课程实践

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目录 课程设计方案 项目基本信息 二、项目简介 三、驱动问题 四、学习目标 五、项目学习评价 (一)总结性评价 (二)过程性评价 六、项目安排 课程活动方案 一、项目概述 二、案例目标 三、案例实施过程(一)识别问题,明确需求 (二)撰写方案,提供支架 (三)创意设计,原型创作 (四)测试评估,优化改进 (五)展示分享、总结评价 四、学生作品展示及点评 五、案例实施成效及反思(一)学生反思 (二)教师反思 (三)项目成效 六、附件(一)学生活动手册(二)学生作品及学生过程资料 盐田河生态提升工程项目式学习                     ——盐田河淤泥治理初探 项目实施案例 项目概述 盐田河是深圳市盐田辖区的主干河流之一。我校毗邻盐田河，盐田河栈道是很多学生每天上下学的必经之路。以前盐田河不仅脏乱差，而且常常散发恶臭，直接影响到两岸居民的生活。2005年开始实施盐田河综合整治工程，经过十几年整修，如今盐田河实现逆袭成为美丽的景观河，成为居民茶余饭后休闲的好去处。基于此，“怎样使盐田河更美观，使盐田河生态工程更上一层楼”成为我们新的思考。我们通过实地考察发现盐田河还存在一些淤泥问题，一定程度上影响了盐田河的美观，于是开展关于盐田河淤泥治理的项目式学习，探究怎么样让盐田河淤泥“变废为宝”，为处理盐田河淤泥提供可行的新思路，从活动中培养学生的探究能力、创新能力、实践能力和环保意识等。 案例实施过程 （一）识别问题，明确要求  盐田河是深圳市盐田辖区的主干河流之一。我校毗邻盐田河，盐田河栈道是学校大多数学生每天上下学的必经之路。然而随着港口、物流等产业的高速发展，盐田区人口剧增，使得盐田河污染日益严重，河水浑浊，常常散发恶臭，两岸环境脏、乱、差，这些都直接影响到两岸居民的生产生活。为了解决河道水环境问题，促进盐田区经济和社会发展，2005年深圳市发展和改革局批复同意实施盐田河综合整治工程。经过十年整修，盐田河整体环境有了很大的提升。如今盐田河实现逆袭成为景观河，成为居民茶余饭后休闲的好去处，基于此，我们的主要研究对象就是盐田河，而怎样使盐田河更美观成为我们新的思考。 本环节的学习主要是让学生了解盐田河的历史、盐田河综合整治工程和盐田河的现状，包括盐田河的两岸景观以及河水质量，结合学生自己上下学的所见所感，激发学生对盐田河环境提升工程探究的兴趣，以及思考如何让盐田河更美丽。从而发布接下来的学习任务——盐田河淤泥治理的研究。 识别问题 老师在课前组织学生收集和学习盐田河历史及盐田河环境提升工程的相关资料，同时带着学生实地考察盐田河的环境。实地考察的时候，学生及时将所见记录下来。接下来，学生分小组进行问题探究，分问卷调查组、口头访谈组和网络搜集组。问卷调查组负责设置问卷，发放问卷，向盐田周围的居民和师生调查盐田河的水质现状和变化历程；口头访谈组负责对我校师生和社会人员进行采访，了解盐田河河水的现状和变化历程；网络搜集组则负责上网查找资料，了解盐田河的历史和盐田河整治之路。最后，各小组分小组展示探究成果，资源共享。 同学们在分享中可以了解盐田河的环境到底如何，同时也能关注到目前存在的一些问题，比如淤泥较多、围栏生锈等。同学们和老师一起讨论问题：我们可以做些什么让我们的盐田河更美丽呢？利用真实任务驱动学习。学生分小组头脑风暴，讨论让盐田河环境提升的研究问题和解决方案。培养学生提出问题、解决问题以及小组合作的能力。 明确要求 “我们可以做些什么让我们的盐田河更美丽呢？” 学生：“我们可以找专业团队来处理淤泥！”    “目前也有在处理淤泥，不过开销非常大，有没有更经济的方式呢？”     学生：“那淤泥能不能废物利用呢？拿来做花盆和肥料？” 此时的学生围绕盐田河的环境提升问题展开讨论，提出问题，同学们将自己的提出的问题列出清单，同时讨论解决方案，从可行性、安全性、价值和意义方面进行讨论，活动进入了高潮。 学生学会用语言文字表达自己对盐田河周围环境的看法，同时也培养学生提出问题、解决问题、小组合作和语言表达的能力，也培养他们热爱盐田河、保护盐田河的情感。当然，学生提出来的解决方法是否可以实现，就需要同学们接下来通过浏览互联网和实地调查，请教专家等方式去解决啦。 活动过程记录 （二）撰写方案、提供支架——寻找最佳方案 制定计划是活动实施的重要环节。学生参与“聆听盐田区水利设施管理中心所长和香港理工大学淤泥治理专家陈博士的讲座，分享资料，交流讨论”等活动，可为后期“开展淤泥处理的探究（淤泥肥料实验、淤泥固化硬度实验）”方案的确定与实施奠定基础。 1.明确活动目标与内容 1.1活动目标： 目标1：在聆听讲座和职业体验过程中，培养学生的倾听和获取信息学习能力，从而发展学生总结和反思的思维能力。 目标2：在设计探究实验的过程中，培养学生严谨的科学态度和落实科学调查的实证性原则。 