智慧种植,让梦想精彩放飞
作者:缪黎明   发布日期:2014-10-27 15:09:35   阅读数:3444

 一、研究背景

(一)“实验室小种植的实践研究”是现代农业发展的需要

若干年前,美国俄克拉荷马州立大学和加州一家农业科技公司共同推出一种名为“绿色寻求者”的手握式遥感器,只要握着这个小小的遥感器在庄稼地里走上一圈,电子显示屏就会准确显示:每0.4平方米的庄稼目前的肥料、水分等营养情况,以及现在还缺多少肥料、水分,或存在过多的肥料和水分等。我国是世界上的农业大国,但大多数农民还是以繁重的落后的粗放的传统方式作业,劳动与收获极其不对称。同时,我国又是耕地严重不足的国家,目前我国耕地面积仅占世界7%,人均耕地面积排名世界第126位,却要承载占世界1/5的人口。如何让农民在单位面积和单位时间的劳动里,生产出更多财富的条件,是一个长期的课题。2007年1月29日,《中共中央国务院关于积极发展现代农业扎实推进社会主义新农村建设的若干意见》要求,发展现代农业是社会主义新农村建设的首要任务。实现现代化农业,就是我国传统农业转化为现代农业的现代化过程。没有农业的现代化,就谈不上全面建设小康社会,也就没有中国整个社会的现代化。人们希望通过现代农业的发展,科学技术和产品应用成为农业高效和可持续发展的促力。由于各地政府和农民的努力,现在在不同地区已经出现了许多典型的现代农业样板。例如,杨凌的农业国家高新技术示范区,近年来在农业科技推广方面发挥了重要的促进作用;上海建立了许多现代生态农业园;山东寿光的蔬菜生产先进技术和经营理念在国内外驰名等。如何将这些先进的农业种植技术教授给中学生?目前国内普通中学还没有一套系统完整、适合校情的智能种植类课程。作为一所培育未来现代农民的上海郊区初中,我们将对种植课程智能性创新性进行实践研究,力图探究出一套系统完整、操作性强、适用于同类学校运用的种植类现代校本课程。相信经过若干年的探索,我们定会创建出一些成功的现代种植的教育模式,在区域内宣传推广普及,从整体上提升初中学校现代农业教育的水平。

(二)“实验室小种植的实践研究”是学校内涵发展的需要

农业生产的高级阶段,便是利用物联网技术,依托部署在农业生产现场的各种传感节点(环境温湿度、土壤水分、二氧化碳等)和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析,为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。2007年至今,学校“生态小农场”的种植活动开展得如火如荼。2009年《生态种植园的实践》获上海市青少年科技创新大赛实践活动项目二等奖,2010年学校“生态小农场”被评为闵行区十佳学生社团,2011年《基于项目工作室的科技创新教育的实践研究》获上海市青少年科技辅导员论文征集活动评比一等奖,2014年《变食物垃圾为有机肥料》案例发表于《闵行教学研究》。经过多年实践,尽管硕果累累,但不断总结反思后,我们认为:学校种植类活动过于零碎、“蜻蜓点水”式的表面文章多。如何增加针对性和有效性兼备的种植教育?如何借种植教育来进一步探求新时期义务教育阶段学校拓展型课程和探究性课程教育的新内涵和新模式?除了有必要重新来研究现代农业的趋势、当代初中学生的知识渴求和心理新特点,还要重新来。我们试图探索一种途径,就是把原来一直与种植教育处于“剥离”状态的课堂教学这块“阵地”,主动纳入到学校种植教育体系中来,并尽可能发挥其应有的作用,力争摸索出一套基本成型的种植教育的教学模式和策略。在学校的“生态园”的基础上,在上海尚和一商务服务有限公司的鼎力支持下,我们引用“实验室小种植”的实验进行实践研究,不仅引领着教育科技发展,代表现代化教育水平,体现学校高素质创新人才培养的亮点,还为学生提供一个富有鲜明特色的个性化教育平台,让每个学生的潜能和特长得到发挥和展示,更有效地培养和发现创新型人才,从而达到优质教学资源共享,把学生团队合作、设计创新和激情演讲的过程用“云”存储永久记录在学校网页中,为建设种植校本课程提供重要参考依据。同时,尚和一公司的火柴人创新验室把最新的物联网传感电子科技融入目前创新教育急需的个性化素质教育中;在没有破坏或额外增加学校的现有课程体系的条件下,能够完美的对现有的教学体系进行补充,从而实现课程的创新性、个性化教学。

