生整體認識智能農植園的架構。

（2）展望未來農業，激發學生的探索欲望。讓科技助力農業，讓智能改變生活。

蒼山點題

義務教育階段的信息科技課程，無疑開辟了信息課程的新天地，其內容與教法都完全與以往的技術學習、知識學習不一樣。在教材還沒有出現的情況下，老師們的學習、研究出現了相當大的空檔現象。為此，我們征集部分已經在先期探索的案例供大家探討。需要注意的是，我們要辯證地觀察和再造式研討，因為這并不完全代表新課程未來的課堂常態，僅是給出更多思路開拓我們的視野。

第一篇文章，從真實性學習活動出發，讓學生通過親身參與和體驗，使用不同的技能和多種學科的知識、不同的觀點和視角以及不同的工作方式和思維習慣來解決現實世界中的復雜問題。全文探討了基于真實學習的“CDIE”項目化教學模式，為學生搭建適合真實性學習的場域，讓學生在自我實現、自我完善、自我超越的過程中提高分析、探究、解決和創新的能力。這在項目學習的改造、提升方面具有較好的借鑒價值，并且對學習內容超越簡單的知識羅列有很好的啟發。

第二篇文章，以《探秘智能農植園》為課題，結合勞動教育、跨學學習活動，對人工智能進行了“身體歷行”的體驗式學習，表現出很強的創新特點：一方面，從生活中發現智能的價值，體現技術源于生活服務于生活，通過在生活中發現問題，發現智能種植的便捷，從而為后續理解智能農植園的建構奠定基礎，為設計智能農植園提供了學習的支架。另一方面，運用智能模型設計體驗活動，根據智能農植園“體驗之旅”，建立“問題—數據（信息）—設備”之間的對應關系，共同完成農植園設施設備的梳理，綜合感知生長相關資源和功能等，設計符合智能農植園標準的種植方案，學以致用，協作建構智能農植園感知生長模型。

義教新課程的路還很長，讓我們多以公益之心分享個性化創新，用更多一線的力量共建課程美好的未來！