目标3：能够利用盐田河河道淤泥制作出促进植物生长的生态肥料。在一定程度上既处置了淤泥，又有助于恢复生态环境，进而实现让盐田河更美的愿景！学生更加能对探索事物产生更大的研究兴趣。 目标4：能够利用淤泥固化方法，进行固化硬度实验，从而选取合适的固化剂比例来为工程制作提供支持。 1.2主要内容： 让学生在教师的指导下，学生针对盐田河的环境美观进行调查，进而发现河道中的淤泥会影响盐田河的环境美观，激发学生主动思考如何去处理淤泥。 学生思考如何让盐田河更加美丽，开展小组讨论与交流，提出各自观察的影响因素，合力设计调查与探究方案。 1.2.1“淤泥肥料”探究 教师指导学生探究盐田河河道淤泥制作绿化植物肥料的方法。盐田河中的淤泥使得河流不清澈、不够美观，通过将河道淤泥制作为绿化肥料，一方面为淤泥的合理利用提供了解决方案，另一方面利用制作出的淤泥肥料为河道两岸的绿化植物提供更多的养分，实现“取之于河，用之于河”的淤泥高效利用的构想。 本课将通过控制变量法探究淤泥制肥的方法。首先比较直接提取的淤泥与晒干后的淤泥对于植物生长的促进情况，了解到直接提取的淤泥粘性太大会制约植物的生长，晒干的淤泥更适合于用作肥料。再比较不同晒干的淤泥和泥土的混合比例对于植物生长的促进情况找到最佳配比，从而制作出有效的绿化植物肥料。     1.2.2“淤泥固化硬度”探究 教师指导学生探究盐田河河道淤泥固化的方法。盐田河中的淤泥如何“变废为宝”，我们将通过试验探究将黏稠的淤泥固化，提高它的硬度用以制作可以使用的物品，为淤泥的再利用提供一个可行的思路，同样实现“取之于河，用之于河”的淤泥高效利用的构想。 本课将通过让淤泥与不同比例的固化剂混合，开展固化硬度实验，探究出淤泥与固化剂的最佳配比。 2.制定计划 “作为盐田水利设施管理中心的工作人员应如何细化处理淤泥方案以及制定评价标准？ 通过分组讨论，分享方案，提出建议，设计和确定各小组的实施方案。体验这一职业，有利于培养学生的职业认同感，在教学的环节中逐步渗透工程思维。 3.编辑课程活动手册 学生的有效探究离不开教师的引导和帮助，所以我们学校提供相关的“脚 手架”。让学生明确在完成总任务的过程中需要有哪些学习、技能、人员支撑。 根据 STEAM 项目流程，我们制定了一套完整的任务表为学生提供了“脚手架”。通过这些表单，让学生清晰地了解 STEAM 学习流程、并能顺利进行下一步的学习。也有利于教师掌握各小组的进度。 （三）创意设计，原型制作     本部分内容在前面探究结论的基础之上，找到淤泥处理后的实际用途。前面根据探究可以知道：淤泥可以处理成为能够促进植物生长的土壤，并且淤泥在固化之后，它的硬度能够用来制作砖块。能否将这两个结论结合起来，为处理后的淤泥找到一个能够“让盐田河更美丽”的用途呢？经过同学们的思考和老师的引导，我们决定用处理后的淤泥为原料制作盆栽。 1.制作花盆     制作盆栽第一步就要解决花盆的问题，既然淤泥经过固化之后的硬度能够制作成砖块，那么也应该能够制作成花盆。同学们根据这一想法开始动手实践。同学们分为4个小组，先根据前面探究得到的淤泥与固化剂的比例将淤泥与固化剂混合，得到花盆制作的原料。每个小组再选择各自的花盆制作模具，将固化后的淤泥导入模具之中，等待晾干。等到完全干透，将外层的模具取下，我们造型不一的花盆就制作完成了。 2.制作淤泥养分土壤     解决了花盆的问题，接下来就该解决土壤问题了。前面经探究得知，将淤泥晒干与土壤混合后其养分肥度会得到提高，对植物的生长有更好的促进作用。根据这一结论，同学们每个小组开始为自己的盆栽准备淤泥养分土壤，先取得适量的淤泥，将它在容器中均匀铺开晾晒，直至晒干结块。将晒干后的淤泥碾碎与取到的普通泥土混合，得到有淤泥养分的种植土壤。 3.种植植物     首先老师向同学们讲解盆栽植物种植的基本知识，在讲解完成后学生就开始使用本组亲手制作的花盆中加入亲手配置的淤泥养分土壤，再将植物种植到花盆当中，最后为盆栽浇上适量的水。这样我们利用淤泥为原料制作的绿化盆栽就完成了。 4.成果比拼     各小组的同学种植的盆栽在各自的悉心照料下，5天后盆栽中的植物大多都成功存活且有肉眼可见的生长。通过比较哪一小组的植物被照料得最好，评选出最佳小组，并向其他同学分享自己的盆栽养护心得。 （四）测试评估，优化改进 1、测试与评估     （1）在“淤泥固化硬度”实验环节中，学生会对按照不同比例的固化剂与淤泥混合制作成淤泥固体（长方体）进行硬度测试，有的小组在测试的过程中，直接选择较大的哑铃导致实验数据不准确；有的小组在进行自由落体观看损坏程度时，由于实验标准没统一，从而导致实验数据不准确；有的小组测试后，对比实验组差距不明显，导致数据不精准。这时候小组成员就会对哑铃的选择、实验标准、对比实验的设计等进行评估，并小组进行讨论交流寻求改进方法。    （2）在以淤泥为原料固化制作花盆时，我们需要对花盆的防水性能进行测试，测试淤泥制作的花盆在长时间被谁浸泡之后是否会溶解，检测花盆的耐用性。