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植物的一生:“物联网”智慧平台植物种植教学案例
发布者:金大鹏发布时间:2022-10-14 14:47:17阅读(209) 评论(0) 举报
植物的一生
——“物联网”智慧平台植物种植教学案例
浙江省杭州第六中学 夏克锋
[摘要]“植物的一生”是“物联网”智慧平台植物种植中的一个子项目,通过“提出问题—准备阶段—设计制作—展示评价—拓展提升”五步项目教学流程展开,使学生在项目实施过程中体验一系列农业活动,引导学生将所学的科学知识与技能运用于实际农业种植中,培养学生团队合作能力、动手实践能力、对知识的迁移应用能力、分析问题及解决问题的能力。
[关键词]项目教学 植物种植 农业活动
[案例背景]
随着城市化进程的推进,钢筋混凝土筑成的高楼丛林,大大压缩了孩子们的活动场地,使得孩子们接触大自然的机会越来越少,尤其对大自然中动植物生长历程的直观认知体验越来越弱。此外,考虑活动时间以及安全性问题,城市里的孩子更是难有机会走到田间体验大自然和农耕乐趣,导致书本上学习的科学知识很难和自然现象联系到一起。与此同时,教师也很难将自然界的植物生长、环境变化的动态过程搬进课堂,开展生动有趣的教学活动。
基于此,学校在国家“五育并举”理念的指导下,在校园中开辟出一块“智慧农场”作为学生农业活动的体验基地,同时引入STEMA项目教学形式,让学生在一系列的项目活动中将所学的科学知识与技能运用于实际农业种植中,以此引导学生德智体美劳全面发展的同时也为未来综合性人才的培养奠定基础。
[案例描述]
一、项目设计
(一)学习目标
1.科学(S)
(1)会用科学探究的方法进一步认识种子萌发的条件。
(2)了解植物的生长特性以及植物生长一般历程。
2.技术(T)
(1)学会使用常用的农作工具。
(2)学会使用CAD软件绘制二维平面图。
3.工程(E)
(1)通过对校园种植基地环境的调查和测量,能合理规划整体种植区域。
(2)能从工程学的角度设计搭建合适的植物观察箱和展示支架。
4.数学(M)
(1)学会运用数学原理对种植区域的面积进行计算,并用合适的比例尺绘制会面图。
(2)学会运用控制变量法对实验中的数据进行收集、分析,得出规律。
5.艺术(A)
(1)培养学生用绘制图表的方式进行科学记录观察。
(2)学会美化设计模型。
(二)项目流程
二、项目实施
(一)提出问题(10分钟)
1.导入:植物观察诉求
发布来自校长的任务书,激发学生的学习兴趣。
2.提出任务:设计并搭建种子观察装置
为了能够顺利完成任务,同学们需要积累足够的知识和技能,同时根据场地、环境等限制条件选择合适的材料,设计并搭建出“观察方便、大小适宜、能够承重、排水便利”的种子观察装置。
3.评价标准
(1)装置要求:观察方便、大小适宜、能够承重、排水便利。
(2)评价方式:师生评价、小组自评、小组互评、学生自评。
(二)准备阶段(150分钟)
1.技能准备
【活动1】规划种植园地
【提问1】学校的种植园地面积有多大?
【技能1】学生分小组合作,用卷尺测试园地大小,记录数据。
【提问2】如何绘制种植园地的平面图?
【技能2】学生依据所测数据,选择合适比例尺,绘制园地平面图。
2.知识准备
【提问1】种植园里可以种哪些植物?该如何规划?
【知识1】学生分小组上网查询有关《植物生长环境》的知识内容,并依据园地的基本情况规划种植的植物。
【提问2】如果从种子开始观察,那么对于种子而言,它所需的萌发条件是什么?
【活动2】探究种子萌发的外因。学生分小组运用控制变量法探究种子萌发的外因,完成相应实验报告单,并小组间进行分享交流。
探究种子萌发的外因 | |
提出问题 | |
进行假设 | |
设计实验 | |
记录实验数据 | |
实验结论 |
【提问3】如果种子萌发的外因均已满足,那种子是否就能萌发?
