康留元   河南省汝州市第二高级中学信息技术教师，高级教师，全国中小学生创·造大赛裁判员，DF创客社区IoT物联网版主，吴俊杰老师创客教育普惠课程掌控板mPython基础课程合伙人。

课程背景

种子是种子植物特有的器官，其主要功能是繁殖。而水是植物生存所需的重要成分，生命活动离不开水。植物的生长一般经历六个过程：种子—发芽—生长—开花—结果—成熟。那么土壤的湿度对种子的发芽有什么影响？本课主要探究种子发芽情况与土壤湿度的关系，利用土壤湿度传感器检测土壤中的水分，通过物联网SIoT平台每天收集植物土壤中的水分数据，运用实验记录表统计种子发芽情况。由于探究时间比较长，我们采用绿豆种子为探究对象，预计需要3—5天的时间完成观察。
 

教学目标
 

学情分析

种子发芽实验为新版教科版《科学》五年级上册第一单元“生物与环境”的起始课。本课以绿豆发芽所需的条件为导线，引导学生根据所要研究的问题控制实验条件、设计实验方案、记录观察过程、动手编写程序。

过程与方法
 

1.经历种子发芽实验实施的全过程，编写程序获取实验杯子中的土壤湿度值。

2.用对比实验的方法观察、记录影响种子发芽的条件，按要求制订自己的实验计划。

情感态度与价值观
 

1.养成严谨准确的科学思维习惯。

2.养成对实验观察的兴趣。
 

教学重点与难点
 

1.经历种子发芽对比实验实施的过程。
 

2.用对比实验的方法观察、记录影响种子发芽的条件。

3.通过开源硬件采集土壤水分值，经历实施种子发芽对比实验的过程，养成实验对比分析的科学思维。

教学准备
 

1.教学资料

实验记录表若干，根据班级人数而定。
 

2.实验设备
 

1个掌控板2.0，2个土壤湿度传感器，1个3.3V锂电池，1个Micro:bit掌控I/O扩展板，28颗绿豆种子，2个实验塑料杯子，标签纸、纸巾各2张。

教学过程
 

一、导入新课

师：生命世界包含动物和植物等多种生物类群，生物的生存都需要一定的条件，如适宜的温度、水和空气等。在此基础上，生物个体才能够生长、发育和繁殖后代，从而使这些生物类群得以延续。那么，土壤的湿度对植物种子的发芽究竟有什么影响？本节课让我们一起来实验探究，考虑到探究的时间周期，我们以绿豆种子作为实验对象。
 

教师提醒学生实验注意事项：选取颗粒饱满的绿豆种子；注意避免选取破损或被虫子咬过的有痕迹的绿豆种子；实验前，种子需要进行一天的浸泡，经过浸泡的种子会膨胀起来，为发芽做准备（教师可提前准备好浸泡过的绿豆种子）。

师：既然要探究土壤湿度与绿豆种子发芽情况之间的关系，那么，我们怎样获取土壤的湿度呢？
 

学生思考并讨论交流，提出可以使用土壤湿度传感器。

师：土壤湿度传感器是一个简易的水分传感器，可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，传感器输出值将减小，反之将增大。
 

教师指导学生分组开展实验，将等量同质的土壤分别倒入2个实验塑料杯中，并为塑料杯贴上A、B标签；在每个杯子倒入等量的水，将土壤搅拌均匀，并分别放入14颗绿豆种子；将2个实验塑料杯放置在相同的位置上，放入土壤湿度传感器。
 

二、连接硬件线路
 

A杯土壤湿度传感器接Micro:bit掌控I/O扩展板P0；B杯土壤湿度传感器接Micro:bit掌控I/O扩展板P2，如图1。

注意：电池接通后，再打开扩展板；土壤湿度传感器在探测时，金色部分插入土壤即可，每次测量需保证金色部分进入土壤的深度相同。

三、编写硬件程序
 

1.连接掌控板
 

用管理员模式打开Mind+，用数据线连接掌控板和计算机，将Mind+切换为“上传模式”，连接设备，选择串口com33。
 

说明：第一次掌控板1.0和Mind+连接，烧写程序固件（上传程序时）需要按掌控板A键烧录固件，掌控板2.0不需要此操作。
 

2.添加扩展模块

在Mind+扩展模块中，添加主控板、掌控板；在网络服务中，添加MQTT、Wi-Fi。

3.程序编写

编写程序实现Wi-Fi参数设置及MQTT参数设置，设置A杯湿度变量a，B杯湿度变量b，如图2。

因为A、B两个实验塑料杯中的湿度传感器已连接掌控板P0及P2端，所以土壤湿度传感器获取的数据能实时上传至物联网SIoT平台，可编写程序让掌控板OLED屏幕显示“种子发芽实验”，并显示A、B杯实时湿度数值，如图3。

四、实验实施
 

在A实验塑料杯中倒入1杯水，土壤传感器检测湿度开始测试，掌控板显示2450；在B实验塑料杯中倒入三分之一杯水，土壤传感器检测湿度开始测试，掌控板显示1646，如图4。

五、实验记录与分析
 

学生观测绿豆种子是否发芽，如图5，并记录土壤湿度、发芽数等数据，填写实验记录表。

1.数据采集和显示
 

启动SIoT物联网平台，登录账号，查询A杯与B杯土壤湿度传感器采集的返回值。

2.数据保存与分析
 

实验观测完成后，从物联网平台右上角导出查询结果，将土壤湿度传感器采集的实验数据下载至电脑。然后开始分析数据，探究种子发芽与土壤水分的关系。在相同的温度、相同的阳光下，对比实验A杯、B杯土壤湿度数据，分析种子发芽情况，如图6，预测出种子发芽率高的土壤湿度值范围。

实践反思
 

通过本次种子发芽对比实验探究，学生知道了生命活动离不开水，发现种子发芽情况与土壤湿度有着密不可分的关系，学会了利用土壤湿度传感器检测土壤中水分，通过物联网SIoT平台收集每天植物中土壤的湿度数据，运用图表进行实验结果分析，养成了发现问题、分析问题、解决问题的学习习惯。学生综合运用了科学、数学、信息技术等学科知识去进行实验操作，不仅提升了技术素养与工程素养，也提高了动手实践能力。开源硬件与科学实验的整合，使科学课堂变得更加丰富多彩。

（本课件由DF创客社区推荐）