我们将同学们制作的花盆样品完全浸泡于装满水的容器中，侵泡时间为2天。两天后我们将花盆取出，未发现明显的溶解现象，经过粗略的测试，其硬度仍满足作为花盆的使用要求。 2、优化改进 （1）“我们一次性选择哑铃的重量太大了，导致实验对象都断了，所以我们要从小的哑铃开始，循序渐进，才能得到可靠的数据。” “碎了，都碎了”“在这同一高度下，都碎了，这种相同的描述不利于做出区别记录，所以我们应该在碎的程度上，增加区别性用语，才能有利于硬度区分。” “对比组的实验数据差距不大，也就是对比效果不明显，我觉得应该把对比比例增大，才更加有明显的区分，有利于研究。” 在“淤泥固化硬度”实验环节中，学生像科学家一样去优化自己的实验方案。以实验结果为依据，在反思过程中发现问题，并解决问题。需要注意的是，教师需要引导和督促学生完成实验，在课中收集各小组在实验过程中遇到的问题，并及时进行集中的指导。 学生通过收集资料——设计方案——动手实验——实验修正的一个循环过程中，不断地更新和优化，体现了科学思维，使其在后续汇报反思环节中有据可循，尊重科学和事实，树立严谨的科学态度。 （2）使用固化后的淤泥制作出来的花盆颜色灰暗，缺少美感。为了让我们的盆栽显得更加赏心悦目，同学们充分发挥自己的艺术特长，用画笔和颜料将我们的花盆变得更加漂亮。 （五）展示分享，总结评价 1.展示分享    本课有三个活动。第一,回顾前五课时的流程内容,明确本节课的任务,发布本课的评价量表。给每个小组充分的时间继续改进和完善花盆,做评比前的最后一次整改。    第二,进行评比。教师发布评比规则,在评比过程中,其它小组认真观摩成果展示,并及时思考和记录其他小组的亮点和不足之处。   第三,展示交流我们制作的花盆。各小组有效地介绍花盆制作的过程和亮点,步骤清晰。通过小组的展示,可以更直观地了解学生的学习成果。2.总结评价    学生通过经历整个活动,总结得与失及理性对其他小组进行评价,勤于反思让学生养成学会学习的习惯,理性建议培养学生的批判质疑的科学精神。教师总结课程实施中的遇到的问题与收获,引导学生课后继续优化花盆，反思如何让花盆更符合种植需求和更美观。通过本节课例的学习,各小组的学生学用STEAM 学习方式继续探究，也培养了学生的动手实践能力、创新能力和解决问题的能力。 学生作品展示及点评 在美化装饰环节，学生通过反复探索，最终选择了防水耐用的丙烯材料，色彩鲜艳、附着力强，让原本单调的花盆多了一份灵动。在图案的选择上，结合我校诗经植物主题，用了传统纹样中的花草纹等作为装饰，童趣且不失传统。 五、案例实施成效和反思 (一)学生反思    1.在进行“淤泥固化硬度”实验环节中，我们十分兴奋，因此我们看哪个哑铃比较重就拿哪一个，结果导致固化后的长方体断裂。这一次实验的粗心大意教会了我们，在做实验的时候，一定要按照实验步骤走，仔仔细细开展实验。我们选择观看损坏程度时，习惯性就是“碎了，碎了”，这种没有区别性的语言描述，让我们无法区别实验结果，所以我们要好好学语言表达，用更多甚至是更具体精准地语言来描述实验现象，从而为实验带来可靠有用的数据。     2.在使用模具制作花盆时，我们本以为很简单，结果动手做的时候发现我们第一次向模具里面倒原料的时候倒得太快了，等到晒干过后发现花盆上面有一些小洞，老师说是因为我们倒得太快，产生了气泡了。所以我们第一次制作得花盆是不合格的。我明白了不管做什么事情都要细心，不要认为简单就不认真做。 (二)教师反思 善用STEAM的特征根据STEAM学习的真实性,开STEAM学习课堂首先需要选择贴近学生生活,符合生话情境的内容，解决真实的问题。盐田河是学生上下学的必经之地，探究怎么样盐田河更美观，与同学们的生活息息相关，能够激发学生的学习积极性。STEAM学习不是让学生简单的学习知识,而是让学生学会获取知识的途径;不是单纯的做实验,而是可以将知识解决生活中的问题:不是单纯的于工课,而是像科学家一样思考,像工程师一样解决问题。所以,我们在选择课程的内容时候要有真实的驱动性问题和学习目标。2、善用《学习手册》和评价量表    在布置任务之初,学生需要分组去查找资料和完善资料,并且是需要每位同学完成此项任务。但有多半学生没有按时查找资料,这就会影响接下来的小组讨论环节。并且在制作作品中,需要学生自己去上网或者通过别的渠道去购买材料,也有大部分的小组并不能按时的将材料带来,这就会影响上课的进度。我们就想到了,需要使用起来。所以我们在每一个环节都设计了《学习手册》和过程性评价量表,让孩子们做完这一步了,对自己小组进行评价,再继续下一个环节。这样不仅让他们的流程是清晰的,而且通过评价量表的评价机制也能提高他们的学习积极性。 3、善用用团队资源 项目式学习具有很明显的跨学科性,所以一个项目里需要有不同学科的老师加入。在本次项目中,我们团队里有语文、科学、信息、数学、美术等学科老师的共同参与。所以当学生有哪方面的学科知识不清楚的时候,就可以去寻找那个学科的老师。