上海市寶山區(qū)青少年科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)站 沈曉勤

水是萬物之源，是構(gòu)成生物機(jī)體、維持生命特征的重要物質(zhì)。家庭觀賞花卉大部分為草本植物，雖然對(duì)水的需求量因種類和季節(jié)而異，但都是要喝水的?，F(xiàn)代家庭生活追求健康、環(huán)保，室內(nèi)花卉幾乎成為每個(gè)城市家庭的特殊成員。上班族能夠按周期給花澆水的時(shí)間難以保障，尤其是節(jié)假日外出，最擔(dān)心的就是解決這些家庭成員在家的喝水問題。本文旨在掌握自動(dòng)控制水分輸送的基本原理和不同方式，實(shí)現(xiàn)讓花兒減少養(yǎng)護(hù)、四季常青的目標(biāo)，借此拓展自然知識(shí)，同時(shí)提高學(xué)生的思考能力、實(shí)踐能力。

第一階段：調(diào)查研究

1.工作原理

通過網(wǎng)絡(luò)，探索自動(dòng)澆水花盆中蘊(yùn)含的科學(xué)現(xiàn)象，了解基本工作原理、實(shí)現(xiàn)過程，以及控制澆水水量的方法，收集各類自動(dòng)澆水花盆的示意圖。雖然自動(dòng)澆水花盆形態(tài)和方法各異，但主要有三種形式：一是在普通的花盆里分層，利用毛細(xì)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水；二是通過管道連接外置密閉盛水容器，利用虹吸現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水；三是利用重力和杠桿原理控制水量和澆水時(shí)間。通過觀察比較，不難發(fā)現(xiàn)這三種具有代表性的自動(dòng)澆水花盆都有一個(gè)共同點(diǎn)：通過儲(chǔ)水容器儲(chǔ)存一定供給周期的水，再通過一定的方式使植物能夠在較為合適的時(shí)間吸收適量的水分。

2.存在問題

調(diào)查當(dāng)前市面上常見的自動(dòng)澆水花盆，研究分析花盆優(yōu)點(diǎn)、使用缺陷，以及使用者潛在的其他需求。本文以學(xué)校教室生物角內(nèi)不同生長(zhǎng)習(xí)性植物的供水為問題實(shí)踐，為便于在各班生物角大范圍實(shí)施推廣，選擇在結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、通用性較強(qiáng)的自動(dòng)澆水花盆基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。花盆分為上下兩層，上層為植物生長(zhǎng)區(qū)，下層為儲(chǔ)水供水區(qū)。

3.植物習(xí)性

了解常見盆栽植物對(duì)水、土壤、光照的喜好需求，將類似的植物進(jìn)行分類養(yǎng)護(hù)，以開展實(shí)驗(yàn)。首先選擇比較常見且具有代表性的五種植物進(jìn)行觀察，主要為：擬石蓮屬植物昂斯諾、瓦葦屬多肉植物草燈玉露、常春藤、金邊吊蘭、文竹。五種植物的習(xí)性進(jìn)行了如下整理：

第二階段：優(yōu)化改良

1.集思廣益

對(duì)比自動(dòng)澆水花盆養(yǎng)殖相比原生長(zhǎng)環(huán)境存在的缺點(diǎn)，對(duì)花盆提出設(shè)計(jì)意見，思考讓花盆更適合植物的生長(zhǎng)需要。擬通過實(shí)驗(yàn)，一是驗(yàn)證上述植物是否適合使用自動(dòng)澆水花盆，二是改良自動(dòng)澆水花盆的設(shè)計(jì)，使植物生長(zhǎng)得更好。

了解簡(jiǎn)易自動(dòng)澆水花盆的制作方法。在外瓶設(shè)計(jì)上，自制簡(jiǎn)易自動(dòng)澆水花盆可就地取材，采用透明塑料瓶，半徑比較容易統(tǒng)一、水量清晰可見。也可采用餅干筒等類似的透明材質(zhì)作為外盆。在內(nèi)盆的設(shè)計(jì)上，可采用瓶子的上半部分，為增強(qiáng)自動(dòng)澆水花盆的吸水性和透氣性，可購置漏網(wǎng)狀內(nèi)盆。

2.設(shè)計(jì)優(yōu)化

選擇設(shè)計(jì)對(duì)象，明確設(shè)計(jì)思路與要點(diǎn)，并繪制設(shè)計(jì)圖。經(jīng)小組討論，提出優(yōu)化意見。分別將上述生長(zhǎng)狀況接近的植物置于不同的自動(dòng)澆水花盆里，通過分組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出適合不同習(xí)性植物的自動(dòng)澆水花盆。

