《海綿校園生態(tài)景觀之智慧灌溉初體驗(yàn)》教案、教學(xué)設(shè)計(jì)

1、STEM教育項(xiàng)目教學(xué)案例-打造海綿校園智慧生態(tài)景觀一、 項(xiàng)目導(dǎo)語：今年夏季，我市受多個(gè)臺風(fēng)過境影響，城市部分地段出現(xiàn)“看海模式 ” 。引發(fā)同學(xué)對于海綿城市的思考。海綿城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對雨水帶來的自然災(zāi)等方面具有良好的下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水需要時(shí)將蓄存的水釋放”并加以利用。而校園具有開放空間面積大、綠地比例高等特點(diǎn)，因此極其適合開展雨水管理利用系統(tǒng)的閉合循環(huán)建設(shè)，海綿校園則是進(jìn)行雨水管理及利用的優(yōu)良選擇。海綿校園就是將海綿城市的生態(tài)理念融入校園環(huán)境建設(shè)，利用雨水管理系統(tǒng)減少校園對水資源的消耗，改善校園內(nèi)水生態(tài)環(huán)境，同時(shí)達(dá)到美化綠化校園環(huán)境的目的。二

2、、項(xiàng)目目標(biāo)：1 . 了解海綿城市和海綿校園的相關(guān)概念2 .理解海綿校園生態(tài)景觀各子系統(tǒng)的重要性和關(guān)聯(lián)性3 .能夠在海綿校園生態(tài)景觀項(xiàng)目中做出有意義解決問題的改進(jìn)或者是批判性思考。4 .體會科學(xué)探究的流程，熟悉項(xiàng)目設(shè)計(jì)的流程3、 調(diào)查分析和活動體驗(yàn)：古代海綿城市研究：我們通過還原歷史背景，讓學(xué)生了解秦國統(tǒng)治者在蜀地面臨的問題是水患重重，這就是發(fā)現(xiàn)問題。變水患為水利，對秦昭王來說就是拜懂水的李冰為太守。那么，李冰是如何分步解決問題的呢 ?如何在當(dāng)時(shí)的條件下實(shí)施工程?過程中遇到了哪些問題 ? 三個(gè)核心水利設(shè)施的原理又是什么?我們通過多學(xué)科工具還原它們背后的科學(xué)技術(shù)，如抽絲剝繭般一一還原歷史、還原真相

3、、還原科學(xué)、還原技術(shù)。而學(xué)生也在學(xué)習(xí)過程中不斷地思考：問題在哪里?他做了什么?他為什么要這樣做?效果如何?是否解決問題 ? 由此，習(xí)得面對問題、分析問題、提出方案、最終解決問題的思維方式與能力。引入海綿校園景觀打造計(jì)劃：明確選址地點(diǎn)- 我們的校園海綿小景主要是通過收集地面或屋頂雨水，通過自然凈化補(bǔ)給景觀用水，所以考慮將景觀建在低洼或者淺凹的區(qū)域。地形決定了雨水的流向，是否可以將雨水盡可能的引到海綿景觀中，使大部分雨水都可以通過海綿景觀的過濾、滲透到地下水中，補(bǔ)充地下水。海綿景觀包含水循環(huán)的蒸發(fā)、下滲、流騰作動等過程，因此海綿景觀應(yīng)當(dāng)與建筑相隔一段距離，一方面防止雨水的下滲造道路徑流成建筑的問題

4、，另一方面，盡量建在陽面，提高雨水的蒸發(fā)效率。海綿景觀的滲透性會使建筑基礎(chǔ)發(fā)生一些變化，比如含水量升高，甚至造成沉降或者墻體變形。根據(jù)選址，我們需要建立一套生態(tài)系統(tǒng)，需根據(jù)實(shí)地情況 選擇合適的景觀植物，弁通過傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)生態(tài)環(huán) 境利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)，收集處理、發(fā)布觀測信息。我們將其主要部分分為三大部分：種植系統(tǒng)信息系統(tǒng)控制系統(tǒng)思考人對所選場地的環(huán)境要素是什么樣的，各自合理控制范圍人對所選景觀植物生長特性是什么 ？需要什么樣的環(huán)境？ 人如何根據(jù)土壤含水量，提示澆灌，甚至自動澆灌九有關(guān)技術(shù)如何落實(shí)到位？九對所選場地應(yīng)該如何設(shè)計(jì)規(guī)劃 ？人實(shí)現(xiàn)某功能的控制系統(tǒng)應(yīng)該如何選材，如何設(shè)計(jì)？人如何對所