【知识2】组织学生思考,从种子的发芽阶段出发,知道种子开始萌发是从休眠期结束开始的,不同种子的休眠期不同,刺激种子休眠状态的手段也不同。
【提问4】那么该如何进行种子催芽呢?
【知识3】上网查询有关“种子催芽技术”的资料和视频,了解种子催芽的技术。
【活动3】对不同种子进行催芽
(1)催芽的种子:花生、玉米、水稻、黄豆、橡树、莲藕。
(2)根据种子的特征,对种子进行催芽处理。
(3)观察种子的发芽状态,记录时间和发芽率。
图1 各种种子的催芽过程
3.技能准备
【提问1】种子发芽后,该如何种到土壤中?
【技能1】组织学生观看种植视频,学习种植过程。
【提问2】如何正确使用农具?
【技能2】介绍锄头、铲子、耙子、洒水壶等农具及其作用,学习使用技巧和注意事项。
【活动4】播种种子
(1)了解种子的播种方法,注意播种的株距、行距、覆土、洒水以及后期的照管事宜。
(2)尝试利用农具播种催芽的种子。
(3)全班轮流照管种子,记录种子的生长状态。
【提问3】如果要设计一个可以观察种子生长的装置,该如何设计?
【技能3】组织学生观看“种子生长延时拍摄”视频,同时让学生从功能、外形等几方面对种子观察装置(种植观察装置一般分为观察箱和展示架)的设计进行讨论。组织学生学习利用CAD绘制二维平面图,以简单的盒子为例,绘制能够表达出盒子特征的平面图。(此环节一方面为后期的制作标准的观察装置设计图做准备;另一方面建立学生的产品意识,在标准的产品中,都是要出具标准设计图纸才能进行加工生产的。)
(三)设计制作(120分钟)
任务一:设计并搭建观察箱
1.提出观察箱设计方案
为了观察到植物在土壤下的生长情况,需要搭建一个可视化的观察箱,这个观察箱能模拟植物在自然状态下的生长环境,并能让观察者观察、记录植物的生长过程。
【提问1】观察箱中的种子要如何分布?观察箱的长、宽、高、厚等尺寸如何设置更合理?选用什么材料来制作既能方便观察又能承受土壤和水的重量?
【意图1】学生小组合作,根据要求提出多种方案。对其中不确定的地方,可查阅资料或请教老师协助解决。
【提问2】根据各个成员的设计方案,你认为哪一种观察箱的设计方案最合理?
【意图2】小组内组长主持方案评选,从观察箱的整体构造、观察方式、制作难度等几方面进行讨论,选出最佳方案。确定方案后,小组利用CAD软件绘制出观察箱的标准平面设计图。(注意:完成图纸后一定要检查图纸的各个明细,是否满足工艺要求。)
(1)标准的图纸能保证作品的美观度和质感,增加技术性。
(2)最后图纸上交给老师,老师负责将学生的观察箱图纸制作成相应部件。
2.制作观察箱模型
小组合作,将观察箱的部件按照设计图组装成观察箱成品,在此过程中,学生需要注意组装的顺序,观察最后成型的作品是否能符合设计意图。
【活动】组织学生展示组装好的观察箱成品,讨论观察箱内的种植方式。
【意图】在观察箱正式种植测试前,学生先对完成的观察箱成品进行讲解,阐述外观、结构、大小以及种植设想。
3.测试观察箱模型
组织学生按照方案设计,在观察箱中填充土壤,看观察箱是否能看清内部、是否能承重、是否顺利排水。然后将催芽的种子播种到土壤中,并在种子生长期间定期照管。拍摄记录每天的生长状态(如生长长度、叶数量、根须数量等),并编写生长日记。
另外,也可以对不同的种子实施不同的照管方式,以观察不同条件对生长的影响。
任务二:设计并搭建展示架
为了减少占地面积和便于观察,需要设计并搭建一个观察箱的展示架,并且可放置在种植园地的某一区域。学生前期要再次勘测种植园地,确定展示架放置空间大小。
这是班级设计作品,整个方案由所有小组共同探讨形成,最后共同搭建完成成品。成品数量按照空间大小来确定,建议1-2个成品。
1.提出设计方案
【提问1】展示架放置在哪里?什么结构形式的展示架最稳定?
