探索物联网技术在小学科学教育中的运用

王朝勇

摘 要：物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。把物联网技术用于小学科学教育中，可以提高教育效果，丰富实践教学内容，创新教育方式，对培养学生科学素养有重要的意义。

关键词：物联网;科学教育;运用

我校地处著名的风景名胜区栖霞山北麓，长江南岸，历年来十分重视科学环保的绿色科学教育。为了提升科学教育的科技含量和学生动手动脑的科学探究的实践能力，学校成立了少年绿色科学院，并且依托少科院实践基地开展了一系列的科学种植的科学研究实验和科学教育。在“科学种植”特色科技创新项目上取得了突出成绩，上级教育主管部门也加大了对我校科学教育的投入。目前我校已建立了面积约为400m2的智能生态阳光房，而在阳光房中我们运用物联网技术，让我们的科学种植科研实验如虎添翼，大大提高了我们科学研究的效率。

首先，让我们感受到最为高效和便捷的就是智能监测和远程观察系统。智能监测可以自动对阳光房内的数据进行采集，我们的远程智能检测与控制系统是基于校园局域网下实现远程控制信息的传输和控制。学生可以通过网络随时观察植物生长情况，记录生长数据，并根据探究实验建立最佳生长环境参数。该系统利用计算机技术及现代控制理论对阳光房内的各种环境因子，包括温度、光照、湿度、二氧化碳和营养液等进行自动控制和调节。该控制系统只需要输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定阳光房内环境因子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温、通风、浇灌、喷淋、补充营养液等动作。这套物联网技术和系统尤其对我们进行无土栽培是非常实用的，大大提高了无土栽培作物的成活率。我们无土栽培研究的主要是进行蔬菜作物的水培和气雾栽培，而水培和气雾培的幼苗是先要在有机基质里育好苗之后再移植到水培和气雾培的装置上，移植时的幼苗十分柔弱，对于温度、湿度、光照要求非常严格，稍不注意幼苗就可能死亡，成活率比较低，这也一直是我们科学种植小组非常难以解决的问题。因为我们种植小组的学生还有课业学习，是不可能每时每刻都留在阳光房内进行观察管理的，而且双休日学生来校观察管理也是比较困难的。而采用了物联网技术和装置之后，这项移植的难题就很轻松地解决了。只要我们设置好温度、湿度和光照的参数之后，计算机自动在控制，再也不需要我们经常去测量温度、湿度和光照了。

其次，我们的智能阳光房的远程观察系统，也让学生大开眼界。我们利用远程观察系统进行了植物生长的过程的拍摄。我们在阳光房的各个区域都配置了高清带云台的变焦镜头的低照度摄像机，学生可以远程遥控操作控制，并具有定时抓拍和录像的功能。学生运用延时摄影技术拍摄了许多蔬菜作物的生长过程。比如几秒钟就发芽的油麦菜、几秒钟就开花的圣女果等，不仅让学生在短短的时间内就观察到了植物的发芽、开花的过程，而且把这些视频运用到科学学科的植物教学中，效果非常好，让学生有了身临其境的感觉。远程观察系统还便于学生在节假日对阳光房内植物生长状况的掌控，大大减少了学生后期的养护难度。

最后，物联网技术在我们阳光房内的使用大大降低了学生管理的难度和强度，原先时时要观察和关注的劳作都变成了自动化的控制。我们的阳光房物联网主要有8大系统控制模块，每个系统模块都相应解决了我们科学种植实验中遇到的难题。①通风系统、水幕降温系统、阳光模拟装置、温度调节系统、采暖系统、湿度控制系统、灌溉系统、施肥系统。这8套系统大大减轻了学生种植管理的难度和强度，学生不需要时刻关注阳光房内的温度、湿度、光照、施肥和浇灌等情况。同时也大大提高了我们科学种植研究实验的成功率。以往科学种植小组的学生进行阳光房蔬菜作物的管理，都必须要亲自进入阳光房内进行。冬天太阳渐渐落山，温度下降快，因为没能及时降下保温帘，而冻死作物;夏天，阳光房内升温太快，又由于没能及时通风、喷淋降温，造成温度过高烘死作物;没能及时给作物浇水、施肥造成作物生长不良。这一切都是我们科学种植小组成员最头疼的难题。如今我们的学生坐在家里通過电脑就能随时了解阳光房里的蔬菜作物的长势，拿起手机就可以远程控制通风、照明、水肥滴灌设备，实现精细化管理，这正是物联网技术改变了我们种植的方式，同时也推动了我们的科学教育。

物联网技术在阳光房内的应用，使我们的种植走上了科学精细化、智能化、自动化发展的轨道，为学生装上了“千里眼”“顺风耳”，使学生了解了科技农业的发展，使我们的学生更加爱上了科学技术，他们的探究能力和科学素养都得到了极大的提高，这无疑是最直观、深入的科学教育。

参考文献：

[1]景海阳.物联网技术与《科学》课程整合研究[D].河南大学，2012.

[2]石磊.物联网在创新教育中的应用研究[D].曲阜师范大学，2012.