(三)“实验室小种植的实践研究”是学生健康成长的需要

随着经济发展,上海农村迅猛推进“城镇化”进程,大量农田消失。生在农村长在农村的学生却很少有机会与大自然亲近,他们不认识稻谷,分不清麦苗和韭菜,不知红薯长在哪儿?真可谓“四体不勤,五谷不分”。同时,食品安全愈来愈受到我们关注:之前出现了鸡肉、老鼠肉、狐狸肉冒充羊肉事件,现在又听到了“荧光粉蘑菇”、“毒姜”、“膨大剂葡萄”这样的新闻,这让人们内心非常不踏实。尤其果蔬是我们每个人的生活中不可或缺的东西,人们希望果蔬最好是无公害的,没有农药残留,没有杀虫剂残留。那么,怎么知道我们每天吃的菜来自何方?是否安全?如何是安全果蔬?这也是学生们关心的话题。尚和一公司的火柴人创新验室为我们展示其最新的种植科技成就提供了一个舞台,给学生提供一个现代种植实践的场所和机会,从中获得最直接的感知和技能。通过模拟的农业种植系统,结合物联网技术,她让学生通过实验的形式,来观察农作物的种植、培育、发育、结果的过程,整个种植的过程中,还可以让学生体验到:你不在地里头,就知道这些农作物浇水了没有?施了农药没有,用了化肥没有,用了多少,是不是在安全系数之内的;而且在大型超市看到相关菜蔬以后,能够运用相关知识追踪这些菜蔬的历史,从种下去到成熟,包装,派送,一直到消费者采购和食用。综上所述,“火柴人实验室小种植的实践研究”可以让学生借助物联网火柴人实验室在一次次的实验到实践过程中体验认识、实践、感悟、内化的升华过程,养成良好的科学素养,认识到的环境保护与资源循环利用的价值,最终实现学生自主的发展和快乐的成长。这种模式的小种植的实践在上海市普教系统是独一无二的。

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二、概念界定

1、“火柴人实验室”: 它是针对21 世纪人才培养的世界最先进的教室之一,采用了国际领先的物联网传感电子技术和最具创意的想象力和创造力的培养模式,把科学和艺术紧密联系在一起,结合了中国五千年的文化传承,把最先进的物联网科技与基于剪纸的创新三维艺术紧密融合,弥补中国目前应试教育中存在的缺陷和不足,不仅锻炼学生的语、数、外能力,而且锻炼学生的想象创造力,培养学生的动手创造和团队合作能力,成为乐观进取,拥有最新物联网科技知识,富有智慧的创新型人才。

2、“小种植”:小种植是物联网火柴人实验室内18组标准实验的其中一组实验——智慧农业,主要是利用物联网技术,依托部署在农业生产现场的各种传感节点(环境温湿度、土壤水分、二氧化碳等)和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导,为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策,从而实现农业的增产增收、节约资源、作物多样化保障食品安全。

3、“火柴人实验室小种植”:针对传统应试教学模式“教学→实验”刻板的弊端,火柴人实验室提出了针对每个学生不同特点的个性化种植教学模式“故事→实验→学习→探索和挑战”,使学生能够在种植教学互动的快乐学习氛围中,找到适合自己特点的发展方向,更快的接受最新的种植科技知识,锻炼学生自主学习的能力,激发学生的求知热情和勇于探索的精神,全面提高学生成为创新人才的素质,使学生在快乐互动式的教学过程中,提高学习成绩,为成就自己人生的梦想树立信心和方向。物联网是第三次信息产业的浪潮,火柴人实验室是物联网时代的缩影,它能让学生在这样的教室里,就能轻松的接触到、体验到物联网的存在;智慧农业,18组标准实验的其中一组实验,它是“绿色的”“环保的”。北桥中学有“生态校园”之称,物联网教育在技术上也是“绿色的”,“生态校园”借助于“火柴人实验室-智能小种植”的平台,除了可以促进物联网教育的发展,还可以“生态校园”的特色更加突出,它们的整合是完美的。

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三、研究目标、研究内容

(一)研究目标

1、以火柴人实验室-智能小种植的模拟实验为载体,探索北桥中学“生态校园”拓展型校本课程创新性的设计与应用;

2、深入开展火柴人各项农业种植教育活动,以保障食品安全为前提,不断引导学生在情感态度、能力、感知与经验等方面获得提升;

3、构建具有智能种植特色的拓展型课程,探索利用物联网资源进行科学实践活动的方法和途径。

4、加强师生教与学过程的评价管理,形成适应本校的信息化拓展型课程推进策略,整体推进学校教育内涵发展;

5、促进火柴人种植特色发展,为区域其他学校课程建设提供经验和参考。

(二)研究内容

1、开展北桥中学有关生态校园现状的调查研究;

2、开发火柴人实验室-智能小种植的各种功能,提升生态校园拓展型课程课程设计与应用的实践研究;

3、拓展火柴人实验室-智能小种植各种培育功能,丰富学生的知识,开拓视野,积累经验,提高食品安全的实效研究;

4、创建校内外相结合的实验基地,定期观察,及时记录、分析情况,通过智能小种植与传统小种植的比较,引发质疑,开发创新思维,促进学生学习方式的变革;

5、将种植内容与科学、信息、数学、语文等课程内容相结合,渗透相关学科知识,感受综合运用知识的乐趣,提高动手动脑能力,加深对综合实践活动的理解;

6、熟悉智能种植的方法、经验,通过自己亲身的体验,发现问题,解决问题,掌握科学有效的种植方法,激发学生的求知热情和勇于探索的精神;

    7、开展教与学过程的多元自主性评价活动,形成适应本校的智能种植特色的拓展型课程推进策略;