【意图1】学生在种植园地选定位置,从展示架的整体尺寸、结构形式、稳定性等角度考虑设计方案。
(1)尺寸:总尺寸由现场勘测尺寸限制;内部尺寸由观察箱的尺寸来确定,需要对全班的观察箱尺寸进行统计;另外还要考虑到植物的生长长度,留有一定的空间尺寸。
(2)结构:确定观察箱的放置位置、放置高度,作出整体结构设计;结合观察箱的重量和材料的用量,设计加固结构。
(3)稳定:避免头重脚轻,从降低展示架的整体重心出发,设计整体结构。
2.选择最佳方案
老师主持班级所有小组的方案评选,小组上台讲解方案的设计思路,展示设计简图。台下的小组就所有的设计方案进行分析,选出最合适的方案。选出方案后,可在此基础上再次讨论,尽量完善方案。
(1)较为大型的作品制作通常需要人数较多的团队来完成,并且设计方案也是需要提前讨论好,因为一旦开始实施,再次修改的成本损失较大。
(2)班级共同决策的方案,最后的结果也要大家共同承担。
图4 展示架设计图
3.确定合适材料
学生根据设计图和提供的材料,估算用量。首先统计所有材料的类别和数量,再根据每一类的长度,计算总长度。
(1)其中类别可以用长度、用途、序号(在设计图中标出)表示。
(2)教师要提醒学生在保证作品质量的前提下,尽量节省材料。
4.搭建模型
在制作过程中,老师应强调成员分工协作,并给予相应的指导,提示工具使用安全。
(1)按照材料类型和计算长度,准备材料,并在相应类型材料上标上序号,以免错乱。
(2)按照设计图,利用锯子、老虎钳、螺丝刀等工具将准备好的材料组装搭建。
5.测试模型
学生按照制作要求,逐一测试展示架的性能,看看是否符合设计意图,将测试结果记录在学生手册上,并思考对应的改进方案。
(1)场地测试:在指定的位置放置展示架,测试空间是否合适。
(2)稳定性测试:用手摇晃整个展示架,测试其是否晃动明显。
(3)承重测试:将填土的观察箱放置在展示架上,测试展示架的承重性。
还有其他问题也同时记录下来,此环节也需要学生统一测试、统一讨论。
6.优化展示架性能
【提问2】该怎样让展示架性能更优呢?
【意图2】根据测试得到的结果,改进展示架的结构,并再次测试是否达到设计要求。
(1)若场地放置不下,尽量先考虑扩大场地,再修改整体尺寸,可减小损失。这里老师再次强调前期方案尺寸规划的重要性,如果是大型项目,尺寸的失误将造成严重后果(工期延误、工程重建、经济损失)。
(2)若承重不够,可在长度方向上添加支撑立柱;
(3)若稳定性不够,先考虑在结构上加固稳定,再考虑借助外物保持稳定,如墙面。
制作完成后,就可以将填土的观察箱放置在展示架上了。(一段时间后,材料的连接处可能会松弛,需要在观察植物生长的同时,关注展示架的连接处,并及时修缮。)
(四)展示评价(20分钟)
1.作品展示
(1)观察箱种植情况
每组将种植好的观察箱放置到指定区域,派代表对作品的设计思路和特点进行表述,并演示种子的播种方式。
(2)展示架展示情况
展示架为班级共同作品,展示部分可分别为设计图展示、制作过程展示、问题解决展示等,每位同学都能将自己为作品做出的工作讲解出来,谈谈团队协作的感受,例如:在任务中每个人的分工是什么?做了什么贡献?在设计和制作过程中遇到了哪些问题?又是如何解决的?
