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：[100-(100X70%)]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 （取平均） | 质量：株高：根部：长势： | ||||
| 第二组 | |||||
| 第三组 | |||||
| 第四组 |
（4）实验探究
实验中，认真观察石斛生长情况，及时记录数据，通过图片、文字等方式进行描述忆记录。种植步骤如下：
浸泡。使用蛇木板当栽培介质，用水浸泡2天。
种植。第一组颗粒泥炭、松树皮、碎石以4:4:2的比例混合种植于盆中；
第二组以松树皮、水苔组合种植于盆中；
第三组以吊栽为主，种于蛇木上。如：第一组颗粒泥炭、松树皮、碎石以4:4:2的比例混合种植；第二组以松树皮、水苔组合种植；第三组以莎罗皮上种植为主，第四组以杉树板上种植。
在铁皮石斛生长的温度、光照和湿度相同的条件下，对比不同种植基质对铁皮石斛的影响。
为了让花盆更透风，我们在塑料盆的四周打了许多小孔。还采用了筛子做为花盒种植。
松树皮、蛇木不易吸附水分，因此若要将铁皮石斛栽种于蛇木板上，用新水苔包裹根部，然后用铁丝或棉线连同水苔及铁皮石斛根一块固定于板上。
其中有同学还会发现这样的问题：将石斛与水苔绑在板上时，应该用什么材料？如用铁丝会产生铁绣，使用棉线则易烂，在考虑到安全性、美观、耐腐蚀性等因素后，采用尼龙绳进行绑扎固定，效果好。
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。枝条的选择
如果你想要扦插石斛，必须要选对枝条，一般选择它开完花以后的老枝条，枝条外边包着一层灰色的外皮，这种的枝条比较老，要选择粗壮的枝条，把它剪下来以后可以当做扦插的枝条去使用。
我们修剪下来的枝条不需要太长，一般情况下保留两到三节就可以了，将修剪下来的枝条不要直接扦插，我们首先要放到一个阴凉通风的地方去晾，最少晾上三到五天的时间，晾好了以后也不要直接扦插，我们去把它放到冰箱的冷藏室里边去呆上五到七天，记住是冰箱的冷藏室，温度在六度左右，这样做的目的是让它的枝条去经过低温处理以后增加它的发芽率，也可以理解为它的枝条在这个温度环境当中呆着会进入休眠状态，我们再拿出来去扦插的时候他会在常温下快速的苏醒，到时候苏醒以后直接长根，直接从枝条上长新芽。将它彻底的打湿，把它压平，将枝条均匀的摆放到扦插的基质上面，记住是平铺摆放，不是直接插到里边去，这样扦插好了以后给它浇透水，放到一个见散光或者是明亮光的位置，千万别暴晒。下次浇水一般情况下是两到三天的时间再去给它浇水，也就是他的基质表皮稍微干，您及时的给他浇透水就行了。经过这几步操作处理以后，我们扦插的石斛枝条最多20天的时间芽子就能够长出来，就能够长到两到三厘米，并且根系能够明显的看到。这是处理条与芽的照片。
（5）收集实验数据
教师引导学生结合生物学实验分析的科学方法，对科学探究的结果进行科学解释，找到铁皮石斛生长的适宜条件。
学生用数据测量、图片、文字等方式，记录高度、根系及叶片情况，两周后根据所记录的数据分析，对比种在不同基质中的石斛生长情况，总结出石斛种植方式。在安装智能生态控制系统，可用记录表持续观察。
2.设计与制作智能监控系统（工程制作）
（1）情境导入
在种植铁皮石斛时需要适宜的湿度、温度 、散射光的生态环境，面对夏天特别干燥的季节，或者长时间外出没时间浇水，冬天气候寒冷，需在室内或大棚种植，光线不足，这些都可能会造成植物死亡，能不能用现代技术给解决呢？
（2）明确任务
围绕项目，设计与制作一个能够测量土壤湿度、空气湿度、光照、温度的系统，并能用自制的系统监测这些生态指标，了解铁皮石斛的生境。通过物联网自动控制实现监测与控制管理，解决长时间无人浇水、空气湿度、光源不足或阳光强烈等问题。
在设计与制作智能监控系统环节，学习支架主要是“工程规划表”。工程规划表格应当包含工程设计的一系列流程，包括拟解决的问题、任务描述、初步设想、选择材料、制作原型、性能测试、改正制品、制品定型等具体方法及时间进度，这是总表，主要呈现时间进度条及在实施中发现的新问题及解决方法，是否解决等。
（3）工程设计
确定想通过工程设计解决什么问题，如何解决问题，基于自己的思考画出工程制作作品的设计图，并写出设计原理及作品预期功能等。根据铁皮石斛生境要求，明确重要参数，如空气湿度控制在60％——90％之间，空气湿度控制于湿度在60％以上。学习支架主要是学生学习多点控制系统原理说明书，帮助学生理解，硬件层、软件层、应用层，简单机械如丝杆的应用与工程结构、物联网编程技术视频教学学习。有了这些基础学生才能基于自己的思考，选出组内最佳方案，画出草图，搭建硬件结构，将科学探究获得的参数，应用于编程中，从而动手制作，完成原型。