8、加强与区域学校相关课程建设的交流,辐射、示范至区域其他学校,促进火柴人种植特色发展。

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四、研究的方法、手段

(一)研究方法、手段

本课题以行动研究法为主,辅以文献查阅法、问卷调查访谈法、观察法、经验总结法,并以种植、培育、观察、测量、统计为主要研究手段。我们把整个校园划分成块,主要有教学区、实验区、种植区和展示区;将学生进行分组进行种植,在教师区建立种植数据库,每个小组学生将每次的测量数据归纳进入数据库,“智慧种植”作为拓展型课程课排入课程表,每个班级每周一节,指导教师固定,并开发校本教材作为拓展实践活动的辅助教材。

1、行动研究法:在行动中研究,在行动中不断修正和调整研究方案,将研究与实践紧密结合起来;

2、文献研究法:通过文献研究收集国内外有关种植实践活动课程相关专题的最新研究成果,为整个课题研究提供坚实的理论支撑、资料积累和外部借鉴;

3、问卷调查和访谈法:通过调查法和访谈法,搜集与课题研究有关的各种信息与数据;

4、观察法:对每位学生有明确的观察目标,有较详细的观察计划、步骤以及合理设计的可控性观察,能获得详实的材料,并能对观察资料进行定量分析和对比研究;

5、经验总结法:在研究的各个阶段综合运用其他多种必须的研究方法。

课题的教学区,在指导老师将科学种植、食品安全问题导入课程中,让学生认识到智能种植和食品安全的重要性,强化学生的科学意识及解决食品安全问题的信心;

课题的实验区,通过电子元器件的展示,让学生认识种植所需测量的传感器,学习并掌握它们的应用功能及使用范围;

课题的种植区,学生学会记录并测量并统计出果蔬生长过程中的情况,解决期间出现的问题;

课题的展示区,学生种植成果,通过展示见证他们的种植成果,学生体味到种植过程中的艰辛与喜悦,树立起成就感,并坚信食品安全是能够解决的。

五、研究步骤和经费预算

(一)研究步骤

1、准备阶段(2013.8——2013.9)

⑴信息情报分析,设计研究项目,确立研究方法;

⑵联系校外火柴人实验室及其专家;

⑶建立汇报交流和研讨制度。

2、实施阶段(2013.9——2014.6)

⑴北桥中学学生信息技术和“生态校园建设”现状的调查研究;

⑵开展本校教师教育技术培训内容、策略与实践的研究;

⑶开发火柴人实验室-智能小种植功能,提升教师校信息化拓展型课程课程设计与应用的实践研究;

⑷拓展火柴人实验室-智能小种植的使用功能,提高网络学习的实效研究;

⑸利用Moodle管理课程,提升教师专业素养的推进策略的研究;

⑹开展火柴人实验室-智能小种植拓展型课程设计与实施中师生发展的评价研究;

⑺分层次按计划全面实施研究的各项内容,并对实施过程进行动态管理和调控;

⑻定期组织课题开展情况工作交流、专题研讨及阶段成果汇报观摩活动;

⑼在实施过程中邀请有关种植行家指导并组织教师进行培训学习;

⑽搜集典型个案材料及活动方案材料;对孩子的观察记录进行分析、整理

⑾坚持过程分析、讨论,及时解决研究中出现的问题,并对方案进行修改调整。

3、总结阶段(2014.6——2014.7)

⑴后期的调查验证、分析工作;

⑵整理资料、分析归纳过程性材料;

⑶形成研究成果,作好结题准备,撰写研究报告,作项目汇报。

(二)经费使用情况

序号

用途

单价

数量(件)

总价

其中:科协本次资助额

1

实验材料费

5000

12

60000

60000

2

自由裁剪式三维造型板

80

100

8000

0

3

会议和展示

2000

1

2000

0

4

课程现场支持服务

1000

2

2000

0

合计:

72000

60000

闵行区科协专项扶持经费使用包括实验材料60000元。

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六、研究过程

    (一)成立研究组织

为了严谨、科学、扎实地做好这项研究,首先我们想到的是解决课题组研究力量薄弱的问题。因为本课题研究涉及到国家政策、种植专业知识、教育理论等多个领域,有些完全超出了普通教师的专业知识结构体系。因此,我们邀请了一批农业植保方面的学者、农业系统的领导、教科研的专家担任我们课题组的顾问。数年来,与他们同行让我们获益匪浅:拓宽了我们视野和思路。最初,我们研究的“点”单纯集中在种植教育的形式与手段,专家组建议我们把定位拓展到整个学科教学环节中教育资源的开发与重组,并直接上升到为学生的健康发展服务的高度。这使得我们的研究目标不但关注课堂上种植教育实践策略的摸索,同时还把目光投向了校园环境的建设和课余各项种植教育活动的求新、求变、求实;丰富了我们的知识结构。专家组的博士、教授们走进校园开设了现代农业系列讲座,深入课堂听课、与一线教师共同探讨学科知识点与种植教育资源整合的最佳方式,手把手指导教师撰写研究心得和案例……他们渊博的学识和严谨的治学态度为一线教师开展这样跨学科的综合行动研究起到了很好的引领作用。其次,我们成立专门的研究领导小组,明确分工,建立了管理机制,明确了职责。因为本课题涉及到学校办学的各个层面,全校60%的教师参与其中,因此校内课题组构建了“金字塔式”的四级管理模式:第一级——校长室(课题组组长1名):负责研究经费的筹措、研究力量的搭配及总体协调;第二级——教科研室(副组长2名):负责研究报告、计划和总结的制定;研究任务的分配;研究资料和成果的收集与整理;与专家组的汇报联系;对外宣传等;第三级——教导处(副组长1名):负责各学科研究人员的选拔,专题研讨活动安排;政教处(副组长1名):负责学科教学以外种植教育活动的筹划与安排;第四级——各学科教研组:负责本学科相关种植研究的具体实践。再者,注重研究队伍人员的搭配。经过前期论证之后,本着自愿申报的原则,课题组组长把课题向教师们公布以组建研究队伍。至2014年,共有36名教师主动报名加入课题组,其中15名成为了研究的中坚力量。从研究领域来看,覆盖了现行课程80%;从年龄结构来看,30岁以下青年教师12名,30—40岁教师14 名,40岁以上教师10名;从教龄上来看,10年以下的15名,10年以上的21名;从职称上来看,中学一级教师30名,高级教师6名。研究队伍里,青年教师的闯劲、创意和中老年教师的经验、理性得到了充分发挥和完美的结合;而全员参与的氛围事实上产生了良好的群体效应——10余名从未涉足教科研的教师通过参与这项课题研究,有了自己的研究成果并得以在校、区和市级学术刊物上发表.每个学年新教师入校都会积极要求“入队”,课题研究真正成了教师研究教学法,提升个人教科研能力的广阔平台。

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(二)开展现状调查与分析

本次调查研究的对象为本校六年级的在校学生,共发放调查问卷100份,回收98份。在接受调查的学生中,男生占48%,女生占52%,本地农村学生占30%,外地农村学生占70%。她们代表了各种家庭背景的一定的农村少年,具有普遍性和可信度。我们采用了单独交流、集中座谈、家访等多种形式,问卷采用选择题型,并给学生留出陈述空间,提出建议。从收回的有效问卷统计结果可以看出:种植教育是学校推进素质教育的重要内容力量,是培养学生创新精神和实践能力的重要活动,也是学生自我教育的实践活动,对学生农业知识的获得、科学情操的培养及综合素质的提高起到重要作用。据调查统计:73%的学生喜欢参加学校组织的各类种植活动,8%的学生感到无所谓,18%的学生是老师家长要求参加的即参加;65%学生对学校开展的种植感到满意;29%学生对学校开展的种植活动没感觉;6%学生不喜欢学校开展的部分种植活动。在你最喜欢的种植活动调查中,有76%喜欢有智能因素的种植,有11%喜欢传统种植,有13%既喜欢有智能因素的种植又喜欢传统种植。不难看出,实验室智能小种植在学生心中占重要比重,是学生课余生活的重要内容。怎样的种植活动才是学生真正需要的?如果不能找到发展中的问题,不能由此而确立教育目标,就不可能实现学生的全面发展。我们要努力创设各类适应学生需要的智能种植活动、丰富多彩的活动情境,给予她们主体参与、自我管理、自主发展的时间和空间。

三)进行文献研究与信息检索

在课题研究初期,我们组织骨干力量开展了深入细致的文献研究,一则为本课题的研究实施提供依据,“它山之石,可以攻玉”;二则可以参考他人的有效做法,尽快改善学校外延、形式有余而内涵发掘不足的种植教育现状。我们从图书著作、报刊杂志和网络信息中收集了一批有关“中小学种植教育策略与方法”的研究资料;召集了专家顾问组,咨询论证了课题研究的方向及重点。“磨刀不误砍柴功”,大量细致的前期准备工作为后续研究的顺利开展奠定了扎实的基础。如我们的文献调查资料(主要包括图书著作类、新闻报道类、网络信息检索类)对本课题的研究,从研究方向、策略,到具体实施步骤和侧重点,产生了很大的影响。需要特别指出的是——2010年5月18日《中国农机化导报》“设施农业”版面刊登的《京鹏植物工厂——引领设施农业工厂化发展》。通过介绍和分析具有代表性的京鹏植物工厂的特点和在都市农业中的发展趋势,以期促进植物工厂为代表的设施农业科研水平的发展。京鹏环球科技股份有限公司作为设施农业领域里的龙头企业,拥有实力雄厚的设施农业科研团队,致力于提高设施农业自主科研水平。由北京市科委主持立项、北京农机所和京鹏环球科技股份有限公司共同设计承建的通州植物工厂独树一帜,成为设施农业的一大亮点。这与本课题十分近似,从该篇报道介绍的情况来看,京鹏植物工厂日益受到政府和百姓的重视。对本课题组设计的研究方案及各研究阶段预定成果有重要的借鉴意义。这篇报道从侧面充分肯定了本课题组的研究方向,但与此同时也提醒了课题组,有必要加快研究步伐,加强课题研究成果的总结和及时对外宣传,开展和相关企事业课题的横向调研,力争互通有无,共同提高。

