基于“智慧农业”的Scratch课程实践应用

基于“智慧农业”的Scratch课程实践应用 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。智慧农业和Scratch的结合我们将智慧农业和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）。 图1 Scratch 智慧农业课程示意图 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现代信息技术，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”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，现已在各中小学正开展得如火如荼。但目前中小学开展的Scratch课程都是偏向于软件的学习和基本操作的教学，并没有完全地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，如温室内温浓度、土壤温度、光照度、营养元素等都是通过物理传感器实时采集。所以在我们的Scratch课程设计中，我们以传感器为结合点，将智慧农业和Scratch编程相结合，实现虚拟现实的结合。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）。图2 传感器分类及其作用“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，属于深度结合的课程，所以需要学生在此之前，已经熟练掌握了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在教学过程中，要求学生在教师指导下，通过以 “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，并进行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具体实施。本次活动设计的目标是引导学生明确一份完整系统要素各设计，并在此基础上可以设计出完善的“智慧农业”系统。 1.情景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给各小组讨论“在家庭中我们通常会遇到这样的情况：出差或者游玩时家里的植物无法照顾，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进行举例（如图3）。图3 问题方案设计 以上的过程都是自动化实现，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连入在线无联网云，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 在问题探究阶段结束后，要开始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。图4 实际搭建系统材料表 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）图5 监控系统设计部分图 综合起来，可得到图6所示的整体设计图。图6 监控系统整体设计图反思和思考对教师而言，智慧农业和实践相结合的Scratch课程使得探究型课程更加开放，让课程实施方式上也有了更多方法的选择；对学生而言，他们在学习过程中可以更加个性化学习。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景中发现问题、进行讨论问题、提出解决方案，进行实践检验，最后