智能花房
智能花房
天宁中学综合组
一、项目背景 <p class="ql-block"> 莲都区天宁中学是一所“兰韵”校园，目前学校拥有兰花苑和兰花基地。培育兰花成了我们平时的一项日常工作，兰花最佳生长环境气温为15 ℃ -25 ℃ 、相对湿度60-90%，大多数的兰花喜欢在半阴的环境生长，如果温度高于30℃就会生长缓慢或停止生长，过干或过湿都易引发兰病，兰花相对湿度的要求也是有一定规律的，生长期湿度需求增高，休眠期湿度需求降低，白昼湿度需求增高，夜间湿度需求减低。兰花虽然说喜欢半阴，但需要有散射光照的环境比较适合。学校改如何控制基地的环境条件？有没有这样的一种设备，能根据兰花生长要求自动改变环境的温度、湿度光照条件促进兰花的生长呢？</p> 二、项目特色 <p class="ql-block"> 设计一个能根据兰花生长需求，自动调节基地温度、湿度、光照的设备，并制作出成品是本项目的特色。面对需要根据兰花生长需求，精准控制基地温度、湿度和光照，把同学们从繁琐、长期的劳动中解脱出来，更加集中注意力投入学习的问题，我们如何开始着手解决呢？首先，我们要理解面对的挑战，做足各种准备性质的调查，不断收集信息和开阔自己的视野，搜集能完成挑战的灵感。功能齐全又美观的智能花房的设计与制作，充分激发学生们的兴趣，提高同学们的参与度，通过设计提升了利用各种传感器、电子元件和mBotRanger主控板实现各种功能的认识。学生在思考的过程中，不断的交流和思想碰撞，不断改善思路、调整思维、优化方案找到最佳方案，达到目的。在过程中培养生多学科融合的分析问题、解决问题的能力，提升学生的综合素养。</p> 三、学习方法 <p class="ql-block">（一）项目时长</p><p class="ql-block">1.实施周期：15课时</p><p class="ql-block">2.实施年级：7-8年级</p><p class="ql-block">3.涉及学科：科学、数学、工程、劳动与技术、艺术。</p><p class="ql-block">（二）项目负责人</p><p class="ql-block">叶异花 季志敏</p><p class="ql-block">（三）项目展示方法</p><p class="ql-block">1. 设计效果图：针对驱动性问题设计的草图、效果图，具有一定的创新性和社会性。</p><p class="ql-block">2.物化成果：能有效解决学校兰花基地存在的实际问题的产品，并通过反复调试能进一步优化。</p><p class="ql-block">3.成果展示：对成品进行介绍，组间交流分享。</p> 四、驱动问题 <p class="ql-block"> 兰花种植组的小明同学气喘吁吁跑进教室，同学们听到他说“不好了，不好了，兰花基地里最名贵的那盆兰花叶子变黄了“。小红说“怎么可能呢，我不是前天刚浇了水吗？小明接着说，最想不明白的事情是这个季节明明是兰花开花的季节，为什么兰花基地大部分兰花没有开花。这时科学老师走进来说“ 兰花的最佳生长环境适的最佳气温为15 ℃ -25 ℃ ，温度高于30℃就会生长缓慢或停止生长……。如何设计与制作一个能根据兰花生长需求，自动调节基地温度、湿度、光照的设备呢？</p> 五、核心概念和步骤 <p class="ql-block"> 智能花房”为劳动项目化学习设计，以劳动为主，兼跨数学、工程、技术、艺术等。围绕各学科的关键概念，具体表述如下：</p><p class="ql-block">项目核心概念、学习目标与核心素养列表1</p> <p class="ql-block"> 基于以上学习总目标，本项目从学校兰花基地存在的问题入手确定主题，设定分析需求、构思设计；探索硬件、实现功能；设计搭建、产品框架；设计制作外观模型；物化成果，交流展示。如图1</p> <p class="ql-block"> 图1 项目的学习的活动内容</p> <p class="ql-block">（一）课程目标</p><p class="ql-block">本项目设计重在发展探索、重在发明创新、重在设计制作、重在情感表达、重在逻辑推理。</p><p class="ql-block">1.知道智能花房的结构、应用，了解智能花房对兰花基地兰花种植的重要性。</p><p class="ql-block">2.设计制作智能花房的结构、特点和基本原理。</p><p class="ql-block">3.能够完成简单的智能花房设备的设计制作。</p><p class="ql-block">4.对成品进行调试和优化。</p><p class="ql-block">5.养成严谨的思维习惯，培养合作意识和创新能力。最终提高学生的核心素养。</p><p class="ql-block">（二）课程结构及内容</p><p class="ql-block">本课程按照学习内容及难度分为基础、能力、综合三个模块。基础模块侧重了解智能花房的相关知识、基本原理等；能力对兰花生长需求和学校兰花基地实际情况，引导学生设计制作智能花房；综合模块从实际出发，引导学生创新制作智能花房来解决学生们种植兰花中遇到困难的现实问题。</p><p class="ql-block">（三）课程教学目标</p><p class="ql-block">将劳动、技术、工程、艺术、数学等科目进行有机整合，与实际生活相联系，引导学生创造性地开展跨学科探究活动，完成项目。</p><p class="ql-block">1.分析兰花生长需求，结合我校的兰花基地的环境条件，设计制作智能花房的方案。</p><p class="ql-block">2.根据设计方案，选择合适的传感器、电子元件、控制板探索产品的功能。</p><p class="ql-block">3.能综合运用慧编程语言的分支结构、循环结构等程序结构实现智能花房的功能。</p><p class="ql-block">4.通过小组探究和交流表达观点；接受和融合他人意见；完善和优化设计制作，从而培养学生分工合作的团队意识。</p><p class="ql-block">（四）评价方法</p><p class="ql-block">本项目需要评估学生发现问题、分析问题、解决问题过程中各环节的落实情况，最终形成产品模型和产品。</p><p class="ql-block">在智能花房项目开展过程中，围绕学生的过程性表现与小组的项目成果两方面进行评估，包含自评、互评、师评，评价者更多元，最终生成学生的能力，这样的评价更加综合与全面。