(四)编写《智慧农业》校本教材

运用百度引擎统计,相关智慧农业的搜索结果约10,200,000个,但有关中小学《智慧农业》校本教材为零。可以说,生活中蕴含的智慧农业教育资源是开放、零碎、散乱、不成序列的,同时在师生互动中还会不断产生新的生成性的资源,开发哪些智能小种植资源就成了摆在课题组各位成员面前的首要难题。在专家的及时介入、指导下,参考各类资料,课题组编写了《智慧农业》校本教材,在开发内容的选择、定位上为教师们的研究实践提供了理论依据和操作指导。1、《智慧农业》编排的指导原则:坚持科学性与针对性:强调根据中学阶段青少年学生特殊的生理、心理特点和成长规律,针对从六年级(11、12岁)阶段不同层次青少年特点与群体、个体差异性,根据他们的思维特点和接受能力,将种植教育与各类学科教育、基本道德教育等内容相结合;内容编排力求紧密联系学生生活:基本知识与基本常识贴近青少年学生的生活实际,突出青少年学生的创新教育,鼓励学生将学与用、理论与实践密切结合,从而提高学生学习的积极性;突出实践性原则:种植教育内容繁复而抽象,因而在编排中,我们尽量去繁就简,在操作中注意和学生日常学习、生活的有机渗透,将抽象、深奥的理论演绎成学生易于理解、接受的事例、案例,各班级可结合学生的实际,对教学内容在运用上灵活选择、适当调整。2、《智慧农业》编排与内容设计的特点。1.0系列:主要是帮助学生体验智慧农业系统,通过物联网让学生了解现代农业可以实现实时监控、温度、湿度控制、自动浇灌、短信模块等功能,不仅让学生学到农作物的生长条件,更能够激发学生对科学的探索。2.0系列:主要是针对农作物信息检测,例如农作物生长情况、病虫害情况、土地灌溉情况,土壤空气变更,大面积的地标检测,收集温度、湿度,风力、大气、降雨量,光照强度、二氧化碳、有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤PH值等信息的监测。

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(五)拓展课堂时空

我校的生源构成复杂,学生的农业基础知识也不平衡。根据生源和学校特点,我们努力寻找适合农村学校的实验室智能小种植的教学模式。这种模式是课内外活动结合、理论学习与实际操作相结合以及学校与社会结合的操作方式。基本特征是:立足学校,教育资源和内容资源来源于本地,种植教学有很强的针对性,活动的形式适合本地区社会经济文化发展的需要,活动以问题为出发点,活动形式以解决问题为终点,活动走出学校,走向社会、走向生产和生活。

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课外:种植教育不仅仅限于课堂,也不只局限在校内,其渗透时空可以进一步拓宽。首先是课内教学与课外作业渗透的结合。基本做法是:课前采用提供种植案例并提出挑战性问题的方式,引导学生阅读教师推荐的农业书籍等,为课上的渗透做好准备;课后渗透则布置一些任务,鼓励学生通过社会实践和自主实验,独立或合作完成作业,培养探索精神、科学态度。其次是校内与校外的有机结合。一方面,在教学中教师可以安排一定课时的野外考察,或组织学生带着问题实地考察企业、科研单位;另一方面,可让学生在校内的图书馆、电脑室、实验室、植物园等科技园地,完成特定任务。两者有机结合,来全方位落实、实现在渗透中“结合”。如在上《大自然语言》一课时,除让学生懂得什么是物候及物候学、了解物候学研究有那些意义、决定物候来临的因素等科学知识外,还组织学生在课外观察本地的物候,收集当地农谚并进行农谚积累比赛。这样学生不仅学到了一些科学知识,也学到了一些农业技术。

课内:应用种植原理知识,合理运用课本介绍性知识,解决种植实际问题,实现种植技术的内化。教学模式基本是“故事→实验→学习→探索和挑战”。例如,学习《手机监控的智慧农业系统》,首先是课程回顾,与学生沟通生态环境资源、食品卫生的重要性,进入课堂;描述“你不在农田里头,就知道这些农民施了农药没有,用了化肥没有?用了多少?是不是在安全系数之内的,那我看到这个东西以后,能够追踪这块菜的历史,从种下去到一直成熟,到放在自家里饭桌上。”让学生谈谈自己的感受和想法;请同学回答之后开始实验:向同学们介绍传感芯片的功能以及芯片的连接方式,并且让同学们在组长的带领下,动手完成电子元器件的连接,且达到电子元器件的功能实现,完成后,再给学生5到10分钟时间让组员们进行讨论,他们想要种植的农作物,讨论完成后,让他们自己制作一个记录表,要记录种子从种下到结果的整个过程;接着是探索:在种植的整个过程,种子有何种变化?遇到了问题,是如何解决的?学生演讲,演讲的基本步骤是自我介绍、设计作品名称、谈谈自己制作的感受(制作过程遇到的问题、解决问题 的方法)、教师点评总结、拆卸设计作品,模块归位。在演讲时,要求学生能流畅表达自己的创作思路;在点评总结时,特别要提问学生:在制作的过程中,遇到问题之后,是否有与你的组员进行商量?没有解决,是否有请教其它小组的同学或是请教了老师?最后是怎么解决的?提醒并强调团队合作的重要性。这样能够引导学生认识智慧农业体系的价值,并掌握其基本工作原理;认识电子传感器模块功能和使用方法;测试系统运转并分组设计自己的智慧农业系统。

