讲义-自动浇花机器人.docx

自动浇花机器人一、课程目标 了解环境条件对植物生长的重要性。 掌握土壤湿度传感器的原理。 通过制作自动浇花机器人，进一步理解和掌握湿度传感器的使用方法。 通过制作自动浇花机器人，体验自动化控制的神奇。一、 结合知识点课标： 小学科学课程标准：生命科学领域；初中科学课标准：生命科学；义务教育生物学课程标准：生物圈中的绿色植物。知识点：动植物之间、动植物与环境之间存在着相互依存的关系；生物的新陈代谢；生命的延续和进化；绿色植物的生活需要水和无机盐。二、 课时安排7-8年级：2课时。四、课程内容(一)教学重难点 教学重点：湿度传感器的原理； 教学难点：自动灌溉系统的设计方法。(二)教学流程1、视频展示，新课引入（5 min）教师展示智能灌溉系统的相关视频。自动浇花机器人总结：智能浇花系统使人们的生活更加便捷。2、知识点介绍（25 min）（1）环境条件对植物生长的重要性（10 min）光在植物生产中的重要性体现在：直接作用是对植物形态器官建成；间接作用是植物利用光提供的能量进行光合作用，合成有机物质，为植物生长发育提供物质基础。在植物生产中，温度的昼夜和季节性变化影响植物的干物质积累甚至产品的质量，而且也影响植物正常的生长发育；植物的正常生长发育及其过程必须在一定的温度范围内才能完成。水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命。植物的一切正常生命活动都必须在细胞含有水分的状况下才能发生。植物对水分的依赖性往往超过了任何其他因素。一个良好的土壤应该使植物能“吃得饱（养料供应充足）”、“喝得足（水分充足供应）”、“住得好（空气流通、温度适宜）”、“站得稳（根系伸展开、机械支撑牢固）。肥料是植物的粮食，在植物生产中起着重要作用：改良土壤，提高土壤肥力；肥料不仅可以促进植物整株生长，也可促进植株某一部位生长；肥料还在改善植物的商业品质、营养品质和观赏品质等方面有着重要意义。（2）水分与植物生长（7 min）土壤是指陆地能够生长植物的疏松表层，土壤之所以能生长植物，是因为土壤具有肥力，指土壤供给和协调植物生长发育所需要的水分、养分、空气、热量、扎根条件和无毒害物质的能力。水、肥、气、热是土壤的四大肥力因素，他们之间相互作用，共同决定着土壤肥力的高低。土壤湿度，即表示一定深度土层的土壤干湿度程度的物理量，又称土壤水分含量。土壤湿度的高低受农田水分平衡各个分量的制约。蒸腾作用是植物对水分的吸收和运输的一个主要动力，特别是高大的植物，假如没有蒸腾作用，由蒸腾拉力引起的吸水过程便不能产生，植株较高部分也无法获得水分。由于矿质盐类（无机盐）要溶于水中才能被植物吸收和在体内运转，既然蒸腾作用是对水分吸收和流动的动力，那么，矿物质也随水分的吸收和流动而被吸入和分布到植物体各部分中去。所以，蒸腾作用对这两类物质在植物体内运输都是有帮助的。另外蒸腾作用为大气提供大量的水蒸气，使当地的空气保持湿润，使气温降低，让当地的雨水充沛，形成良性循环。作物的需水规律：1. 不同作物的需水量不同：一般可根据蒸腾系数的大小来估算作物对水分的需求量，既以作物的生物产量和蒸腾系数的积作为理论最低需水量。但实际应用时还应考虑土壤保水能力的大小、降雨量的多少以及生态需水等。因此，实际需要的灌溉水要比理论数大得多。2. 同一作物不同生育期对水分的需求量不同：同一作物不同生育期对水分的需要量有很大的差别。例如早稻在苗期由于蒸腾面积较小，水分消耗量不大；进入分蘖期以后，蒸腾面积扩大，气温也逐渐升高，水分消耗量明显增大；到孕花期蒸腾量达到最大值，耗水也最多；进入成熟期后，叶片逐渐衰老、脱落，水分消耗量又逐渐减小。小麦一生中对水分需要大致可分为四个时期：种子萌发到分蘖前期，消耗水不多；分蘖末期到抽穗期，消耗水最多；抽穗到乳熟末期，消耗水较多，缺水会严重减产；乳熟末期到完熟期，消耗水较少，如此时供水过多，反而会使小麦贪青迟熟，籽粒含水量增高，影响品质。3. 作物的水分临界期：水分临界期(critical period of water)是指植物在生命周期中对水分最敏感、最易受害的时期。一般而言，植物的水分临界期多处于花粉母细胞四分体形成期，这个时期一旦缺水，就会使性器官发育不正常。小麦一生中有两个水分临界期，第一个水分临界期是孕穗期，这期间小穗分化，代谢旺盛，性器官的原生质粘性与弹性均下降，细胞液浓度很低，抗旱力最弱，如缺水，则小穗发育不良，特别是雄性生殖器官发育受阻或畸形发育。第二个水分临界期是从开始灌浆到乳熟末期。这个时期营养物质从母体各部分输送到籽粒，如果缺水，一方面影响旗叶的光合速率和寿命，减少有机物的制造；另一方面使有机物质运输变慢，造成灌浆困难，产量下降。其他农作物也有各自的水分临界期，如大麦在孕穗期，玉米在开花至乳熟期，高粱在抽花序到灌浆期，豆类、花生、油菜在开花期，向日葵在花盘形成至灌浆期，马玲薯在开花至块茎形成期，棉花在开花结铃期。由于水分临界期对产量影响很大，因此，应确保农作物水分临界期的水分供应。（3）土壤湿度传感器（8 min）土壤湿度传感器又名土壤水分传感器，土壤含水量传感器。土壤水分传感器由不锈钢探针和防水探头构成，可长期埋设于土壤和堤坝内使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。与数据采集器配合使用，可作为水分定点监测或移动测量的工具测量土壤容积含水量，主要用于土壤墒情检测以及农业灌溉和林业防护。湿度传感器按照其测量的原理，一般可分为电容型、电阻型、离子敏型等。电容型土壤湿度传感器是由交叉指状铝条构成电容器的电极，利用空气充当电容器的电介质，随空气相对湿度的变化其介电常数发生变化，电容器的电容值也将随之变化，所以该电容器可用作土壤湿度传感器；电阻型土壤湿度传感器是由通过感湿传感层的两个电极构成的许多小单元组成，利用小单元的数目改变，使电阻值发生变化，所以可用作土壤湿度传感器；离子敏型土壤湿度传感器由敏感膜和转换器两部分组成，利用敏感膜来识别离子的种类和浓度，转换器则将敏感膜感知的信息转换为电信号，因此也可作为土壤湿度传感器。图1土壤水分传感器 3、实践活动（145 min）（1）学习用一个土壤湿度传感器和Makeblock套件完成自动浇花机器人的搭建（95 min）；图2 自动浇花机器人样板（2）在湿度传感器中加装数码管显示湿度值，并设计实现当湿度低于某一固定值时，机器人完成自动浇花的动作（30 min）；图3自动浇花机器人的编程设计（3）小组讨论还有哪些创意可