此外我们还有家属外援是土木工程专业的博士，给我们提供相关咨询和帮助。同时,每个老师都需要积极地提升自己的跨学科能力,不断地参加关于项目式学习的培训。(三)项目成效 本课程立足真实而具体的情境，通过带领学生实地查看盐田河两岸环境，通过专家讲座了解到淤泥治理的知识，同时我们为盐田河淤泥治理提供新的思路，探究淤泥固化实验，尝试用工具将淤泥做成花盆，同时用专业仪器检测淤泥肥力，用淤泥作为种植植物的肥料，将淤泥变废为宝、一物多用。     本课程以学生为中心，学生充分利用多媒体和网络信息技术资源，通过实践体验、自主发现、协商合作、动手制作等多种途径来完成，培养学生学习的自主性和创造性，提升学生自主学习、分析问题、解决问题的能力，培养他们热爱盐田河、保护盐田河的主人翁意识。    本课程将STEAM 理念与小学学科相整合,让课堂更接近生话、更注重实践、更强调跨学科的总合。 STEAM 课程全程对学生的表现行为进行监控,特别重视在获得评价的信息后作出及时反馈和改进性指导。并不以最终结果为唯一标准,还从学生的文本记录、活动视频、口头报告等对学业表现进行评价。 课程强调创新能力和解决问愿能力的培养。因此,评价的内容更强调答案不是唯一的,允许多样化的解决方案,有利于培养学生的工程思维。

第五节 智能种植——以设计与搭建铁皮石斛生境智能监控系统为例 智能种植——以设计与搭建铁皮石斛生境智能监控系统为例 深圳市高级中学 彭晨宇 深圳市南山区华侨城中学  彭博  黄宇豪  彭程万里  蔡欣怡 指导教师 余丽 随着物联网AI技术的发展，人们的生产和生活方式正在发生着巨大的变化。因此很多学校都会展开系列的AI教育活动，智能农业是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展的现代超前农业生产方式，高度的技术规范和高效益的是未来农业的发展趋势。我们想在学习通过研究植物种植生境，搭建智能化控制系统，实现自动化精准控制，从而提高产业效应；或在家庭中用智能物联网系统解决相关问题，如外出无人浇水等实际问题，从而满足未来农业种植或家庭智能养殖需求。 课程设计方案 课程名称智能种植——以铁皮石斛生境智能监控系统设计与搭建为例 适用年级高一年级总课时10涉及学科生物、数学、工程、信息技术课程简介（一）课程背景在我校开展的智慧农业主题活动中，有同学在观察中思考发现许多家庭因为要外出或较忙，会疏于管理家庭中的植物，提出了智能物联网精细细化管理植物这个问题，而且有同学发现许多家庭喜欢种植铁皮石斛，因为它不但具备较高的观赏性，还具备非常高的功效与作用。给人们带来了经济收益，但许多家庭因为要外出或较忙，会疏于管理，因此同学们初步聚焦了“家庭智能种植铁皮石斛”这个项目。（二）驱动问题与课程设计思路1.驱动问题围绕着主要问题，从不同核心概念拓展与分解，提出的拟研究的部分问题如下：生物科学：涉及的主要核心概念，如何选择种植基质、调节环境温度、空气 湿度、通风效果、光照强弱及养份等因素？如何繁殖？如何记录生长情况制作生长曲线？智能化种植铁皮石斛，如何尽可能创造 出适宜其生长的仿野外生长环境？其多糖 含量会有变化吗？数学：如何建构工程系统结构模型，对比实验中的数据分析，确定其适宜的生长条件，搭建模型的费用，学校学生劳动教育石斛种植区搭建成本约多少？技术：铁皮石斛种植技术、图形化编程、无人滴灌技术，超声波雾化技术工程：如何搭建与优化无人滴灌系统、超声波雾化系统、彩色人工补光系统、遮光系统2.课程设计思路    本课程围绕总驱动任务——设计铁皮石斛智能生境，有机融合STEM学科知识技能，展开项目式学习，使学生在解决真实问题中培养学生综合素养。   课程资源分析本课程社会实践考察可考察石斛种植园，采访农科生物学专家，本课程所需的实验材料由学校提供，个别学生在家庭种植铁皮石斛，则自行购卖。主要材料有：铁皮石斛种植苗、松树皮、杉树板、水苔、开源硬件MovaJoin控制板、土地，本课程由小组合作的方式在校本特色课程中实施。课程目标（一）知识与技能1.通过查阅相关文献了解铁皮石斛生境，以及铁皮石斛的食用及药用价值。2.学习并运用生物科学深入了解适宜铁皮石斛生长的环境要求。3.基于真实情境解决问题，学习与运用物理、信息技术、工程技术等知识，搭建智能监控系统。4.生物科学：了解主要核心概念，光照、温度、温度等环境条件对植物长生的影响，铁皮石斛多糖递度测定5.数学：计算铁皮石斛的基质种植投入费用，提出产生高效益的可行性方案能进行实验记录及数据分析6.技术：学习铁皮石斛种植技术，应用工具材料种植石斛；学习图形化编程，并运用编程技术、滴灌技术，解决问题工程：建立工程模型、搭建与优化无人滴灌系统、超声波雾化系统、彩色光照系统（二）思维与能力1.通过实地考察铁皮石斛种植区，邀请农业专家讲解种植与养护方法，能基于所学的知识，通过观察、实验、查阅资料、调查等方式获取信息。2.