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(六)开辟实验基地

实现“智慧种植”必须要有实验室,只有依托实验室宽带网络和云计算、物联网等技术优势,才能推进“智慧种植”建设,提升小种植的精准化能力,带动学生科学素养的发展。该实验室功能为:能远程和本地,对土壤湿度采集,并能智能声音报警;智慧灌溉系统,会自动对培育植物进行浇灌培养;液晶触摸屏控制和显示植物培养的环境信息:湿度、浇灌马达、警报提醒;触摸屏可修改培养环境的控制策略,如:湿度小于预设值时浇灌;远程短信控制:手机实时通过短信获取培养种植环境信息,手机通过短信控制浇灌和浇灌时间、通风和通风时间。实验室小种植的实验步骤是:一是认识智慧农业体系的价值,并掌握其基本工作原理:学习掌握物联网技术,掌握各种传感节点和无线通信网络的应用,并实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导,为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。二是了解各种蔬菜和植物的适合生长数据,并认识电子传感器模块功能和使用方法:学生可自行挑选需要培育的蔬菜或其它种植种子,初步了解并掌握植物的生长环境,在认识电子传感器和掌握模块功能之后,可自己设计传感器的节点并设置任务,在每次课程进行观察、测量并记录当时测量到的数值,以便建立数据库。三是测试系统运转,并分组设计自己的智慧农业系统:通过小组合作,每个组选出组长,小组进行每次测试活动时,通过做实验的形式与教育结合起来,尽最大努力给予学生真正的成长空间,从而激发学生思维锻炼团队合作精神,最终逐步提高学生动手能力、观察能力、学习能力、创新能力、审美能力、协作能力、领导能力、表达能力、自信能力和耐挫能力十大能力,为学生提供一个富有鲜明特色的个性化教育平台。2013年2月,我们启动了“智慧种植”活动。学校每周为每个班级安排了一节拓展型课程,在活动时间上给予了保证。2013年下半年,负责教师把种植的自主权下放到参与本组的学生,由学生自主制定改造方案,自主选择种植内容,自主记录过程得失,在活动内容上给予了一定的自主权。例如我们对种子发芽率做了一些试验,试图对上海本土植物的种子有一个全面性规律性的认识。试验方法:采用培养皿、滤纸做发芽床,同时做2个处理(水培、土培 ),每试验处理重复3次,同时配合机械打磨、酸蚀等技术处理,试验前先将种子消毒12小时,以减少种子发霉和腐烂现象;再用蒸馏水反复冲洗,在特制恒温箱25℃或置室温下培养。种子萌发经历吸胀、萌动、发芽、幼苗形态建成四个阶段。试验结果:

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试验分析:种子萌发期和幼苗生长期对环境的适应影响了植物的生存和分布,而发育的早期阶段也是死亡率较高的阶段,因此,了解种子幼苗期对环境的要求,这是提高成苗率的关键。实验结果:同样的种子在进行发芽培养过程中,一般情况下:水培所需的发芽时间短于土培所需的发芽时间,说明植物发育水分是第一要素;土培的发芽率大于水培的发芽率,这说明种子生长的适应环境环是在土壤中。当前,以种子进行繁殖仍然是大量栽培繁殖植物的主要途径。因此,筛选出最佳的催芽方法是进行引种栽培的首要工作和有效途径,还需要进行大量的基础研究工作。这样,在实验室种植中引导学生从“知识的课堂”走进“实践的课堂”,从“书本的世界”走入“生活的世界”,从而在学生的心中构筑起“实践是一种学习,科学需要实践”的思想,让学生在问题中学习,在实践中学习,在体验中学习。

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(七)建立活动评价和应用效应体系

如何评价实验室小种植教学实验的成败优劣?在实践的初期,我们不清楚实验室小种植开发的具体步骤过程及其内在结构,更不清楚的是在这一活动范式的变化中,会产生什么矛盾、问题和新的需要。这一切都只能在坚持实验方向和原则的具体改革实践中,经过一次次的持续实践、观察、反思、评析、讨论、不断总结和提升,才能展现出来、丰富和清晰起来。随着课题研究实践的进展、深化,我们采取将评价贯穿于实践全过程的策略,使活动评价成为实验室小种植试验的认识深化和实践推进中不可缺少的重要构成。评价原则一为注重评价的动态性与反馈作用。实验室小种植实践的评价不仅是为了考察学生达到学习目标的程度,更是为了检验和改进学生的学和教师的教,从而有效促进学生的发展。通过评价,发现实验过程的问题、经验和教师达到的不同水平,形成新的教学过程结构;我们的目的还不只是停留在过程认识的形成和完善,而且还想通过评价促进教师的自我反思和我们自身对研究的反思。这是一种研究者、实践者与评价者合一式的评价。二为定性评价与定量评价相结合。就本课题研究内容的特点与属性而言,更重视定性评价,教师对学生在教学进程前后的各种表现、内在思维状况、外化的行为成果等进行分析,客观的描述学生的进步与不足。同时,教师也要对自身的教学思想、教学设计、教学动态过程、教学方法、手段使用、辅助教育资源的应用等进行持续有效的自我反思,参与课题实验研究的成员之间在课堂观察、研讨中采取同伴互助式的判断、评析,促进整个研究团队的研究实践能力的不断提高,实现研究目标的逐步达成。三为评价主体多元化。既要有教师的评价,还要有学生的评价,家长的评价和参与指导的专家的评价,以教师、学生的评价为主,加强教师相互间的评价和学生的自我评价、相互评价。在评价时尊重学生的个体差异,以激励性的教育策略,尽量从正面加以引导,促进每个学生的健康发展,同时实现教师自身的专业化发展。

