2.1粤港澳大湾区STEM教育联盟实验学校案例(上)

太阳能家居水培种植箱的设计与应用
课程实施
正式课堂：由六个学科合作，由每科老师分工负责其中相关部份：
科目 课时
生物 3
物理 3
化学 3
数学 计算机 美术 总课时
2
3
2
16
课余时间：老师轮流到课室与学生交流，解决实践时的问题。
太阳能家居水培种植箱的设计与应用
教学目标分解
科学知识
技术知识
工程知识
进入情景、提出问题：参观工作纸
水培种植
在我们参观的水培种植场中, 他们使用了甚么代替土壤去固定植物? 在我们参观的水培种植场中, 他们怎样令植物的根留在水中,主体留在水面? 在我们参观的水培种植场中, 他们使用甚么设备为营养液提供空气?
进入情景、提出问题：参观后的思考
水培种植
通过现场参观和把资料总结后，学生了解植物生长的要素、水耕种植的特点、 种子发芽的要素等基本知识，并探讨以下问题：
明确任务要求
选择材料 画出初步制作方案
动手制作原型 检测原型质量 发现存在问题 提出修改意见
制作定型
学生具体操作内容
1. 安装电机和太阳能板 2. 适应太阳光照角度变化
小水泵、太阳能板、导线等
上传草图照片 上传原型照片 1. 通电试验 2. 调整太阳能板角度 检查制作工艺是否合格 修订制作方案 制作定型，上传照片
进入情景、提出问题：现场参观
现场参观，亲身体验，思考问题
水培种植
学生带着问题到珠海水培基地进行参观学习，认识水栽培的实际环境，技 术人员带领学生了解由育苗、移苗、定植、采收的全过程。同时思考如何在家 居实现水培种植。
进入情景、提出问题：参观工作纸
水培种植
植物生长的最必需的四种因素有:
A. 空气
B. 水 C. 光照 D. 电力 E. 营养元素
念图
• 太阳能发电原理 • 文字编辑技术
板和小气泵支 记录
• 以水培美化
• 营养液的配方 • 简报制作技术
架
• 植物生长测量
校舍设计
• 药剂配制技术 • 设计及组装家 与记录
• 汇报学习成
居水培种植箱 • 统计图表制作
果
进入情景、提出问题：观看视频
观看视频：了解国际上水栽培技术的广泛应用
水培种植
进入情景、提出问题：界定问题
问题：营养液的组成和功用
水培种植
分组查阅网上资料，向全班报告，并进行研讨。
工程设计与技术制作：制作之一
水培种植
制作：配制营养液
工程设计制作的步骤
明确任务要求 选择材料
画出初步制作方案 动手制作原型
检测原型质量 发现存在问题 提出修改意见
制作定型
学生具体操作内容
1.学习注意事项 2.学会营养液配制方法
2.现场参观及 记录
3.参观后思考
4.探究营养液 的组成和功用
8.动手制作太 阳能水培箱
7. 以实验去 验证假設
6.探究水培箱 的物理结构
5.动手制作营 养液
9.探究水培菜 苗的生长规律
10.记录及处 理数据
11. 加入艺术 元素创意设计
12. 多元评价、 学习反思
药物清单（略） 上传配制流程图 配制营养液， 上传过程照片 检测配成溶液的
EC值和pH值 列举发现的问题 修订配制方案 配制定型，上传照片
科学探究与数学应用：探究之二
问题：太阳能家居水栽培箱的物理结构
问题1：如何增加营养液的含氧量及流动性。 问题2：如何既方便又环保地给设备供电。
水培种植
科学探究与数学应用：实验活动
提出假设，设计实验去进行探究
实验一：太阳能发电验证实验，探讨小气泵的 太阳能供电方案。
实验二：微电机通过打气增加水的含氧量和流 动性实验。
实验三：设计适应太阳照射角度变化方法，计 算课室走廊太阳能板设置的最佳角度。
水培种植
工程设计与技术制作：制作之二
水培种植
制作：水培箱的通气与供电
工程设计制作的步骤
科学探究与数学应用：实验活动
种植菜苗的科学试验内容：
1.在水栽培装置栽入 沙拉生菜苗；
Байду номын сангаас2.测量数据，记录 作物成长过程；
3.调节参数，确保 作物健康成长。
水培种植
科学探究与数学应用：实验活动（续）
分组用水培箱种植菜苗，每天记录数据，分析生长过程
水培种植
科学探究与数学应用：数据处理
水培种植
科学探究与数学应用：数据处理（续）
水培种植
知识扩展、创意设计：创意设计
任务：把水培箱美化
水培种植
知识扩展、创意设计：创意设计（续）
任务：设计以室内水培美化校园的方案
水培种植
知识扩展、创意设计：创意设计（续）
任务：设计以室内水培美化校园的方案
水培种植
多元评价，学习反思
学习总结分享 实践能力评估 学习反思表格
基础知识评估 任务完成评估
水培种植
问题：如何能在教室或家庭里也能实现用水栽培作物？
01 如何设计和制作一套小型的水栽培装置?