通过学习探究，经历研究性学习，提高数据记录、数据分析、对比等研究能力。（三）态度与责任1.养成良好的研究习惯，形成良好科学探究品质，为终生学习奠基。2.能对探究与制作活动进行过程性反思,及时调整,及时总结。3.能从经济效益、社会效益、环境效益等方面评价工程设计，培养社会责任感、创新和实践能力。 学习主题活动安排师生互动下共同分析学生特征、需求及课程资源，根据知识在真实世界中的应用，加强学生学习迁移的机会，细心整理统整的课程内容，去芜存精，提高课程效率，以小组合作的方式展开活动，各小组自行选定种植的植物种类，本计划以铁皮石斛的种植为例。 活动名称活动内容时间安排预期成果形式铁皮石斛种植查阅资料了解石斛生境；走进石斛园进行科考；用不同基质种植铁皮石斛；观察记录效果2课时考察笔记，种植成品设计智能生境控制系统用开源主控、传感器及控制设备设计生控系统1课时设计图智能雾化系统设计与搭建设计超声波雾化系统，根据铁皮石斛对空气湿度的要求，编写程序；安装雾化系统并检测效果2课时智能雾化系统成品无人滴灌系统设计与搭建设计土壤湿度系统，根据铁皮石斛对土壤湿度的要求，编写程序；安装滴灌系统并检测效果2课时智能滴灌系统成品智能光控系统设计与搭建设计光控系统，根据铁皮石斛对光的要求，编写程序；安装光控系统并检测效果2课时智能光控系统成品探究与优化智能生态课后观察记录铁皮石斛生长情况，发现问题适当调整。周期为3个月至一年。观察记录表展示与分享撰写结题报告，制作展示板、小组在班级中分享活动过程1课时报告、展板等  评价活动成绩评定STEM教学模式强调学生为主体，重视问题情境的创设，重视学生具体经验的获得，强调跨学科整合及合作的方式解决真实的问题。采用表现性评价、档案性评价及动态评价相结合的方式，进行评价，本课程评价内容如下：    评价内容评价结果自我评价同学评价老师评价能清晰地知道铁皮石斛的种植生境，如空气湿度、温度及光照等，了解其种植方式优□良□中□优□良□中□优□良□中□在动手实践中使用工具及材料，科学种植铁皮石斛，并观察记录信息优□良□中□优□良□中□优□良□中□应用生物科学知识，提出符合设计原则，且具有一定创造性、实践性强的方案，并能解释方案。优□良□中□优□良□中□优□良□中□能根据方案，运用智能硬件设备，编写程序，制作“智能无人滴灌”作品，该作品运行稳定、功能正常。优□良□中□优□良□中□优□良□中□能根据方案，运用智能硬件设备，编写程序，制作“智能超声波雾化”作品，该作品运行稳定、功能正常。优□良□中□优□良□中□优□良□中□能根据方案，运用智能硬件设备，编写程序，制作“智能远程遮光”作品，该作品运行稳定、功能正常。优□良□中□优□良□中□优□良□中□在后期观察中积极思考，能不断调测、优化功能，体现出批判质疑的精神优□良□中□优□良□中□优□良□中□关注项目的体现的工程制作及科学体验，并与同学们分享。 优□良□中□优□良□中□优□良□中□综合评价 、活动反思：1.在解决问题中，我遇到一些困难，下面是我列出的关键问题及关键词。 2.通过小组讨论我设计出了作品草图，我们的创意是。3.活动实施的调测与优化过程中，我们采用了下面的方式去调测与优化项目，其关键点如下：4.我认为以下小组值得我学习：  智能种植——以设计与搭建铁皮石斛生境智能监控系统 一、课程概述 铁皮石斛的种植有着悠久历史，在唐代医学经典《道藏》中，铁皮石斛被列为中华九大仙草之首，铁皮石斛花不但具备较高的观赏性，在中医药学上来看，铁皮石斛还具备非常高的功效与作用。名医李时珍在《本草纲目》中更是评价铁皮石斛“除弊，下气、补五脏虚劳，强阴益精，久服厚肠胃”等等。 种植铁皮石斛可以给农村居民带来经济收益，也可以让城市居民有赏花之乐和收获之乐，因此，在城市或乡村人们都可以种植铁皮石斛。但铁皮石斛的生长环境与常见花卉不同，很多人对其温度、湿度、光照等因素不清晰，不知如何种植，如何减少成本，提高产业效应；自然条件不适合情况下会加大铁皮石斛的种植难度。 智能农业是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展的现代超前农业生产方式，高度的技术规范和高效益的是未来农业的发展趋势。我们想在学习通过研究植物种植生境，搭建智能化控制系统，实现自动化精准控制，从而提高产业效应；或在家庭中用智能物联网系统解决相关问题，如外出无人浇水等实际问题，从而满足未来农业种植或家庭智能养殖需求。 因此，我们通过实验探究铁皮石斛的生境，获取相关数据，进行设计与搭建智能化控制系统，自动化精准控制土壤湿度、空气湿度、温度和光照强度，从而满足铁皮石斛的生长需求。活动实施一年，获取了大量的数据，取得了较好的效果。 二、案例目标 （一）知识与技能 1.通过查阅相关文献了解铁皮石斛生境，以及铁皮石斛的食用及药用价值。 2.学习并运用生物科学深入了解适宜铁皮石斛生长的环境要求。 3.基于真实情境解决问题，学习与运用物理、信息技术、工程技术等知识，搭建智能监控系统。 