5、選場地進(jìn)行較為準(zhǔn)確的計(jì)算 ？九如何控制建造成本，做到最經(jīng)濟(jì)合理設(shè)計(jì) ？調(diào)查分析土壤滲水性選擇合適的景觀植物實(shí)驗(yàn)：在需要建設(shè)雨水小景的地方挖 一個(gè)深約10cm的淺坑，看水下滲的速率，初略計(jì)算出滲水率。 盡量選用鄉(xiāng)土植物，如果一定要用外來物種，也要是經(jīng)過如果 在24小長期的馴化的植物物種。鄉(xiāng)土植物可以更快地適應(yīng)環(huán)境、 成景時(shí)內(nèi)，水可以入滲完畢，則較適宜?？?、管理粗放；選擇具有完整根系的植物。植物的根系是觀察：由于海綿景觀本質(zhì)是生物滯留設(shè)施，依靠生物進(jìn)行過濾等功能，如果擬建設(shè)海綿景觀的區(qū)域內(nèi)植被較為健康使得植物更快地扎根于新的土壤中，茁壯成長； 采用耐旱但長勢良好，則說明此地適宜建造雨水花園；如果長

6、勢不好又具有忍耐暫時(shí)性水浸（不超過48h 的植物。這樣的植物環(huán)境則考慮換土。可按以下比例配制:50%60%的砂土和碎應(yīng)性強(qiáng)，可以更好地發(fā)揮其作用； 多利用香花植物。芳香石；20%30%的腐殖土；20%30%的表層植物有助于吸引蜜蜂、蝴蝶等昆蟲，創(chuàng)造更加良好的景觀效果。實(shí)踐研究在海綿景觀生態(tài)系統(tǒng)中， “水 ”成為了最關(guān)鍵的因素，我們可以根據(jù)士壤中的水分含量來控制遙測系統(tǒng)自動預(yù)警，同時(shí)控制系統(tǒng)自動控制開關(guān)水泵和閥門，以實(shí)現(xiàn)灌溉的自動化。因此，我們需要配備土壤水分傳感器。抵礫石層為各層的基礎(chǔ)、凈化后雨水的匯集以及排走匯集后的 雨水，匯集后的雨水可由穿孔管排入與其相連的蓄水系統(tǒng)的水 箱等設(shè)備徑較小的砂

7、石，防止土壤顆粒在雨水下滲過程中進(jìn)入 礫石層堵塞穿孔管。種植土壤層是一種結(jié)構(gòu)疏松、通氣性能良好，保水保肥能力 強(qiáng)，適宜于植物生長的優(yōu)質(zhì)土壤。在雨水花園的結(jié)構(gòu)組成中具有 較強(qiáng)的過濾與凈化雨水的作用。覆蓋層中的樹皮可以提供良好的微生物環(huán)境，有利于微生物 的生長和有機(jī)物的降解，有利于雨水的凈化，可以保持土壤的 濕度，避免表層土壤板結(jié)而導(dǎo)致滲透性能降低。同時(shí)還有助于抗徑流 雨水的 侵蝕防 止水土 流降雨 時(shí)雨水 優(yōu)先滯 留于蓄 水層，為暴雨提供暫時(shí)的儲存空間。通過植物的滲透作用過濾雨 水，同時(shí)將雨水中的沉淀物留在此層。為了防止雨水過多時(shí)滋出 雨水花園，所以應(yīng)在雨水花園的最高水位線處安裝溢流管。土壤濕度

8、檢測系統(tǒng):1. 傳感器適用于土壤的濕度檢測；2. 模塊中設(shè)計(jì)電位器用于土壤濕度的閾值調(diào)節(jié)，順時(shí)針調(diào)節(jié)，控制的濕度會越大，逆時(shí)針越??；3. 數(shù)字量輸出與ardunio 相連，通過其檢測高低電平，由此來檢測土壤濕度；4、 測試與優(yōu)化： 對設(shè)計(jì)的作品或研制的方案進(jìn)行測試，尋找問題與不足，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)。檢查模塊各部分結(jié)構(gòu)是否完整；對運(yùn)行情況進(jìn)行檢查 （測試環(huán)境水、浸水、定量水等） ；記錄問題并進(jìn)行改進(jìn)；五、展示與評價(jià) ：一個(gè)完整的海綿小景，從場地的選定、植物的選擇，到信息模塊的制作與建，再到自動控制系統(tǒng)的計(jì)與組裝，每一步都是緊相連的，各組在經(jīng)歷各個(gè)的設(shè)計(jì)與制作時(shí)，一定經(jīng)歷了或有趣或困惑或艱辛的過程，也應(yīng)該非常有獲吧?現(xiàn)在，請你們組總本組分享經(jīng)驗(yàn)與觀點(diǎn)在實(shí)踐過程中的收獲、新發(fā)現(xiàn)，以及反思與教訓(xùn)介紹給大家。六、拓展與應(yīng)用 ：在該項(xiàng)目的基礎(chǔ)上引出更多的延伸和可拓展的問題，引導(dǎo)學(xué)生將研究成果應(yīng)用到廣泛的生活領(lǐng)域。海綿校園改造項(xiàng)目重在水資源管理，目的是為了告別學(xué)校 “看海 ” ，實(shí)現(xiàn) “滲、 滯、 蓄、 凈、 用 、 排”六位一體的綜合排水、生態(tài)排水，有 效集水用水是海綿校園的基礎(chǔ)目標(biāo)。通過海綿校園因地教學(xué)、就 地示范，進(jìn)行相關(guān)課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)檢測以及科普教育是校園雨洪 管理的獨(dú)特功能，更是發(fā)展可持續(xù)校園的重要組成