Scratch+智慧农业课程的开发与实施

胡宁琳 张龙

Scratch的教学现已开展得如火如荼，但它一直都局限于虚拟的编程平台中，缺乏实践。本文以远程土壤关照监控及自动浇灌补光系统的设计为例，将“智慧农业”融入Scratch课程，让理论知识和实践应用相结合。

智慧农业与Scratch的结合

我们将智慧农业与Scratch相结合，就是将虚拟编程和实践操作相结合，深化Scratch课程。这样更能提升学生的思维能力和实践能力（如图1）。

1.  智慧农业

智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。智慧农业是农业发展的高级阶段，即集成应用传感和测量技术、计算机网络和通信技术、智能技术及自动控制技术等，依托部署在农业现场的各种传感器节点和通信网络，实现农业生产的田间智慧种植“可视化管理”并能实现智能预警及智能化决策等。

2.  Scratch编程软件

Scratch课程生动、易操作，现已在各中小学开展得如火如荼。但目前中小学开展的Scratch课程更多偏向于软件的学习和基本操作的教学，并没有完全启发学生的创意和加强学生的实践能力。所以深化Scratch课程，将虚拟Scratch和实践操作相结合，是一个值得思考的问题。

3.  传感器的结合应用

目前，在智慧农业中的大多数环境参数，如温室内土壤温度、光照度、营养元素等均通过物理传感器实时采集。所以在设计Scratch课程时，我们以传感器为结合点，将智慧农业和Scratch编程相结合。目前，既能应用在智慧农业，又可以让学生进行Scratch编程的传感器有以下几类（如图2）。

“智慧农业”在Scratch实践探究课程中的实施

将“智慧农业”与Scratch实践探究课程相结合，属于深度融合的课程，需要学生在此之前已经熟练掌握Scratch编程技术，并已有小组合作意识和探究能力。探究性教学模式是指，学生在教师的指导下，以 “自主、探究、合作”为特征的学习方式对当前教学内容中的主要知识点进行自主学习、深入探究，并开展小组合作交流来实现教学目标。这里，以自主探究课程《远程土壤关照监控及自动浇灌补光系统设计》来向大家介绍它是如何具体实施的。本次活动设计的目标是引导学生明确一份完整系统要素的设计，并在此基础上设计出完善的“智慧农业”系统。

1.  情境引入的设定

探究性课程强调学生利用研究方法解决问题，于是我们设计了一个问题让各小组讨论：“我们通常会遇到这样的情况：外出游玩时无法照顾家里的植物，怎么办？”

学生在面对实际问题的时候，教师也需要提示一些可行的解决办法，做一些引导，避免学生茫然无措或者想得太发散。比如教师启发学生：这个时候，我们可以使用传感器和Scratch编程软件来解决这个问题。

2.  问题探究

在考虑解决方案的时候，需要明确待解决的问题。在这里，以光照和湿度为例来做说明（如图3）。

以上过程都是自动化实现的，但我们没有办法观察到植物的实际情况，所以需要问题升级引导：到底什么时候需要开关各种设备？

加入网络模块，通过yeeink接入在线物联网云，通过家里的路由器，将每个传感器的值直接发送到yeelink上，待它处理后通过微博、微信、电子邮件等即时通讯软件自动发送通知。这个时候，就能通过手机随时知道家里植物的情况。如果还想扩展更多，可以通过加入温度传感器、PM2.5传感器等各种传感器来实现24小时全天候家庭环境监控。

3.  操作实施

在问题探究阶段之后，教师要指导学生进行软件编程。通过Scratch软件对光敏传感器和土壤湿度传感器进行编程设计，如图4所示，设置参考数值，然后实际搭建远程土壤关照监控及自动浇灌补光系统。

在实际搭建中，我们可以设计一个灌溉花草的自动监控系统。总共分为三个部分，分别为底座设计、灌溉设计和照明设计（如图5）。

综合起来，可得到如图6所示的整体设计图。

反思和思考

对教师而言，基于智慧农业的Scratch课程使得探究型课程更加开放，让课程实施方式也有了更多的选择;对学生而言，他们在学习过程中可以更加个性化地学习。与此同时，虚拟加现实的学习探究本身也让学生更加主动地从设计的情境中发现问题、讨论问题、提出解决方案、进行实践检验，最后得出结论，让他们的创新与实践能力得到大大提升。

参考文献

李世荣，陈永智，廖惜春.智慧农业无线传感器网络系统设计[J].五邑大学学报（自然科学版），2012（11）.

（作者单位：上海师范大学教育技术系）