阅读资料，现场参观，形成设计思路，动手制作。
02 如何利用这套水栽培装置去栽培一种作物?
利用这套水栽培装置开展养殖实验，观察记录作物成长过程。
03 如何保证这套装置栽培的作物能健康成长?
开展科学试验，观察生长过程，测量记录数据，控制条件，检验效果。
装置中的水应注入怎样的营养液 ？ 需要了解如何配制营养液。
如何让装置中的水运动？ 需要了解如何利用小型水泵推动水运动。
如何为小型水泵供电？
需要了解如何利用太阳能为 小水泵供电方法。
如何使太阳能板在不同时间都能吸收太阳能？ 需要制作一个能改变太阳能板方向的台座。
科学探究与数学应用：探究之一
工程设计与技术制作：制作之三
制作：设计及制作太阳能板支架
水培种植
科学探究与数学应用：探究之三
水培种植
问题：探究应用太阳能水培箱种植菜苗的生长规律及其影响因素
在完成营养液配制和太阳能水培箱制作之后，学生开展利用水培箱种植菜苗的科学 实验，分组观察，记录数据，分析生长过程。这是科学探究与数学应用活动的延续。
数学知识
艺术知识
• 植物生长的要素 • 水培种植技术 • 电路图绘画与 • 阅读参数表 • 电路图绘画
• 水培种植的特点 • 电工技术
设计
• 电学计算
与设计
• 种子发芽的要素 • 基于网络的合 • 运用工具设计 • 药剂比例计算 • 绘制产品概
• 水泵的运作原理
作学习技术
及制作太阳能 • 营养液测量与
PART
粤港澳大湾区STEM
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教育联盟实验学校案例
详细案例一
太阳能家居水培种植箱的设计与应用
太阳能家居水培种植箱的设计与应用
实施学校：澳门濠江中学
课程简介：
水培种植技术已被广泛应用于世界各地的蔬果生产中，是一种稳定、高产、 节约用水的科学种植技术。
本课程是面向初三年级全体学生的STEAM校本课程，学生探究营养液的 配制方案、太阳能家居水培种植箱的物理结构，通过配制营养液和制作水培种 植箱的工程设计活动，学习并掌握科学知识（植物生长的要素、水培种植技术、 太阳能发电、小气泵的原理等）。最后，学生分组开展水培种植实验，观察、 记录植物生长过程。
F. 温度 G. 种子 H. 土壤 I. 氮元素
下面哪一种说法是是错误的:
水耕种植是无土种植的其中一种不用土壤的耕种方法; 水耕种植最大的优势就是直接用清水就能种出跟土壤相若的作物; 水耕种植中, 以营养液代替土壤为作物供给养份; 土耕植物的根部可从土壤中吸取空气, 水耕植物也可以直接通过
通过气泵直接打空气送到水中; 无需补充, 空气中的所有元素在营养液中都十分齐全; 植物在呼吸时会自己排到水中, 无需别的补充;
进入情景、提出问题：参观工作纸
水培种植
为甚么水耕蔬菜较少机会使用农药(除虫药)?
营养液本身就是除虫剂; 水耕植物有天然的防虫能力; 水耕植物的口味差, 害虫不爱吃; 因为大多数幼虫和虫卵都藏在土壤中, 没有土壤可大量减少了虫害;
水培种植
多元评价，学习反思：总结及分享
水培种植
多元评价，学习反思：任务完成评估量表
水培种植
多元评价，学习反思：反思P-M-I-Q表
水培种植
Plus 已学懂的知识
Minus 还未学懂的知识
Interest
Questions
想继续关注的知识 还存在疑问的知识
教学活动过程支架
水培种植
1. 观看视频， 界定问题
根从水或营养液中吸收溶于水中的空气;
进入情景、提出问题：参观工作纸
水培种植
营养液提供了的营养元素中, 哪三种对农作物的生长影响最大?
A. 氮(N) B. 铁(Fe) C. 钙(Ca)
E. 钾(K)
F. 铅(Pb)
D. 磷(P)
在水耕种植系统中如何补充水中的空气?
通过水泵令水循环流动, 流动时会接触到空气并把部份空气溶解 到水中;
水耕与土耕种植相同的农作物, 哪一种比较节水, 为甚么?
土耕, 因为水耕要用大量的水, 而土耕用泥土和水; 土耕, 因为泥土可以保护水份不被蒸发; 水耕, 因为贮存的水几乎只供植物吸收用而循环使用, 土耕的话,
每次浇水, 除了被植物吸收的部分外, 有大部份都被蒸发或流走了 两者耗水程度相同