主要的設(shè)計(jì)思路為：在透明的一次性餅干筒上放置口徑合適的盆形濾網(wǎng)，作為內(nèi)盆，并通過棉線將水輸送到植物的根部。為了滿足不同植物的習(xí)性，采用了三種規(guī)格的濾網(wǎng)、兩種不同規(guī)格的棉線、三種不同類型的一級(jí)土壤。通過觀察花兒的生長(zhǎng)情況，提出改進(jìn)意見。

3.制作樣盆

根據(jù)設(shè)計(jì)圖，盡可能采用常見的材料制作樣盆模型，記錄使用材質(zhì)、規(guī)格等相關(guān)數(shù)據(jù)，針對(duì)不同植物制作培育土壤、種植對(duì)應(yīng)植物，放置于適宜的環(huán)境中。另外，選擇了一組采用水培對(duì)比，以顆粒物作為固定，正式開始實(shí)驗(yàn)。

第三階段：實(shí)驗(yàn)對(duì)比

1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

對(duì)采用不同設(shè)計(jì)花盆的同一植物進(jìn)行觀察記錄，比較生長(zhǎng)情況，探究原因，提出設(shè)計(jì)改進(jìn)意見。

2.整合修改

總結(jié)花盆設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)與存在的問題，商討改進(jìn)方案，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過兩個(gè)月的種植，在沒有添加任何肥料和營(yíng)養(yǎng)液的境況下，植物長(zhǎng)勢(shì)良好。常春藤、金邊吊蘭和文竹的變化較為明顯，葉片明顯變多。而兩種多肉植物雖然未發(fā)生顯著變化，但葉子比較飽滿、整體狀態(tài)很好。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：喜濕潤(rùn)的植物采用較粗的棉線、中等深度的自動(dòng)澆水花盆效果更好；多肉植物采用水培的方式會(huì)更飽。隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加，植物的習(xí)性對(duì)花盆不同的要求將會(huì)體現(xiàn)的更加明顯。

由于實(shí)驗(yàn)季節(jié)、實(shí)驗(yàn)周期、實(shí)驗(yàn)樣本等限制，上述設(shè)計(jì)方案需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及優(yōu)化。

3.撰寫說明

針對(duì)不同習(xí)性植物的自動(dòng)澆水花盆設(shè)計(jì)方案進(jìn)行最終的繪制設(shè)計(jì)，并輔以文字說明，以便推廣。

第四階段：成果總結(jié)

通過五個(gè)月的簡(jiǎn)易自動(dòng)澆水花盆的設(shè)計(jì)制作活動(dòng)，學(xué)生的收獲累累碩果。

一是通過自動(dòng)澆水花盆的成功設(shè)計(jì)、實(shí)施及推廣，學(xué)校室內(nèi)的綠植養(yǎng)護(hù)更加方便、換水澆水次數(shù)明顯減少，且植物的生長(zhǎng)更加良好，保障和美化了室內(nèi)健康環(huán)境，顯著降低了綠植維護(hù)成本。

二是學(xué)生對(duì)毛細(xì)、虹吸等科學(xué)現(xiàn)象，杠桿、重力作用等物理原理，以及植物的向光性、向水性等生物特性，有了切身體驗(yàn)和感性認(rèn)識(shí)，對(duì)熱愛自然、激發(fā)自然科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣起到了潛移默化的作用。

三是通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)和科學(xué)實(shí)踐，初步掌握了驗(yàn)證問題的方法，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究的意識(shí)，鍛煉了嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的精神，為樹立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度、養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣奠定了一定基礎(chǔ)。

四是在提出問題、思考問題、解決問題的過程中，學(xué)生的信息獲取、匯總、甄別、分析、運(yùn)用的能力得到大幅提升。參與活動(dòng)的學(xué)生思維變得更加活躍，主動(dòng)觀察事物、發(fā)現(xiàn)問題、推理思考等實(shí)際實(shí)踐能力更強(qiáng)。

五是學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)、動(dòng)手能力、溝通能力、環(huán)保意識(shí)等綜合素質(zhì)得到了很好的提升，為參加其他科學(xué)實(shí)踐、社會(huì)實(shí)踐都提供了基礎(chǔ)能力準(zhǔn)備，使得這一活動(dòng)更有意義。