潛江市曹禺中學(xué)堅(jiān)持在“雙減”政策背景下做好科學(xué)教育加法，聚焦創(chuàng)新人才培養(yǎng)推進(jìn)基于探究實(shí)踐的科學(xué)教育。學(xué)校通過創(chuàng)建智慧農(nóng)場(chǎng)讓學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，切身感受科技的魅力，增強(qiáng)科學(xué)探究的興趣；通過開發(fā)基于智慧農(nóng)場(chǎng)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)項(xiàng)目，讓學(xué)生在項(xiàng)目的引領(lǐng)下開展種植勞動(dòng)實(shí)踐，探究智慧農(nóng)業(yè)生態(tài)問題；鼓勵(lì)學(xué)生基于勞動(dòng)過程中的真實(shí)問題自主設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，進(jìn)行科創(chuàng)實(shí)踐，切實(shí)提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，涵養(yǎng)學(xué)生的科技報(bào)國情懷。

一、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)建智慧農(nóng)場(chǎng)跨學(xué)科學(xué)習(xí)平臺(tái)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造的智慧農(nóng)場(chǎng)設(shè)有戶外種植區(qū)和室內(nèi)種植區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)植物生長(zhǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，包括戶外種植區(qū)土壤濕度、溫度和氮、磷、鉀含量的監(jiān)測(cè)，氣象監(jiān)測(cè)，自動(dòng)澆水管理等，以及室內(nèi)水培區(qū)水質(zhì)和菌類培育室光照、濕度、溫度等的監(jiān)測(cè)和管理，為學(xué)生搭建了開展科學(xué)探究實(shí)踐、學(xué)習(xí)智慧農(nóng)業(yè)管理的優(yōu)質(zhì)平臺(tái)。同時(shí)，學(xué)校聘請(qǐng)市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局工作人員等提供技術(shù)指導(dǎo)，一方面維護(hù)農(nóng)場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)，使之自動(dòng)、科學(xué)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)；另一方面指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行種植實(shí)踐，完成相關(guān)的科學(xué)探究任務(wù)，揭開智慧農(nóng)場(chǎng)的奧秘。

智慧農(nóng)場(chǎng)依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將鄉(xiāng)土地理環(huán)境、植物生長(zhǎng)特性、種植實(shí)踐活動(dòng)與硬件系統(tǒng)搭建、軟件功能調(diào)試、創(chuàng)意程序開發(fā)等有機(jī)結(jié)合，為學(xué)生的勞動(dòng)實(shí)踐、跨學(xué)科學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件，有利于學(xué)生體驗(yàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代科技融合的魅力。

二、依托智慧農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)施跨學(xué)科學(xué)習(xí)項(xiàng)目

智慧農(nóng)場(chǎng)為科學(xué)教育與智育、美育、勞動(dòng)教育的有機(jī)結(jié)合提供了實(shí)踐載體和場(chǎng)域，不僅能讓學(xué)生深度體驗(yàn)科技在農(nóng)業(yè)種植中的作用，充分感受勞動(dòng)實(shí)踐的樂趣，還能依托本地特色農(nóng)作物半夏的科學(xué)種植與養(yǎng)護(hù)、基于“蝦稻聯(lián)作”模式的“魚菜共生”生態(tài)系統(tǒng)探究等項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生對(duì)家鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)科技事業(yè)的熱愛，在學(xué)生心中埋下科技報(bào)國的種子。

半夏和大豆等農(nóng)作物是潛江農(nóng)業(yè)的名片。學(xué)校智慧農(nóng)場(chǎng)的戶外種植區(qū)種有半夏，學(xué)生可以了解半夏種殖的基本原理，親身進(jìn)行半夏的栽培實(shí)驗(yàn)，探究氣象、土壤、溫度與半夏等植物生長(zhǎng)的關(guān)系，從而深刻認(rèn)識(shí)江漢平原土質(zhì)特點(diǎn)對(duì)發(fā)展半夏等潛江特色種植產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于發(fā)育不良、生長(zhǎng)緩慢和種植失敗的植株，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在勞動(dòng)過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，最后撰寫科普小論文，以提升科學(xué)探究素養(yǎng)。與半夏同步種植的還有辣椒、南瓜、番茄等蔬菜。等到豐收季節(jié)，學(xué)生可以參與采摘蔬菜并就地取材，結(jié)合各種蔬菜的特點(diǎn)開展“科創(chuàng)智造”活動(dòng)，如校園植物標(biāo)本采集與葉脈書簽制作、天然色素提取與創(chuàng)意扎染實(shí)踐、番茄果醬配比研究與制作、植物拓染創(chuàng)意繪畫與作品數(shù)字化展示等。

潛江“蝦稻聯(lián)作”特色農(nóng)業(yè)模式體現(xiàn)了科學(xué)、生態(tài)養(yǎng)殖的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展理念。在此啟發(fā)下，學(xué)校開發(fā)了“魚菜共生”生態(tài)系統(tǒng)探究項(xiàng)目，在智慧農(nóng)場(chǎng)的室內(nèi)水培區(qū)應(yīng)用營養(yǎng)膜管道栽培技術(shù)建造了“鯉魚—生菜”共生系統(tǒng)，利用水產(chǎn)養(yǎng)殖的廢水作為水耕栽培的營養(yǎng)液，實(shí)現(xiàn)魚類生長(zhǎng)和植物生長(zhǎng)之間的互利循環(huán)。學(xué)校還應(yīng)用傳感器技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)“魚菜共生”生態(tài)系統(tǒng)的水質(zhì)和植物生長(zhǎng)情況，為學(xué)生開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究提供數(shù)據(jù)支撐。依托該項(xiàng)目，學(xué)生可以觀察水培植物與魚類混養(yǎng)的生態(tài)環(huán)境，了解“魚菜共生”的原理，增強(qiáng)生態(tài)環(huán)保意識(shí)；學(xué)習(xí)“魚菜共生”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及建造，嘗試制作簡(jiǎn)易的可實(shí)現(xiàn)“魚菜共生”的裝置，增強(qiáng)動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力；參與無土栽培的綜合實(shí)踐活動(dòng)，提高實(shí)驗(yàn)探究能力和勞動(dòng)技能。在此過程中，教師進(jìn)行“雙師”課程的研發(fā)與探索，如生物學(xué)教師和化學(xué)教師聯(lián)合設(shè)計(jì)、實(shí)施“魚菜共生”水肥配比探究子項(xiàng)目，物理學(xué)教師和信息科技教師聯(lián)合設(shè)計(jì)、實(shí)施“魚菜共生”補(bǔ)光燈設(shè)計(jì)與安置子項(xiàng)目等，以豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力。

