基于Mind+平臺的種子發(fā)芽實驗探究

康留元

課程背景

種子是種子植物特有的器官，其主要功能是繁殖。而水是植物生存所需的重要成分，生命活動離不開水。植物的生長一般經(jīng)歷六個過程：種子—發(fā)芽—生長—開花—結(jié)果—成熟。那么土壤的濕度對種子的發(fā)芽有什么影響？本課主要探究種子發(fā)芽情況與土壤濕度的關(guān)系，利用土壤濕度傳感器檢測土壤中的水分，通過物聯(lián)網(wǎng)SIoT平臺每天收集植物土壤中的水分?jǐn)?shù)據(jù)，運用實驗記錄表統(tǒng)計種子發(fā)芽情況。由于探究時間比較長，我們采用綠豆種子為探究對象，預(yù)計需要3—5天的時間完成觀察。

教學(xué)目標(biāo)

學(xué)情分析

種子發(fā)芽實驗為新版教科版《科學(xué)》五年級上冊第一單元“生物與環(huán)境”的起始課。本課以綠豆發(fā)芽所需的條件為導(dǎo)線，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所要研究的問題控制實驗條件、設(shè)計實驗方案、記錄觀察過程、動手編寫程序。

過程與方法

1.經(jīng)歷種子發(fā)芽實驗實施的全過程，編寫程序獲取實驗杯子中的土壤濕度值。

2.用對比實驗的方法觀察、記錄影響種子發(fā)芽的條件，按要求制訂自己的實驗計劃。

情感態(tài)度與價值觀

1.養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確的科學(xué)思維習(xí)慣。

2.養(yǎng)成對實驗觀察的興趣。

教學(xué)重點與難點

1.經(jīng)歷種子發(fā)芽對比實驗實施的過程。

2.用對比實驗的方法觀察、記錄影響種子發(fā)芽的條件。

3.通過開源硬件采集土壤水分值，經(jīng)歷實施種子發(fā)芽對比實驗的過程，養(yǎng)成實驗對比分析的科學(xué)思維。

教學(xué)準(zhǔn)備

1.教學(xué)資料

實驗記錄表若干，根據(jù)班級人數(shù)而定。

2.實驗設(shè)備

1個掌控板2.0，2個土壤濕度傳感器，1個3.3V鋰電池，1個Micro：bit掌控I/O擴展板，28顆綠豆種子，2個實驗塑料杯子，標(biāo)簽紙、紙巾各2張。

教學(xué)過程

一、導(dǎo)入新課

師：生命世界包含動物和植物等多種生物類群，生物的生存都需要一定的條件，如適宜的溫度、水和空氣等。在此基礎(chǔ)上，生物個體才能夠生長、發(fā)育和繁殖后代，從而使這些生物類群得以延續(xù)。那么，土壤的濕度對植物種子的發(fā)芽究竟有什么影響？本節(jié)課讓我們一起來實驗探究，考慮到探究的時間周期，我們以綠豆種子作為實驗對象。

教師提醒學(xué)生實驗注意事項：選取顆粒飽滿的綠豆種子;注意避免選取破損或被蟲子咬過的有痕跡的綠豆種子;實驗前，種子需要進行一天的浸泡，經(jīng)過浸泡的種子會膨脹起來，為發(fā)芽做準(zhǔn)備（教師可提前準(zhǔn)備好浸泡過的綠豆種子）。

師：既然要探究土壤濕度與綠豆種子發(fā)芽情況之間的關(guān)系，那么，我們怎樣獲取土壤的濕度呢？

學(xué)生思考并討論交流，提出可以使用土壤濕度傳感器。

師：土壤濕度傳感器是一個簡易的水分傳感器，可用于檢測土壤的水分，當(dāng)土壤缺水時，傳感器輸出值將減小，反之將增大。

教師指導(dǎo)學(xué)生分組開展實驗，將等量同質(zhì)的土壤分別倒入2個實驗塑料杯中，并為塑料杯貼上A、B標(biāo)簽;在每個杯子倒入等量的水，將土壤攪拌均勻，并分別放入14顆綠豆種子;將2個實驗塑料杯放置在相同的位置上，放入土壤濕度傳感器。