七、研究成效

经过两年多的实践与探索,经过全校师生的共同努力,智慧农业种植科普实践活动给学校带来了丰厚的成效,使学生、老师和学校都获得了发展和成长。

1、拓展了学生成长的舞台。“智慧种植”使学生拥有了我校所特有的种植拓展课,让教师把生活带进了课堂,使学生由书本知识走向了生活实践;“实验室小种植”让学生有了自己喜爱的社团活动,使学生不走出校园就能开展丰富多彩的活动。学生们以“小种植、小研究、小实践、小创新”为主题的绿色行动换来了种植园的一片绿荫,用自己的双手和智慧开发、改变、丰富着这块荒芜地,也在这个过程中体验着创造的快乐,感受着科学的魅力,领悟着劳动的艰辛。

2、提升了学生的科学素养。素质教育和新一轮课程改革要求学生具备21世纪的创新精神和实践能力。“实验室小种植”引导学生参与课程资源开发,为培养学生的创新精神和实践能力提供了现实条件。把一粒小种子培育成一棵幼苗,把一棵幼苗培育成果实,这生长的过程让学生深切品尝到了成长的不易。这份体验,这份感悟,比以往的任何教育都有教育力。这份体验,这份感悟,增强了学生的责任意识,这份责任意识也将带给他们一辈子的责任感;增强了学生的自信心,使他们永远对自己充满自信;增强了学生的科学意识和创新意识,培养了学生科学的习惯和创新的精神;更培养了学生自主自动的精神,激励学生主动地发展和成长。近年来,学生在区、市、全国相关科技比赛中获奖70多人次。其中2010年滴管小发明在“星火杯”创造发明比赛中荣获全国三等奖,2012年生态园种植方案荣获“英特尔”上海市创新大赛科普实践活动项目二等奖,2013年两项种植技术方案在“壳牌”美景评比中分获二等奖和三等奖,2014年种植社团学生的发明项目荣获上海市创新大赛一等奖,是本区公办初中唯一的一等奖。另外,在实践活动中,学生学会搜集有效信息;对资料进行分析,找出其中规律;分析、利用信息并表达自己研究成果。例如学生通过各种不同的研究表单,照片、录像、小论文等形式表达自己的研究成果。

3、挖掘了教师的课程开发能力。课程资源开发,已经成为21世纪我国课程改革乃至整个教育改革重大热点问题之一。但是课程开发需要一定的条件,其中提高教师和学校的课程意识和开发能力是课程资源开发的关键。恰巧此课题研究为本校及本校的教师提供了一个开发课程资源的实践平台。在“实验室小种植”开发过程中,教师逐渐树立了“生活世界”就是课程范围的观念,带领学生拓展课堂内容。教师成了学生利用课程资源的引导者,引领学生走出教科书,走出课堂和学校,进行一系列的科学探究,在奇妙的科学世界里学习和探索。课程资源的开发增强了教师之间的互动关系,促进了教师之间更加紧密地合作。例如,在课程资源的开发中,出现问题后大家共同协商讨论;在校本课程开发的编写过程,教师之间的交流多了,合作多了,他们使出全身的解数,挖掘自己最大的潜能,开始了工厂化农业校本教材的编写和智慧农业社团的创办。在教师们的共同努力下,我们生态社团开始在区级活动中亮相并得到肯定。

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4、提升了教师的专业素养。过去,教师设计的教学活动基本在课堂上进行,教学空间狭小,活动形式单一,许多学生也只是配合活动展开而已,学生的积极性、自主性、创新性根本无法体现。教师自身的活动设计能力也不能很好地展现。现在课题研究给了教师和学生更大的活动舞台,在课题研究和实施的过程中,教师利用自己的聪明才智直接或间接指导和设计了许多活动。这些活动大多以“智慧种植”对于教师们来说,也是一块拓展的新天地。为了充分发挥“智慧种植”的育人价值,教师们放弃了自己的许多休息时间,他们有时向家乡的老农请教,有时向农艺专家请教,更多的时候还是自己上网查找相关资料。查到了资料还要自己亲自尝试,研究如何把时代的新元素融入进去,体现时代的气息。因此,“智慧种植”资源的开发,首先使教师们的素养得到了快速的提升。一年多来,多位教师在区级的环保活动中亮相、上公开课,其中一位教师的“奇妙的种植”探究性课程荣获闵行区课程评比一等奖,受到了领导和专家的一致好评。

