劳小陈瑶自动加肥浇灌装置项目设计教案

现代农耕文化研学主题活动长沙市综合实践活动课堂教学比赛太阳能氮磷钾检测自动加肥浇灌装置项目设计雨花区劳动东路小学陈瑶同学们好，上节课我们进行了前置课程的学习。围绕“校园种植园的浇灌装置”这个主题，通过自由组合我们已经分成了4个小组，每个小组也进行了分工和计划制定。经过大家的前期研究，每个小组都有阶段性的收获。像实地考察组的同学用说明书的形式分析了种植园浇水的一些数据。调查访问小组则通过采访等形式对比出了校园种植园内三种浇灌方式的利弊和需求度。经过实践及讨论，大家一致认为，开发出更加新颖、实用、能满足多种农作物需求的智能浇灌装置是很适合学校种植园的实际需求的。那这节课就让我们一起走进农耕文化研学基地，完成4个区间的研学旅行，针对“浇灌装置的智能设计”做深入的研究吧。当然在开启这段研学旅行前老师赠送你们几个小锦囊，如果遇到困难，可以打开它们。大家有没有信心完成挑战。活动项目一：基地教室1、设计方案（集思广益设计方案）首先我们来到的是基地教室。在这里需要大家打开智慧的小脑袋，让灵感的小火花不断闪现，设计出不同的方案并完成图纸的绘制。加油吧。谁可以说一说在设计过程中你们组发现的问题和你们的解决方案？小组1：提出初步设想——远程监控、定时浇灌生：老师，我们之前体验了用手机APP控制智能电子插座定时浇灌的方法，用手机点一下就可以浇水了，真的很方便。但是我们发现，因为这个电子插座设置了定时浇灌的程序，在夏天气温很高的时候可以每天都浇灌多次，但阴天呢？春天、秋天、冬天呢？不同时期种的不同植物对水的需要也不一样，浇灌太多次不会淹死吗？师：嗯，你们提的问题很实在，那你们想到了什么好办法吗？生：经过大家讨论，我们觉得可以加一个摄像头用于远程视频监控，通过监控来看土壤的干湿，再来决定当天是否进行浇灌。我们给这个作品设计了一个名字：WIFI手机APP远程遥控视频监控晴雨定时浇灌系统。师：这么高大上的名字：）生：名字很高大上，设计原理很简单：就是通过摄像头观察植物缺水情况-用手机APP控制电磁阀开关进行浇水。（Ppt出示）大家看这是摄像头捕捉到的种植园白天和黑夜的图片，我们组的同学们说，加了摄像头不但能观察植物，还可以防止别人偷盗呢。师：听了你们方案设想，我要给你们点赞。原来发明创新也不是那么难的一件事啊。它的灵感只要是来源于生活中，基于生活实际来设计，不空想，服务于生活的，就会是有用处的。其他组有什么金点子？小组2：方案改进——雨水收集、循环浇灌生：老师在前置课程开展活动时，我们知道了“海绵城市”的概念，了解到这个体系的作用就是下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用，实现雨水在城市中自由迁移。受这个概念的启发，我们觉得可以在刚才那一组同学的基础上，再加入一个雨水、余水收集净化装置。让水循环起来，反复利用，不是也能节约很多资源吗？师：这个想法很棒，那你们打算怎么做呢？生：我们去长沙市污水处理厂进行了实地考察，经过探究，我们了解到脏脏的水回收后要达到排放标准，需要经过三道工序。先在净化池里过滤杂质，再到二次滤化池里用生物酶分解，最后到大池里用蓝光杀毒，才能排放到河里自然沉淀，以备自来水厂采用。这次研学印证了我们之前的设想。我们的创新方案将这套浇灌系统设置了3部分。当雨水收集不足时，用自来水进行补充浇灌。我们的作品换了个名称：语音、手机远程遥控雨水收集浇灌系统。它的原理也很简单：用语音控制软件远程遥控将收集到的雨水、余水或者自来水给植物园浇灌。由3个部分组成这个完整的系统：组成部分结构构成作用1雨水余水收集沉淀过滤部分收集器、管道、沉淀过滤池雨水、余水循环利用。2自来水净化补充部分水龙头、前置过滤器、三级余氯细菌净水器、自动水位控制器、电磁阀、水管在雨水、余水不够的情况下需要用自来水补充浇灌。3语音、手机APP远程控制浇灌摄像头、天猫精灵、手机、智能电子插座、潜水泵等语音控制，远程浇灌，方便易操作，省时省力。师：你们的设计元素丰富了很多，值得研究。还有小组有不同的方案吗？小组3：第三次改进方案——浇灌、施肥全自动生：老师，前面2组同学的方案都很棒，我们这组有更牛的想法。对于浇灌装置，现在城市绿化和很多公园里的浇灌装置大都比较智能，那我们的设计方案仅仅还停留在浇灌这一步是不够的，我们觉得要设计出集雨水收集、自来水浇灌、智能施肥于一体的装置。但是涉及到施肥这个新用途，这又是另外一个领域的探索。我们不知道从何开始。师：大家可以求助于小锦囊：抖音小视频。