在探究上述特色學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施的基礎(chǔ)上，學(xué)校以“農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)”為主題構(gòu)建智慧農(nóng)場(chǎng)跨學(xué)科校本課程，通過設(shè)置“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)場(chǎng)管理中的運(yùn)用”“影響植物生長(zhǎng)的環(huán)境因素探究”“無土栽培與人工養(yǎng)殖綜合實(shí)踐”等子課程，統(tǒng)整零散的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)知識(shí)、種植養(yǎng)殖勞動(dòng)實(shí)踐和農(nóng)場(chǎng)科創(chuàng)實(shí)踐活動(dòng)，涵蓋生物、化學(xué)、數(shù)學(xué)、地理、信息科技和勞動(dòng)等學(xué)科內(nèi)容，并以“課堂理論學(xué)習(xí)+農(nóng)場(chǎng)實(shí)踐體驗(yàn)”為主要實(shí)施方式，促進(jìn)實(shí)踐活動(dòng)、特色項(xiàng)目的課程化，突出學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性、體驗(yàn)性、探究性和創(chuàng)造性。

三、基于真實(shí)問題自主設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí)項(xiàng)目

除了以上規(guī)劃好的學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)校還鼓勵(lì)學(xué)生基于智慧農(nóng)場(chǎng)科學(xué)探究中的實(shí)際問題，根據(jù)興趣點(diǎn)自由組成科創(chuàng)小組，自主開發(fā)個(gè)性化的學(xué)習(xí)項(xiàng)目。開發(fā)內(nèi)容包括自主確定學(xué)習(xí)主題和目標(biāo)、設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)和過程、策劃成果總結(jié)與展評(píng)活動(dòng)等。

例如，針對(duì)智慧農(nóng)場(chǎng)戶外種植區(qū)農(nóng)作物被鳥類破壞的問題，部分學(xué)生聯(lián)合學(xué)校創(chuàng)客社團(tuán)組建科創(chuàng)小組，確定了“制作簡(jiǎn)易智能化驅(qū)鳥裝置”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主題，設(shè)想使用人工智能技術(shù)，利用多種傳感器等部件，制作一輛智能巡邏小車，有動(dòng)物來偷食時(shí)，小車就以聲、光、電的形式嚇走它們，這樣既不傷害小動(dòng)物，又能有效保護(hù)農(nóng)作物。由此，學(xué)生確立了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)目標(biāo)——制作一輛具有上述功能的智能巡邏小車。

為了達(dá)成項(xiàng)目式學(xué)習(xí)目標(biāo)，科創(chuàng)小組學(xué)生在信息科技教師和創(chuàng)客教師的共同指導(dǎo)下，確定了制作智能巡邏小車要突破的兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，并據(jù)此分成兩個(gè)探究小組。第一組主要負(fù)責(zé)自動(dòng)避障功能的探究與實(shí)現(xiàn)，使智能巡邏小車可以通過圖像識(shí)別技術(shù)和激光雷達(dá)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷前方障礙物并通過拐彎方式避開障礙物的功能。第二組主要探究圖像識(shí)別技術(shù)與傳感器的配合，使智能巡邏小車通過攝像頭實(shí)時(shí)獲取前方圖像數(shù)據(jù)并傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過圖像識(shí)別技術(shù)判斷是否有鳥類，如果有鳥類出現(xiàn)則啟動(dòng)驅(qū)鳥模式，利用揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，驅(qū)趕鳥類。攻破技術(shù)難題后，兩個(gè)小組共同負(fù)責(zé)組裝小車。在整個(gè)探究過程中，學(xué)生綜合應(yīng)用信息科技、物理學(xué)、生物學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，遷移運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究的方法，充分發(fā)揮計(jì)算思維、建模能力和創(chuàng)造能力，順利完成了智能巡邏小車的設(shè)計(jì)與制作。

經(jīng)過個(gè)性化的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅發(fā)展了觀察能力、思考能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提升了科學(xué)素養(yǎng)，還收獲了學(xué)習(xí)成就感，增強(qiáng)了科學(xué)探究的興趣。學(xué)生最終完成的智能巡邏小車讓他們感受到科學(xué)技術(shù)在促進(jìn)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步方面的重要作用。這樣的學(xué)習(xí)過程幫助學(xué)生厚植了科技報(bào)國情懷。

（作者單位：潛江市曹禺中學(xué)）

潛江市曹禺中學(xué)堅(jiān)持以學(xué)生成長(zhǎng)為中心，全面實(shí)施以落實(shí)立德樹人根本任務(wù)為核心、以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)的素質(zhì)教育。學(xué)校著力做好科學(xué)教育加法，重視德育管理和學(xué)科教研，以促進(jìn)教師專業(yè)素質(zhì)提升和學(xué)生全面健康成長(zhǎng)。