4.生物科学：了解主要核心概念，光照、温度、温度等环境条件对植物长生的影响，铁皮石斛多糖递度测定 5.数学：计算铁皮石斛的基质种植投入费用，提出产生高效益的可行性方案能进行实验记录及数据分析 6.技术：学习铁皮石斛种植技术，应用工具材料种植石斛；学习图形化编程，并运用编程技术、滴灌技术，解决问题 工程：建立工程模型、搭建与优化无人滴灌系统、超声波雾化系统、彩色光照系统 （二）思维与能力 1.通过实地考察铁皮石斛种植区，邀请农业专家讲解种植与养护方法，能基于所学的知识，通过观察、实验、查阅资料、调查等方式获取信息。 2.通过学习探究，经历研究性学习，提高数据记录、数据分析、对比等研究能力。 （三）态度与责任 1.养成良好的研究习惯，形成良好科学探究品质，为终生学习奠基。 2.能对探究与制作活动进行过程性反思,及时调整,及时总结。 3.能从经济效益、社会效益、环境效益等方面评价工程设计，培养社会责任感、创新和实践能力。 三、案例实施过程 （一）群体叙事 发现驱动问题与课程设计思路 如何解决问题呢？通常采用形成驱动性问题，任务驱动寻找解决问题的办法 。众所周知，物联网生态园项目已经在农业生产中运用了，要在家庭中应用于种植石斛，则必须了解石斛生境并将相关参数应用于物联网系统中，教师要带领学生将这个问题任务，拆解为若干小任务或活动，从而解决问题。 因此我们首先会成为一个由学生代表、各学科教师、家长、校外专家等组成的跨学科团队，跨界协同参与这个项目，主要在于开发课程内容、学习支架，研究教法，上课则由一位核心教师进入课堂展开教学，而不是分列为不同的教师按不同的领域授课。 在师生群体议事时，针对这个主题项目，先从学科角度画出思维导图，如生物学科可能涉及核心概念：铁皮石斛的生境，多糖检测，繁殖、物联网技术等，围绕着主要问题，从不同核心概念拓展与分解，需挖掘更具体，指向性更明确的驱动性问题。建立“问题库”及相应解决办法，并在教学中不断完善“问题库”。 具体驱动问题涉及的主要核心概念，智能化种植铁皮石斛，如何尽可能创造 出适宜其生长的仿野外生长环境？如何选择种植的基质、调节环境温度、空气 湿度、通风效果、光照强弱及养份等因素？如何繁殖？如何记录生长情况制作生长曲线？其多糖含量如何变化？如何做梯度实验等等。采用文献研究、科学探究、考察访谈、实验等方法进行探究。 围绕着主要问题，从不同核心概念拓展与分解，与提出要研究的主要问题如下： 表  学生智能种植铁皮石斛问题库  具体驱动问题解决办法或任务科学涉及的主要核心概念，如何选择种植基质、调节环境温度、空气 湿度、通风效果、光照强弱及养份等因素？如何繁殖？如何记录生长情况制作生长曲线？智能化种植铁皮石斛，如何尽可能创造 出适宜其生长的仿野外生长环境？其多糖 含量会有变化吗？是否要通过楼间距及居住地点进行光照强度计算，以判断该楼层是否需要设计光照控制系统（遮光或补光）？文献研究、科学探究、考察访谈 数学 铁皮石斛种植的基质费用是多少？如何搭建智能种植工程系统结构模型？如何对实验中的数据分析，确定出确切的生长条件参数？搭建模型的费用是多少？如何建模预测学校学生劳动教育石斛种植区搭建成本约多少？ 购买材料并计算成本、数据分析成效 技术 图形化编程、无人滴灌技术，超声波雾化等物联网技术能否支撑该项目。学习编程技术 工程 如何运用铁皮石斛生境参数搭建与优化无人滴灌系统、超声波雾化系统、彩色人工补光系统、遮光系统 设计与工程搭建、工程进程控制 教师点评：在群体议事，产生驱动性问题的环节。学生讨论时需从多学科角度画出思维导图，建立“问题库”并产生相应解决办法，如学生通过科学探究，并应用物联网控制系统，对石斛种植过程中的多种参数进行监测和控制，让石斛处于最佳生境。并在工程实施环节对工程的稳定性、可控制性等方面进行重点考虑。在群体叙事环节通过思维导维及问题库的建立，有助于学生明晰任务。 （二）撰写方案，提供支架 课程内容的组织与编排呈现可以说是一件严谨规范的工作，它不是简单地将相关学科知识叠加起来。首先，作为STEM课程内容的学科知识要遵循各学科各学段知识本身的内容逻辑顺序，又要尊重学生心理发展的顺序，力求二者的有机统一。通常采用直线型顺序对内容进行组织编排。如我们根据李克东教授提出的把跨学科学习活动5EX 模型，分为五个学习活动：进入情境与提出问题活动； 探究学习与数学应用活动； 工程设计与技术制作活动；知识扩展与创意设计活动；多元评价与学习反思活动。 比如在智能种石斛案例中，1.真实情境问题导入用驱动问题将问题拆分，形成解决方案 ，2在科学探究中，探究石斛生境，繁殖技术，并在实践中获得相关参数，3.将工程技术环节，运用物联网控制系统对石斛种植生境进行监测和控制，让石斛处于最佳生境。4.形成智能作品，其重点是对工程的稳定性、可控制性等方面进行重点考虑。调测优化，着重于一个核心的思想：的这个项目还可以“如何佚代优化”，甚至重回第二步或产生新的选 题等等。在评价反思阶段。