《海绵校园生态景观之智慧灌溉初体验》教案、教学设计

1、STEM教育项目教学案例-打造海绵校园智慧生态景观一、 项目导语：今年夏季，我市受多个台风过境影响，城市部分地段出现“看海模式 ” 。引发同学对于海绵城市的思考。海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾等方面具有良好的下雨时吸水、蓄水、渗水、净水需要时将蓄存的水释放”并加以利用。而校园具有开放空间面积大、绿地比例高等特点，因此极其适合开展雨水管理利用系统的闭合循环建设，海绵校园则是进行雨水管理及利用的优良选择。海绵校园就是将海绵城市的生态理念融入校园环境建设，利用雨水管理系统减少校园对水资源的消耗，改善校园内水生态环境，同时达到美化绿化校园环境的目的。二

2、、项目目标：1 . 了解海绵城市和海绵校园的相关概念2 .理解海绵校园生态景观各子系统的重要性和关联性3 .能够在海绵校园生态景观项目中做出有意义解决问题的改进或者是批判性思考。4 .体会科学探究的流程，熟悉项目设计的流程3、 调查分析和活动体验：古代海绵城市研究：我们通过还原历史背景，让学生了解秦国统治者在蜀地面临的问题是水患重重，这就是发现问题。变水患为水利，对秦昭王来说就是拜懂水的李冰为太守。那么，李冰是如何分步解决问题的呢 ?如何在当时的条件下实施工程?过程中遇到了哪些问题 ? 三个核心水利设施的原理又是什么?我们通过多学科工具还原它们背后的科学技术，如抽丝剥茧般一一还原历史、还原真相

3、、还原科学、还原技术。而学生也在学习过程中不断地思考：问题在哪里?他做了什么?他为什么要这样做?效果如何?是否解决问题 ? 由此，习得面对问题、分析问题、提出方案、最终解决问题的思维方式与能力。引入海绵校园景观打造计划：明确选址地点- 我们的校园海绵小景主要是通过收集地面或屋顶雨水，通过自然净化补给景观用水，所以考虑将景观建在低洼或者浅凹的区域。地形决定了雨水的流向，是否可以将雨水尽可能的引到海绵景观中，使大部分雨水都可以通过海绵景观的过滤、渗透到地下水中，补充地下水。海绵景观包含水循环的蒸发、下渗、流腾作动等过程，因此海绵景观应当与建筑相隔一段距离，一方面防止雨水的下渗造道路径流成建筑的问题

4、，另一方面，尽量建在阳面，提高雨水的蒸发效率。海绵景观的渗透性会使建筑基础发生一些变化，比如含水量升高，甚至造成沉降或者墙体变形。根据选址，我们需要建立一套生态系统，需根据实地情况 选择合适的景观植物，弁通过传感技术、物联网等技术生态环 境利用计算机及网络，收集处理、发布观测信息。我们将其主要部分分为三大部分：种植系统信息系统控制系统思考人对所选场地的环境要素是什么样的，各自合理控制范围人对所选景观植物生长特性是什么 ？需要什么样的环境？ 人如何根据土壤含水量，提示浇灌，甚至自动浇灌九有关技术如何落实到位？九对所选场地应该如何设计规划 ？人实现某功能的控制系统应该如何选材，如何设计？人如何对所

5、选场地进行较为准确的计算 ？九如何控制建造成本，做到最经济合理设计 ？调查分析土壤渗水性选择合适的景观植物实验：在需要建设雨水小景的地方挖 一个深约10cm的浅坑，看水下渗的速率，初略计算出渗水率。 尽量选用乡土植物，如果一定要用外来物种，也要是经过如果 在24小长期的驯化的植物物种。乡土植物可以更快地适应环境、 成景时内，水可以入渗完毕，则较适宜。快、管理粗放；选择具有完整根系的植物。植物的根系是观察：由于海绵景观本质是生物滞留设施，依靠生物进行过滤等功能，如果拟建设海绵景观的区域内植被较为健康使得植物更快地扎根于新的土壤中，茁壮成长； 采用耐旱但长势良好，则说明此地适宜建造雨水花园；如果长

6、势不好又具有忍耐暂时性水浸（不超过48h 的植物。这样的植物环境则考虑换土。可按以下比例配制:50%60%的砂土和碎应性强，可以更好地发挥其作用； 多利用香花植物。芳香石；20%30%的腐殖土；20%30%的表层植物有助于吸引蜜蜂、蝴蝶等昆虫，创造更加良好的景观效果。实践研究在海绵景观生态系统中， “水 ”成为了最关键的因素，我们可以根据士壤中的水分含量来控制遥测系统自动预警，同时控制系统自动控制开关水泵和阀门，以实现灌溉的自动化。因此，我们需要配备土壤水分传感器。抵砾石层为各层的基础、净化后雨水的汇集以及排走汇集后的 雨水，汇集后的雨水可由穿孔管排入与其相连的蓄水系统的水 箱等设备径较小的砂

7、石，防止土壤颗粒在雨水下渗过程中进入 砾石层堵塞穿孔管。种植土壤层是一种结构疏松、通气性能良好，保水保肥能力 强，适宜于植物生长的优质土壤。在雨水花园的结构组成中具有 较强的过滤与净化雨水的作用。覆盖层中的树皮可以提供良好的微生物环境，有利于微生物 的生长和有机物的降解，有利于雨水的净化，可以保持土壤的 湿度，避免表层土壤板结而导致渗透性能降低。同时还有助于抗径流 雨水的 侵蚀防 止水土 流降雨 时雨水 优先滞 留于蓄 水层，为暴雨提供暂时的储存空间。通过植物的渗透作用过滤雨 水，同时将雨水中的沉淀物留在此层。为了防止雨水过多时滋出 雨水花园，所以应在雨水花园的最高水位线处安装溢流管。土壤湿度

8、检测系统:1. 传感器适用于土壤的湿度检测；2. 模块中设计电位器用于土壤湿度的阈值调节，顺时针调节，控制的湿度会越大，逆时针越小；3. 数字量输出与ardunio 相连，通过其检测高低电平，由此来检测土壤湿度；4、 测试与优化： 对设计的作品或研制的方案进行测试，寻找问题与不足，不断优化设计。检查模块各部分结构是否完整；对运行情况进行检查 （测试环境水、浸水、定量水等） ；记录问题并进行改进；五、展示与评价 ：一个完整的海绵小景，从场地的选定、植物的选择，到信息模块的制作与建，再到自动控制系统的计与组装，每一步都是紧相连的，各组在经历各个的设计与制作时，一定经历了或有趣或困惑或艰辛的过程，也应该非常有获吧?现在，请你们组总本组分享经验与观点在实践过程中的收获、新发现，以及反思与教训介绍给大家。六、拓展与应用 ：在该项目的基础上引出更多的延伸和可拓展的问题，引导学生将研究成果应用到广泛的生活领域。海绵校园改造项目重在水资源管理，目的是为了告别学校 “看海 ” ，实现 “渗、 滞、 蓄、 净、 用 、 排”六位一体的综合排水、生态排水，有 效集水用水是海绵校园的基础目标。通过海绵校园因地教学、就 地示范，进行相关课程设计、实验检测以及科普教育是校园雨洪 管理的独特功能，更是发展可持续校园的重要组成