简单科普，这样大家就不会像无头苍蝇一样没有目的。孩子们你们还可以上百度查一查，也可以回家询问家长，我们学校有家长是农业研究所的，也有在农大上班的老师。通过这些方法是可以获得更多信息的。现在你们知道从哪里开始了吗？生：明白了植物生长主要需要三大营养：氮、磷、钾。那就从这3个方面着手。第三组作品设计的方案是：太阳能氮磷钾检测自动加肥浇灌装置。对比前2组的设计方案，我们这次增加了信息反馈部分和加肥部分。师：有同学不服了，说那这么牛的装置，直接到网上去买一个吧。你们怎么看？生：我们在好几个网站上进行了搜索，发现这样的装置还很少。市面上的浇灌系统和施肥系统大多是两套独立的系统，要不就是直接浇灌，要不就是直接加肥，将浇灌和加肥集于一体的浇灌系统较少。师：经过对比，第3种方案是目前最智能最受欢迎的方案，既然市面上没有买的，那我们就按照这个设计方案自己造一个这样的装置吧。一定会有市场接纳度，是很值得尝试的一步呢。2、设计图纸（手绘设计、创作图纸）完成了方案的设计，我们交流下图纸的手绘设计吧。在基地教室里，同学们要完成“太阳能氮磷钾检测自动加肥浇灌装置”的图纸创作。是需要大家相互合作，运用学过的科学课的知识、生活中的经验来完成图纸的创作。可以开始了。我们一起来看看这个同学的图，大家觉得可以怎样改进呢？可以讨论。生：他的图很直观，但是动物粪便太难收集，还要发酵才能使用，发出的气味也不利于校园环境卫生的维护，不符合实际需求。我建议还是用直接的氮磷钾肥料合适。师：谢谢大家的意见，综合大家的智慧，在科学老师的指导下，设计图初稿就定稿了。祝贺同学们完成了基地教室的挑战，继续前行吧。活动项目二：制作区（依据图纸制作模型）1、使用认识的工具：完成自己能完成的部分制作区里的工具琳琅满目，怎么选择呢？同学们要记住一点，我们毕竟是小学生，比不了科研机构和大型的公司、工厂。我们制造模型的用具尽量利用大家生活中的素材。要因地制宜，从生活中发现问题，再解决问题，最终服务于生活，这样才符合小学生的实际，就不会好高骛远。比如我们这个作品中自来水的过滤，三级余氯细菌净水器是可以用家里准备淘汰的净水器主机芯；还比如语音遥控设备，是平时喜欢听歌的人家里都会有的语音点歌设备。而湿度、光度检测仪是上科学课当中用到过。水槽、水管、电子阀、亚克力模型箱等都是学校提供的。2、求助基地博士：技术难关求助专业人员随着制作的进行，同学们反映氮磷钾的检测这个技术问题老是不能攻克，我们技术太弱了，反复试验了很多次也还是攻克不了。师：大家可以启动第2个小锦囊，我们看看锦囊里有什么？技术难关求助于专业人士。那我们快请基地博士帮帮我们吧。基地博士解答：大家好，在这款太阳能氮磷钾检测自动加肥浇灌装置中，我来给大家介绍一下装置内单片机所实现的功能。单片机就是微型计算机。在这里它主要用来连接传感器和继电器开关，我们通过对单片机编写程序，实时读取三个传感器中氮磷钾含量的数值，当单片机读取传感器的值低于该肥力等级的下限值时，实时控制继电器开关打开实施加肥；当读取的数值高于肥力等级的上限值时，则控制继电器开关关闭，停止加肥。从而实现智能化加肥浇灌。谢谢基地博士的帮助。3、组装成型。难点解决后，我们可以乘胜追击，完成最后的成品。你们看这一组同学成功了。本作品是一款利用太阳能板提供12V电能给氮磷钾传感器和电磁阀开关。利用传感器检测后加肥，利用湿度传感器控制电磁阀开关实现自动浇灌。祝贺大家完成了制作区的任务。活动项目三：展示区（实践应用检验市场）1、模型物化展示：将模型变成实物，应用于校园种植园一个项目设计模型做出来后，最终是要能够在生活中应用才能产生真正的价值。我们将整个系统在校园植物园内按照设计理念进行实物安装。（视频演示）大家在自己的学校也可以尝试一下哦。2、媒体推广展示：参加多种学术研讨、交流活动，检验市场需求。为了检验我们这个项目设计的市场需求度，最有效的扩大影响的方法就是借助于媒体。看看这两个同学的表现吧。落落大方的接受了广东省卫视的现场采访。并推荐了他们设计的“太阳能氮磷钾检测自动加肥浇灌装置”。活动项目四：交流区：中期小结，总结提升，规划后拓活动。同学们，这次现代农耕文化基地研学主题活动进行了一段时间了。我们最后来到了交流区。在这里大家可以静心心来进行反思总结。大家及时梳理在这个项目制造和发明过程中做得好的地方，分析我们还有什么不足的地方，并规划了今后研究的方向和主要内容。结语：到现在我们就已经完成了今天农耕研学基地四个项目的任务挑战。祝贺大家。同学们，一个优秀科技作品的发明往往都是来源于我们的生活，只要大家善于发现、善于思