形成STEM项目方案，初步确定课时与每节课的任务与结果。 活动流程如下 根据方案，设计相应的学习支架，我们准备的学习支架主要包括四类：学习文献与视频资料、记录量表、学习工具材料以及表现性评价量表。在不同学生环节中，帮助学生展开自主的探索与学习，我们设计的学习支架会在活动实施过程中呈现。 创意设计、原型制作 1.铁皮石斛的种植与养护 情境导入：铁皮石斛的种植有着悠久历史，在唐代医学经典《道藏》中，铁皮石斛被列为中华九大仙草之首，铁皮石斛花不但具备较高的观赏性，在中医药学上来看，铁皮石斛还具备非常高的功效与作用。 种植铁皮石斛可以给农村居民带来经济收益，也可以让城市居民有赏花之乐和收获之乐，因此，在城市或乡村人们都可以种植铁皮石斛。 明确任务：通过分组及团队活动，利用现代科学的种植技术和种植管理方法，种植石斛，并在实践中应用智能科技，进一步探究其科学种植与养护方式。学习任务： （1）了解铁皮石斛生长环境 通过查阅相关文献，考察石斛科技种植产业 我们参观了深圳国家兰花中心，实地考察铁皮石斛种植区，李利强专家给我们做了智能大鹏种植铁皮石斛的方法，结合生物学科知识，如光合作用需要的条件，了解铁皮石斛生长的条件主要是水、光照、湿度和温度等； 图 学生访谈农科专家李利强 石斛的养殖方法也并不复杂，只要选择合适的土壤、合理地浇水施肥、维持合适的光照和温度、保持一定的空气湿度，就能够将石斛养好。了解铁皮石斛的食用及药用价值等。我们了解了石斛的养殖方法和注意事项。 土壤 养殖铁皮石斛最好选用疏松透气、排水性好的土壤如选用颗粒泥炭、松树皮和碎石以4:4:2的比例混合配制成种植基质。 铁皮石斛之所以不能种植在土壤内，主要是由于铁皮石斛是气生根和浅根的特质，也就是说要求良好的透气性，一般仿照野生状态下铁皮石斛的生长环境，对透气性要求比较高，因此还可以使用蛇木板，即用桫椤植物制作成蓬松透气的木质材料，作为栽培介质。还有人用杉树皮、松树皮等作为栽培介质。 　　水肥管理 石斛喜湿润环境，但是也不能浇太多不，以免积水烂根。春秋每天浇水一次，浇水应将整个植株喷湿，让植株充分吸收水分，保证土壤湿润。夏季每天浇水两次，冬天可适当减少浇水。石斛生长期，需要每7-10天施一次腐熟的稀薄饼肥水，或羊蛋肥，冬季休眠期不施肥，农科中心采用水帘增湿。 图深圳兰科中心铁皮石斛种植园 光照 石斛喜半阴环境，在春季和夏季光照较强时，需要遮光60％-70％；在冬季休眠期，需要更多光照，应当遮光20％-30％。 图兰科中心铁皮石斛种植园的控制系统 遮光采用半自动的方式，如夏天10点以后，遮光控制在80%以上，因为遮光网遮光率是70%，因此要选用2重网遮光，其遮光率计算为：70%=21%,71%+21%=91%。李利强农科专家介绍了半自动的遮光系统，我们也由此产生了设想设计物联网遮光棚。 温度 　　石斛的生长适温在15-30摄氏度之间，冬季温度最好不要低于5摄氏度，铁皮石斛不耐严寒，到了冬季最好是转移到室内或搭建大棚来进行保暖。注意环境保湿并通风。 空气湿度 石斛喜湿润环境。平时最好保持湿度在60％—90％。夏季炎热时，应经常在植株周围喷水，同时加强空气流通，以达到保湿散热的目的。其后我们还了解了铁皮石斛的生境情况。如湿度是采用一边水帘淋水另一边抽风的方式，控制湿度也降低成本；访谈农业学专家，了解到铁皮石斛如果用土壤湿度计监测土壤湿度，因放置位置不同，较难有好的效果，建议我们用空气湿度进行监测效果更佳，至于超声波雾化器的使用，则建议雾化效果需达到叶片出现小水滴时，停止雾化。 （2）了解铁皮石斛的繁殖与优势 铁皮石斛自然繁殖率极低，通过组织培养快速大量繁殖铁皮石斛组培苗成为解决种苗问题的有效途径。 了解到农业专家们针对铁皮石斛传统温室栽培管理成本高、重金属与农药存残毒影响产品品质等问题，铁皮石斛种苗数量23.5万丛， （3）探究铁皮石斛种植与扦插繁殖 情境问题 我们发现人们采用了不同的种植基质种植，不同基质对铁皮石斛的生长产生不同的影响吗？如何有效施肥，保湿、遮光或补光呢？ 在智能生境控制下，将石斛进行扦插繁殖，效果如何？ 明确任务 通过对比不同基质的种植方法，对比智能控制下石斛的生长，对比智能控制下石斛扦插繁殖效果，进行实验设计，在实验中获得信息采集与分析的能力。 设计科学探究实践 准备材料：颗粒泥炭、松树皮、碎石、水苔、莎罗皮板、杉树板、铁皮石斛苗、铁皮石斛茎。 开展种植实验 种植石斛前应进行实验设计，画出记录图表，明确实验步骤及对比实验，才能在实践中进行不同基质下的对比实验。 开展繁殖实验 石斛有种子，但因为铁皮石斛自然繁殖率极低，利用种子快速育苗一般要借助高新技术手段，即利用尚未充分成熟的铁皮石斛种子(蒴果尚未开裂)，经严格地消毒并在无菌的条件下植入培养基中。所以我们不采用种子繁殖， 我们采用扦插繁殖。第五组石斛扦插于松树皮，第六组扦插于杉树板上。 学生活动记录于下。 编号种植第一天种植一周种植二周种植后两个月种植后三个月智能种植后三个月第一组...