多点控制系统原理
准备材料
认识与开源硬件MovaJoin主控器，它体形小巧，由集成高性能微处理器、旋转编码器、无源蜂鸣器、双路大电流驱动、充电电路、锂电池等组成，支持多平台图形化和Python编程，能兼容各种传感模块和结构件，特别适合个性化创制，我们10分钟编程入门。
在学校创客空间，我们还找到了土壤湿度传感器、空气温湿度传感器、光照传感器、LED阵列、PVC管等，随后我们在网上购买了微型水泵、超声波雾化器。
（3）设计与安装无人滴灌系统与超声波雾化系统
第一步，画出草图，硬件
选择蓝牙通信模块，通过连接线的PHD2.0 2*2插头插入主控板S0插座，通过串口与手机进行通信。将空气温湿度模块和LED阵列模块通过连接线插入主控板S1插座，将光敏传感器和土壤湿度传感模块通过连接线插入主控板S2插座，最后在M0中接微型水泵和超声波雾化器。内嵌OLED可显示土壤湿度、光照、空气温湿度数值，以及水泵和LED灯阵控制请况，内嵌旋转编码器可用于功能设置（如报警阈值等），内嵌蜂鸣器可用于报警提示。
这样，一套无人滴灌、超声波雾化、人工智能补光系统硬件设备搭建完成。
第二步，编程。下面以土壤湿度为例进行编程
实际编程时，用Mixly图形化编程，以读取土壤湿度和实现无人滴灌功能为例，程序如下：
第三步 程序导入
开始连接硬件前需要将上面编写的程序保存至电脑，通过USB数据线连接电脑与主控器，上传相关数据。
智能雾化效果与智能遮光光系统的设计与制作，其原理方法与无人滴灌系统相同，在搭建中适当考虑装置的外观、造型以及所用材料的可获得性及费用，特别是石斛种植湿度大，元器件应做好防水保护。
调测评估，优化改进
在此环节中，学生发现制作模型时常有失败发生，要学会测试及改进制品。对制作的原型进行测试，找出失败的原因，进而改进与完善自己的工程设计方案。例如：活动中根据铁皮石斛生境要求，明确重要参数，我们要克服的是要帮助学生将学习到的碎片的分科知识串联起来去处理真实问题，比如文献中获得空气湿度控制在60％——90％之间在用超声波雾化时，在访谈专家时获知只需要液面出现小液滴即可，无需长时间开启，我们学生经过实验，发现而面出现小液滴的时间约为1小时，这样我们将科学探究与工程设计进行了结合。
其后，又发现雾化不均这个问题，如何解决呢？我们发现了超市中蔬菜增湿器，从而将设计迁移到自己的作品，创新性地优化了项目，但受限于物联网材料包本身功率，效果不理想，我们将继续探索。
四、学生作品展示与点评
搭建完成智能系统后，在家庭中进行我们进行了长期的观察与实践，通过记录，得出了以下结论。
结论1：三种种植方式，植物长势均比较良好，铁皮石斛值得在城市家庭及农村普及种植。三组种植方式中莎罗皮板效果最好根系发达长势旺盛，花多，可挂在阳台墙壁上，节约种植空间，但蛇皮板费用较高，适合城市家庭种植。第二组中用水苔与松树皮效果好，成本低，建议农家采用这种方式种植。记录分析成本：石斛吊栽使用杉树皮板 ，用杉树板替代蛇木板，可降低成本，如蛇木板16元/块, 杉树板料1元/块,对比实验四个月后，发现铁皮石斛均生长良好。基质无明显区别。
结论2：智能雾化效果良好，在夏天干燥季节可长期开放，用手机进行适当的监测，效果良好。
结论3：智能滴灌效果良好，因为有雾化器，能长期保存湿度，在长期外出无人浇水时，采用手机遥控，用物联网的方式浇水。
收获的季节，铁皮石斛的茎用于煮汤，花多可赏，也能食用哦。这是我们的收获。
五、案例实施成效和反思
彭晨宇：在石斛园参观， 了解到墙体与薄膜具有一定保温作用，白天增加光照可以提高室内温度，而降温基本靠通风来达到。活动中我种植了铁皮石斛，并进行了一年的管理与养护，在过程中我还用开源智能硬件Movajoin进行了编程与搭建，先进的设施,先进的种植技术,让我们领略到现代农业发展的无穷魅力，由此我们看到了现代农业发展的前景。
彭程万里:农科中心\仙湖植物园里的石斛长势极佳,我们看到了农业技术的应用价值,特别是铁皮石斛可以带来巨大的经济效益,在访谈中也了解到有企业投资铁皮石斛的种植失败的事例 ,更坚定了我学习生物农业技术的决心.
教师反思
学生将铁皮石斛根据方案种植于不同的基质中，那一节课我看到了一派绿意盎然的景象，城市学生真的很需要体验种植的乐趣。在其后的活动中则鼓励学生手脑并用，灵活掌握生物科学、信息技术、工程搭建等技术，应用于项目中，通地过这个项目有效地提高了学生的技术操作水平、判断信息、知识迁移水平。活动中学生收集了大量的文献，如梯度实验，根据阅读发现石斛的多糖需积累3年，因此，只能两人年后来完成了。