【科学实验探究】基于Mind+平台的种子发芽实验 简单

一、【科学原理】

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，生物个体能够生长，发育和繁殖后代，从而使这些生物类群得以延续。

——本项目来自《小学课程标准》的第三部分课程内容“生命学科领域”

种子是种子植物的特有的器官，其主要功能是繁殖。而水是植物的重要成分，生命活动离不开水。植物的生长经历六个过程：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影响？我们一起探究一下种子发芽与土壤湿度的关系，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水分数据，通过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天的观察时间完成。

二、【学习目标】

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。本课就学生熟悉的绿豆发芽所需的条件开始硏究。根据所要研究的问题控制实验条件,设计实验,观察记录过程,动手编程程序采集土壤湿度值对很多学生来说是一个难点。

（一）过程与方法

1、经历种子发芽实验的全过程，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;按要求制定自己的实验计划。

（二）情感、态度、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 。

（三）教学重点、难点

1、经历设计种子发芽对比实验的过程。

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，经历设计种子发芽的对比实验的过程，形成对比实验的科学思维。

（四）资料准备

种子发芽实验记录表

三、【准备工作】

（一）平台

1、硬件： 掌控板2.0

2、软件：Mind+V1.6.4

（二）材料清单

（三）测量仪器： 

土壤湿度传感器（soil molsture sensor）：

简易的水分传感器，用于检测土壤的水分.

当土壤湿度缺少时，传感器数值将减少，反之，数值将增大。但防腐蚀能力很弱！ 

四、【电路图】

1.线路连接：

A端土壤湿度传感器接micro:bit掌控I/O扩展板P0;

B端土壤湿度传感器接micro:bit掌控I/O扩展板P2;

2.注意说明:

（1）. 电池接通后,打开扩展板ON,

（2）. 土壤传感器在探测的时候,只要金色部分插入土壤,每次测量的保证进入土壤的深度相同.

五、【掌控板编程】

1、连接掌控板

打开 Mind+，通过数据线连接掌控板和计算机，用管理员模式打开Mind V1.6.4，将Mind+切换为“上传模式”下，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

mind+扩展模块中，添加主控板：掌控板；网络服务中，添加MQTT,Wi-Fi；

3、程序编写

（1）wifi参数设置，连接成功，掌控板蓝灯亮，MQTT参数设置，物联网平台：SIOT,地址：192.168.0.103，账号：siot ，密码：dfrobot, Topic_0:2021rzegkly/a杯子，Topic_1:2020rzegkly/b杯子，连接成功，掌控板红灯亮，发送ok主题topic0，关闭掌控板rgb灯， 设置A被湿度变量a, 设置B被湿度变量b。

（2）A杯湿度传感器接掌控板P0， B杯湿度传感器接掌控板P2，实时土壤湿度传感器数据实时上传物联网SIOT平台，同时，掌控板OLED 屏幕显示种子发芽实验，A、B杯实时显示湿度数值。

六【实验过程】

1.选取颗粒饱满的绿豆种子；

2.避免选取破损或被虫子咬过的痕迹种子绿豆；

3.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！

A杯子倒入1杯子水，土壤传感器检测湿度开始测试，掌控板显示：2773；

B杯子倒入1/3杯子，土壤传感器检测湿度开始测试，掌控板显示：2693。

七、【记录与归纳】

（一）数据采集和显示

启动SIoT物联网平台，在浏览器中输入：http://127.0.0.1:8080/html/login.html，

账号：siot ，密码：dfrobot, 登陆siot;

a杯子土壤湿度传感器采集的返回值

在项目列表中找到：项目ID2021rzegkly， 查看设备列表 ：a杯子土壤湿度，点击查看消息，显示图表，以点线图的方式实时刷新信息，在窗口观察a杯子土壤湿度传感器采集的返回值。

b杯子土壤湿度传感器采集的返回值

同理，在项目列表中找到：项目ID2020rzegkly， 查看设备列表 ：b杯子土壤湿度，点击查看消息，显示图表，以点线图的方式实时刷新信息，在窗口观察b杯子土壤湿度传感器采集的返回值。

（二）数据保存

数据测量完成后，右上角导出查询结果，将土壤湿度传感器采集数据下载电脑上。

（三）数据分析

1.种子发芽与土壤水分的关系

从7月24日——7月30日点线图数据，在相同的温度，相同的阳光，在此基础上。对种子发芽对比实验A杯、B杯土壤湿度数据进行分析，

（1）.发现A杯土壤湿度数据从2400下降到2100，绿豆种子发芽从无到发芽13个;

（2）.发现B杯土壤湿度数据从1980下降到1303，绿豆种子发芽从无到发芽10个;

2.观察绿豆种子的发芽率。

（1） 计算方式：发芽率=发芽数量/总绿豆数*100% 。

（2）.通过开源硬件采集土壤水分值，我们可以预测出种子发芽率高的土壤湿度值范围。

由此可以看出，

1.在相同的环境下，土壤湿度不同种子发芽率不同，种子发芽数量与土壤水分密不可分！

2.土壤湿度越大，种子发芽率越高，反之，土壤湿度越小，种子发芽率越低。

3.随着绿豆种子的发芽数量增多，土壤中的水分急剧的变少，说明植物对水分需求很大的，我们可想象一下边远的山区，农民种庄稼靠天收的情景！

八、【视频回放】