</p> 六、项目反思 六、实施过程与策略 <p class="ql-block"> 智能花房打破了学生对智能小家电的普通设想，在如何利用各种传感器和电子元件设计制作一种设备能满足兰花生长需求的问题驱动下，学生深入探究兰花基地兰花生长遇到问题，直面问题，提取满足兰花健康生长的温度、湿度、阳光条件；构思设计智能花房，以设计草图、效果图的方式呈现；选择合适的传感器、电子元件和结构件等搭建制作智能花房；改进优化智能花房；反思迁移感悟各种传感器的功能和使用方法、各种结构件、连接件的使用。让学生从智能花房设计制作过程中解决问题，体会到通过创新性设计制作可以让学过的各种传感器和主控板解决实际问题、更贴近生活。</p> <p class="ql-block">第一阶段：问题驱动，搜索数据 （1-2课时）</p><p class="ql-block">1.学习目标</p><p class="ql-block">借助网络查找、讨论交流等方式了解兰花的生长习性，结合学校兰花基地的实际问题，及他们了解目前生活中或淘宝上了解到花浇水的设备，梳理出智能花房应具备的要素，培养学生观察、思考、归纳和概况等能力。</p><p class="ql-block">2.核心问题</p><p class="ql-block">（1）同学们，你们了解兰花的生长习性吗？</p><p class="ql-block">（2）同学门，你们仔细去观察分析学校兰花基地环境哪些条件需要改善呢？</p><p class="ql-block">（3）同学们，你们了解淘宝网上浇花的设备有哪些功能吗？</p><p class="ql-block">（4）你对智能花房的基本构成要素和功能有了解吗？</p><p class="ql-block">3.学习活动</p><p class="ql-block">项目的开端从对学校的兰花基地实地考察、利用网络、讨论交流等方式了解兰花的生长习性开始，再去淘宝网上了解同类产品的功能、框架和外观等特点，再通过对比淘宝网上同类产品各要素，策划统筹智能花房的基本构成要素和特点，最终以产品情景观察记录表、兰花基地观察记录表的形式完成设计制作智能花房。</p> <p class="ql-block">图4 基地温度、湿度、阳光数据记录表</p> <p class="ql-block">图5 通过网络搜索、讨论了解兰花生活习性</p> <p class="ql-block">第二阶段 分析需求、探索产品功能（2-3课时）</p><p class="ql-block">1.学习目标：</p><p class="ql-block">（1）分析学习兰花基地种植兰花存在困难，结合兰花生长需求，探索产品功能。</p><p class="ql-block">（2）通过探索产品功能，进一步了解温度传感器、湿度传感器、130电风扇模块等使用方法。</p><p class="ql-block">2.核心问题</p><p class="ql-block">（1）你们了解最适合兰花生长的温度和湿度范围是多少吗？</p><p class="ql-block">（2）各种品种的兰花对阳光的要求吗？听”音乐“能促进植物的生长吗？</p><p class="ql-block">（3）学习兰花基地的兰花哪些品种喜阴，哪些兰花喜阳？</p><p class="ql-block">（4）要实现产品的功能要用到哪些传感器，这些传感器使用方法你知道吗？</p><p class="ql-block">3.学习活动</p><p class="ql-block">活动一：根据需求，设计产品功能。</p><p class="ql-block">（1）通过网络或看书等方式，了解学习可能用到的各种传感器的功能使用方法，完成下表的连线。</p> <p class="ql-block">(2)尝试连接各种传感器和主控板，探究产品各项功能实现的情况，并作好登记。</p> <p class="ql-block">表一 预设产品功能实现情况登记表</p> <p class="ql-block">图6 创意组同学们探究产品的预设功能</p> <p class="ql-block">(3)分小组分享产品的预设功能，并说一说各功能是通过什么传感器实现的，你还存在着哪些困惑。</p><p class="ql-block">第三阶段 设计框架图，搭建产品框架</p><p class="ql-block">1.学习目标</p><p class="ql-block">（1）分析产品功能和使用场所要求，讨论构思设计框架图。</p><p class="ql-block">（2）通过搭建产品外架结构，了解产品的外框架对于产品自身的重要性。学会使用各种尺寸、形状的连接片、金属支架和各个规格的螺丝的用法</p><p class="ql-block">2.核心问题</p><p class="ql-block">（1）如何绘画设计图，才能让读图的人一目了然。</p><p class="ql-block">（2）一个产品的外框结构的作用是什么？</p><p class="ql-block">（3）产品框架的稳固性和美观度与哪些因素有关？</p><p class="ql-block">3.学习活动</p><p class="ql-block">（1）分组设计产品框架结构图，并且标明连接片和金属架的大小、尺寸和形状。</p><p class="ql-block">在搭建框架前，我们应该设计好产品的框架结构图，提高搭建框架的效率。</p> <p class="ql-block">图7 创新组和创意组探设计产品框架结构图</p> <p class="ql-block">（2）根据框架图样，制作产品框架模型</p><p class="ql-block">根据框架图找出各种形状的连接片和各个种类的连接件。初步完成产品外框架搭建。</p> <p class="ql-block">（3）各小组讨论交流，优化设计</p><p class="ql-block">各小组从产品框架的设计、创意等方面跟大家分享搭建框架的过程，并从创造性、成品效果、小组分工合作等方面进行自评和他评相结合的方式评选出最佳设计奖。</p> 相关知识
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