2.总结性评价
在回顾整个项目学习和劳作体验过程中,教师组织学生进行反思评价,检验学习效果。在梳理过程中,逐渐加深学生对 STEAM农业工程项目学习的理解。请每位参与活动的学生对自己的学习行为做出评价,教师可在此环节提醒学生进行自我评价。
STEM学习评价(教师对小组的评价) | |||||||||||||
评价要素:学习过程 | |||||||||||||
主要指标 | 1分 | 2分 | 3分 | 第一组 | 第二组 | 第三组 | 第四组 | 第五组 | 第六组 | 第七组 | 第八组 | ||
分工合作 | 小组分工不明确,成员之间缺少沟通 | 小组分工模糊,成员之间有少量的沟通交流,任务完成合作度低 | 小组分工明确,成员之间有较多的沟通交流,能合作完成任务 | ||||||||||
设计图 | 缺少设计示意图,没有必要的文字、符号标记 | 能画出简单设计示意图,文字、符号等标记不全 | 能正确画出清晰的设计示意图,有必要的的尺寸、文字标示,并且标示规范 | ||||||||||
制作模型 | 模型组装跟设计意图不契合,成品搭建错乱 | 模型组装基本达到设计意图,但还需要进一步完善 | 能高效地按照设计意图模型组装,并且实现了每一项要求 | ||||||||||
学生手册记录 | 在整个设计过程中,学生只记录了很少的细节 | 学生记录了大部分项目过程的细节 | 学生记录了设计过程的全部数据,并分析了自己的作品的优缺点 | ||||||||||
评价要素:学习成果展示 | |||||||||||||
任务一 | |||||||||||||
观察箱可视性 | 不易观察到种子在箱中的生长情况,观察不到细节 | 可以观察到种子的部分生长情况,根茎叶只能显示部分 | 可以观察到大部分种子的生长细节 | ||||||||||
观察箱整体承重性 | 只能填入少量土壤,承重不够 | 能填入较多土壤,但部分箱体有不牢固的趋势 | 能按照种子的需求填入土壤,且承重良好 | ||||||||||
观察箱外形 | 箱体组装错乱,外形不够美观 | 箱体组装基本整齐,外形欣赏性不高 | 箱体组装良好,有产品化的质感 | ||||||||||
任务二 | |||||||||||||
展示架结构 | 整体尺寸与实测场地不符合,基本构型不美观 | 整体尺寸可放置在场地中,基本构型欣赏性不高 | 展示架与场地融为一体,具有欣赏性 | ||||||||||
展示架稳固性 | 展示架摇晃明显,不能放置重物在 | 展示架出现摇晃,放置的的重物不多 | 展示架稳固,填土的观察箱能全部放置在上面 | ||||||||||
展示架展示效果 | 观察箱在其中过大或过小,展示效果不佳 | 观察箱中生长情况基本能展示,但是展示架会发生形变 | 观察箱的展示效果好,展示架也没有发生形变 | ||||||||||
(五)拓展提升(20min)
1.拓展:现代智慧农业扫码观看视频,了解现代智慧农业的高新技术,看看其中的植物都是如何生长和照管的,用到了哪些新装置。比较视频展现的农场与我们自己建设的农场的相同点和不同点。
2.写作:现代智慧农场规划方案
根据前面视频中了解到的智慧农业的实现形式、生态系统循环方式、农场划分及装置设施,发挥想象,尝试规划现有的种植基地,畅想将之打造成智慧农场要做的工作,将想法用思维导图表示出来,并编写出一份方案策划书。
3.职业:生态学家
了解生态学家的工作,清楚他们在农业活动中所做的贡献。此外,了解成为生态学家的要掌握的基础技能,对比自己的知识领域,给自己订立学习目标和职业发展目标。
[案例分析]
对于从小在城市里长大的孩子而言,基本上没有接触过真实的农业,没有经历过“锄禾日当午,汗滴禾下土”的艰辛,也不知道一粒花生是如何历经萌发、长叶、开花、结果的过程。因此,能在市中心的一所学校里开辟出这样一块种植园地对学生的学习成长而言意义重大,尤其对孩子们的劳作锻炼、生物知识学习体验有重大提升帮助。
当然,在学校的“智慧生态”农场大项目中,我们后续还可以继续开发更多子项目,例如“立体植物种植”、“大棚种植”、“植物枝叶的再实验”等,让更多的孩子们参与到STEAM学习中,希望孩子们学会像科学家一样思考、像设计师一样规划、像工程师一样创造、像艺术家一样想象、像数学家一样推导!
在如此美好的教育愿景下,通过STEAM项目教学进行实施,既符合新时代的教育教学组织开展形式,同时也能借此培养孩子们的动手实践能力、团队合作能力、创新思维能力以及科学探究能力,渗透“五育并举”的教育教学思想,树立孩子们敬畏生命、热爱科学、热爱生活的美好情感!