二、連接硬件線路

A杯土壤濕度傳感器接Micro：bit掌控I/O擴展板P0;B杯土壤濕度傳感器接Micro：bit掌控I/O擴展板P2，如圖1。

注意：電池接通后，再打開擴展板;土壤濕度傳感器在探測時，金色部分插入土壤即可，每次測量需保證金色部分進入土壤的深度相同。

三、編寫硬件程序

1.連接掌控板

用管理員模式打開Mind+，用數(shù)據(jù)線連接掌控板和計算機，將Mind+切換為“上傳模式”，連接設(shè)備，選擇串口com33。

說明：第一次掌控板1.0和Mind+連接，燒寫程序固件（上傳程序時）需要按掌控板A鍵燒錄固件，掌控板2.0不需要此操作。

2.添加擴展模塊

在Mind+擴展模塊中，添加主控板、掌控板;在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中，添加MQTT、Wi-Fi。

3.程序編寫

編寫程序?qū)崿F(xiàn)Wi-Fi參數(shù)設(shè)置及MQTT參數(shù)設(shè)置，設(shè)置A杯濕度變量a，B杯濕度變量b，如圖2。

因為A、B兩個實驗塑料杯中的濕度傳感器已連接掌控板P0及P2端，所以土壤濕度傳感器獲取的數(shù)據(jù)能實時上傳至物聯(lián)網(wǎng)SIoT平臺，可編寫程序讓掌控板OLED屏幕顯示“種子發(fā)芽實驗”，并顯示A、B杯實時濕度數(shù)值，如圖3。

四、實驗實施

在A實驗塑料杯中倒入1杯水，土壤傳感器檢測濕度開始測試，掌控板顯示2450;在B實驗塑料杯中倒入三分之一杯水，土壤傳感器檢測濕度開始測試，掌控板顯示1646，如圖4。

五、實驗記錄與分析

學(xué)生觀測綠豆種子是否發(fā)芽，如圖5，并記錄土壤濕度、發(fā)芽數(shù)等數(shù)據(jù)，填寫實驗記錄表。

1.數(shù)據(jù)采集和顯示

啟動SIoT物聯(lián)網(wǎng)平臺，登錄賬號，查詢A杯與B杯土壤濕度傳感器采集的返回值。

2.數(shù)據(jù)保存與分析

實驗觀測完成后，從物聯(lián)網(wǎng)平臺右上角導(dǎo)出查詢結(jié)果，將土壤濕度傳感器采集的實驗數(shù)據(jù)下載至電腦。然后開始分析數(shù)據(jù)，探究種子發(fā)芽與土壤水分的關(guān)系。在相同的溫度、相同的陽光下，對比實驗A杯、B杯土壤濕度數(shù)據(jù)，分析種子發(fā)芽情況，如圖6，預(yù)測出種子發(fā)芽率高的土壤濕度值范圍。

實踐反思

通過本次種子發(fā)芽對比實驗探究，學(xué)生知道了生命活動離不開水，發(fā)現(xiàn)種子發(fā)芽情況與土壤濕度有著密不可分的關(guān)系，學(xué)會了利用土壤濕度傳感器檢測土壤中水分，通過物聯(lián)網(wǎng)SIoT平臺收集每天植物中土壤的濕度數(shù)據(jù)，運用圖表進行實驗結(jié)果分析，養(yǎng)成了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的學(xué)習(xí)習(xí)慣。學(xué)生綜合運用了科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科知識去進行實驗操作，不僅提升了技術(shù)素養(yǎng)與工程素養(yǎng)，也提高了動手實踐能力。開源硬件與科學(xué)實驗的整合，使科學(xué)課堂變得更加豐富多彩。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）