城市污水处理生态砖 北京师范大学南山附属学校 学生：张晨、箫瑶、许可  指导教师：罗东才 《中小学综合实践活动课程指导纲要》和《普通高中通用技术课程标准》都强调立足学生的真实生活和发展需要，从生活情境中发现问题，在技术实践过程中，培养学生跨学科综合素质。 本案例，从学生城市生活中遇到的真实情境出发，由学生自己发现问题、提出改良方案并付诸实践。从城市污水处理工程的技术设计角度，让学生理解处理特种污水的生物反应器结构、系统、流程、控制的一般概念，了解生态砖简单的结构设计、系统设计、流程设计、控制设计的基本知识，以及这些知识与城市污水处理的联系和应用。 第二部分 项目实施案例 项目概况项目背景 深圳大沙河位于学校附近，被各种废水充斥其中，污泥堆积,杂草丛生,臭气熏天,人见人呕，是非常理想的城市污水治理对象。高一学生前期已经有了对填海区土壤生态重建的探究经验，结合学校周边的多个环保研究机构和企业资源，经过高中微生物知识的学习，提出运用微生物工程生态处理城市生活污水处理的做法。经过大量实验，选择大沙河河底污泥作为吸附剂制备原料，选择植物材料——明列子作为污泥吸附剂的添加物，可以有效解决传统活性污泥法因溶解氧不足而效率不高的问题。 项目简介 城市污水随处可见，且成分复杂，水质理化指标具有许多特异性。怎样运用所学为建设美丽深圳，改善学校附近被列为广东污染最严重的三河之一深圳大沙河的水质贡献一份力量，引起学生共鸣。通过前期调研发现，对污水长时间曝气，玻璃瓶里会出现污泥（活性污泥），水质也得到明显改善。于是，学生们尝试使用活性污泥法对城市污水进行了生态处理研究。为解决传统处理法效率不高难点，学生们开展了生态砖的工程探索与实践。 学习目标 1、通过对生态砖的设计、制作、测试的过程，尝试运用工程设计的一般过程、流程、系统优化等知识解决现实生活中的实际问题，初步掌握工程项目设计的一般程序和基本方法，并初步学会对工艺流程进行评价与做出改进。 2、经历设计、实践过程，体验物化经历，熟悉常见材料材质特性及其加工方法，学会选择材料并能对其做初步处理。 3、以本地现实问题为研究对象, 在对污泥成分测试的基础上, 研究目前新技术, 并对其制备原理、影响因素等进行探讨, 能找出传统制备方法的缺点, 为污泥的资源化利用找到更有效、更环保的新途径。以结构不良问题为引导,通过学生的自主探究和合作学习,让学生在解决问题的过程中自主习得知识和发展技能。 4、通过本项目的生态砖孔隙结构设计实现多学科整合，提高通用技术课的综合性和深刻性。 项目计划 城市污水处理是一项综合工程，要对学科知识进行整合，师生互动分析学科之间的知识关联，将分散的学科知识进行跨学科结构化，通过跨学科的问题探究将各学科有机地串联起来形成生态砖制作STEM课程。所以项目开展前师生首先通过头脑风暴确定问题。当通过头脑风暴的方法产生了大量可能解决问题的方案的时候，学生就可以开始分析这些方案了。在设计完解决方案之后，需要优化解决方案。 在课程设计过程中，学生的项目会经历多次评估、优化与调试，所以本项目的工程设计过程中按照三个不同阶段设置了循序递进的问题情境，活动流程如下： 项目实施过程 （一）调查与探究 近年来随着城市生活污水量的不断增加，现有的生活污水处理工艺在具体应用中还存在许多不足之处。一旦城市生活污水得不到有效处理，这必然会对城市的发展带来较大的影响，因此需要针对当前城市生活污水处理中存在的问题进行深入，以便于为全面提高城市生活污水处理水平提供必要的帮助。学生分组后通过头脑风暴制订行动计划： 活动3：实验探究 根据前期调研结果，实验探究污泥的获取与预处理；解决污泥透气问题（溶解氧）的材料选择——植物纤维生物球制备。 （二）设计、制作、评估 第一阶段 问题情境 1：活性污泥法是污水生物处理的一种方法。该法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥。是处理城市污水最广泛使用的方法。但由于一般的活性污泥法处理污水需要污水中要含有足够的溶解氧，且要保证活性污泥连续回流，并且排除剩余污泥，否则处理污水效率不能再提高，能不能自己动手制作一个解决以上问题的结构呢？ 情境分析：需要设计一个既能由碳骨架为主体构成的孔隙结构又具备吸附性的结构。 设计分析、方案构思：城市污水处理厂污泥中含有大量有机物, 含碳量也较高, 因此, 可以通过合适的处理方法, 将污泥转化成价格低廉的含碳吸附剂。常见的方法有传统化学活化法，该法耗时长，且易造成化学药剂浪费与污染。通过文献研究, 可通过微波诱导使污泥中的有机物热解、挥发, 形成由碳骨架为主体构成的孔隙结构的吸附剂。 活动目的：善于发现问题并能提出解决方案，设计方案并利用简单的污泥实现物化过程。 活动过程： 1.微波热解法制备污泥吸附剂 1.1、设备 所选微波装置是Midea 美的 MM721NG1-PW 微波炉 1.2、选材 选择深圳大沙河河底污泥作为吸附剂制备原料。大沙河主要的污染源有沿岸生活污水、工业废水和垃圾渗滤水，内含丰富的有机质，是制备污泥吸附剂的理想原材料。 选择明列子作为污泥吸附剂的添加物，购自安徽省亳州市国和食品有限公司出品的Optimcom/优品康牌兰香子（学名：明列子）。 兰香子，学名明列子，为唇型花科、罗勒属、一年生、芳香性亚灌木状、草本植物。明列子接触水或体内消化液、种子表面的多糖类不溶性食物纤维、具吸水后自体膨胀的特性、可有效的吸附剂孔隙大小、结构及分布，提高微波热处理效率。 1.3、材料处理 取大沙河污泥放至手摇离心沉淀器离心脱水处理备用 图6-63 微波诱导热解污泥制备含碳吸附剂工艺流程 吸附剂制备工艺流程如图1，将脱水污泥与研磨至粉末状的活性炭按比例充分混合,在氮气保护下按一定的微波处理工艺进行处理. 此时得到的吸附剂含有大量的热解油, 以15% 的氨水溶液充分浸洗，再以蒸馏水洗涤数次，使pH达到6左右. 在温度为105℃的烘箱中干燥数小时, 恒重。烘干后放入干燥器中冷却, 研磨至80目,...

AI劳动实践案例项目 申 报 书 学校名称：   深圳市龙岗区麓城外国语小学 （盖章）     团队成员：  邓嘉俊、乔语萱、袁祺昊、付宇萌、吴柯陈   申报日期：               2021.5.12                    2021年2月 填 写 要 求 未满16周岁的中小学生，按户口本身份证号码填写。表格文本中如有外文名词，第一次出现时写清全称和缩写，再次出现时可以使用缩写。本表栏目未涵盖而需要说明的内容，请在备注栏中填写。表格空间不足的，可以扩展。