5、提高了学校的教学质量。校本课程资源的开发和特色校园文化的建设,充分尊重师生及学校环境的独特性和差异性,有助于学校形成支持和激励的氛围,有助于教育质量的提高。通过课题研究,在学校内部形成了一种浓厚的研究气氛,师生之间的合作、支持、激励、成为主题曲。通过课题研究,发展学生的个性,培养学生的能力,拓展学生的知识,增强学生的自信心,有利于提高学校的教学质量。近年来,我校的中考成绩稳中有升,一直名列前茅,去年中考教学质量又获历史性突破,集体获得教育局绩效嘉奖,也赢得了周边群众的好评,形成了独特的“北桥现象”。

6、提升了学校的育人质量。一个学校如果没有个性,那么就没有特色;一个学校没有特色,那么也就难有大的发展。形成学校特色,必须首先关注课程资源的差异性。我校是一所农村初中,得天独厚的种植教育资源是我们的一笔宝贵财富。主动接纳,合理利用,积极开发是我们首先做的。我校在开发课程资源的基础上努力走出了一条特色化之路,获得了丰硕成果。学校被评为区科技教育特色学校,获区绿色学校、上海市花园单位、上海市安全文明单位、上海市行为规范示范校等市级、区级以上铜牌十多块,学校办学水平上了一个台阶。

八、结论及本课题研究引发的思考

(一)结论

本课题经过两年时间的研究,已基本上达到预期的研究效果。

(1)通过“实验室小种植”活动能够让科技拓展型课程校本活动更有效;

(2)合理、科学、有序的“实验室小种植”内容体系,不但能激发学生对农业科技学习的兴趣和主动性,同样有助于学生教师对“实验室小种植”内容的感悟、理解与接受;

(3)“实验室小种植”活动,有效提升了教师的科技素养,同时促进了教师队伍的个人修养与专业能力的发展;

(4)“实验室小种植”活动对学校实现现代转型、提高科技教育效能发挥了激化和推动作用。

2、思考

(1)在科技校本课程设置上,一定要根据本学校的具体情况,寻找适合学生个性发展的切入点,选择孩子感兴趣的,又具有时代性、科学前沿性、社会热点的研究等,引导学生逐渐走上科学的道路,在教学过程中将玩与学结合、动手与动脑结合、科学考察与实验结合,主课与活动课结合,形成多种形式、多种教学方法的教育模式。但是在这方面,我们的课程设置还较薄弱,还存在着一定的随意性。

(2)在注重学生科学素养、科学技能的培养的同时,更要注重科技教师队伍的建设,尤其要对做出成绩的科技辅导员,学校要加大奖励的力度。另一方面,还需加强对科技课程的评价制度,建立一个更加适合的科技课程的评价机制

(3)“实验室小种植”项目的任务还应为区域内相关的教育策略研究、教师教育研究、教师发现选拔等方面的工作提供信息,提供服务。这样,既能在更广的范围内发挥自身的作用,又能使“实验室小种植”的研究能积极融入区域研训发展的大背景。

此课题的研究还只是一个初步的尝试,许多方面还有待于进一步地研究和完善。如何能让物联网科技结合科技课程更好地开展种植类拓展活动?拓展活动为学生各大能力和素养的提升都开拓了更为宽广的成长舞台,也激发了学生学习的积极性和热情,但如何帮助每个学生从课程找到独特的我,这还需要我们进一步思考。课程资源建设,不论是物质还是精神,硬件还是软件,都不是一朝一夕所能完成的。因此,我们将以更加积极的姿态努力加强校本课程建设,全面构筑良好的育人环境,为本区域科技教育的发展作出更大的贡献。

九、参考文献

1、《课程资源的开发与利用》上、下册,康长运,中国轻工业出版社,2005年3月

2、《生命是教育之本》,王琪 刘春芸,《人民教育》,2003年4月

3、《关于教育起点观的哲学阐释》,甘剑梅,《教育研究》,2003年第1期

4、《教育观念的革命》,刘良慧,张先华,重庆大学出版社,2001年5月第1版

5、《基础教育课程改革纲要(试行)解读》,钟启泉等,华东师范大学出版社,2001年8月第1版

6、《科学课程标准 实验稿(7-9册)》(2001.7)北京师范大学出版社

7、《中学科学教育》,陈志伟、贾秀英著,浙江大学出版社,2001年4月

8、《教育走向生本》,郭思乐,人民教育出版社,2001年6月第1版

9、《知识分类与目标导向教学——理论与实践》,皮连生,华东师范大学出版社2000年12月

10、《美国国家科学教育标准》,[美]国家研究理事会著,戢守志等译,科技教育文献出版社,1999.1

11、《现代教学设计论》,盛群力、李志强,浙江教育出版社,1998年12月

12、《非智力因素与人才培养》,沈德立、阴国恩等主编,教育科学出版社,1997年