资源简介

综合项目实践：无土栽培番茄
栽培植物时，需要有无机盐、水分、阳光等，土壤可以为植物提供无机盐如氮、磷、钾等，还能起到固定植物的作用。植物通过光合作用制造有机物，供植物生长、发育。
用土壤进行植物栽培会带来一些问题，如土壤中可能有病菌，害虫和害虫产下的卵容易使植物滋生病虫害；土壤中含有的各成分含量相对固定，不能根据不同植物的需求调整。利用无土栽培可以控制栽培条件。无土栽培可以不用土壤，是根据植物生活所需要的无机盐的种类和数量，按照一定比例配制营养液来栽培植物，并可通过栽培装置的设计和改进更好地实现对栽培条件的控制，而条件的控制及装置的改进等都需要通过亲身实践和实验不断探索。
【整合的学科】
本制作过程主要涉及生物学、数学、工程技术、化学等学科。
学科 课程资源
生物学 植物根、茎、叶的结构和功能；植物生长发育过程中的变化以及所需的物质和环境条件（如光照、温度、湿度、气体等）；无土栽培的概念和原理。
数学 用数学方法对植物的各项生长数据（如株高、叶片数量、果实重量等）进行测量、统计和分析，绘制生长曲线、找出规律。
工程技术 无土栽培系统的组成和工作原理；无土栽培装置的设计及改进。
化学 依据营养液配比配制无土栽培营养液。
【生物学概念】
概念4：植物有自己的生命周期，可以制造有机物，直接或间接的为其他生物提供食物，参与生物圈中的水循环，并维持碳氧平衡。
4.1绿色开花植物的生命周期包括种子萌发、生长、开花、结果与死亡。
4.1.2种子萌发需要完整有活力的胚，需要充足的空气、适宜的温度、适宜的水环境条件。
4.1.3根的生长主要包括根尖分生区细胞的分裂和伸长区细胞的生长。
4.1.4叶芽通过细胞的分裂和分化，发育成茎和叶。
概念9：真实情境中的问题解决，通常需要综合运用科学、技术、工程学和数学等学科的概念、方法和思想，设计方案并付诸实施，以寻求科学问题的答案或制造相关产品。
9.2 植物栽培和动物饲养类跨学科实践活动：植物栽培和动物实验可以综合运用多学科的知识和方法，考虑“结构与功能”“物质与能量”“因果关系”等跨学科概念，设计恰当的装置，以满足生物生长的需要。
（1）探究栽培一种植物所需的物理和化学环境条件。
（2）探究植物无土栽培条件的控制。
（3）探究影响扦插植物成活的生物和非生物因素。
【跨学科概念】
主要涉及“尺度、比例和数量”“结构与功能”“因果关系”等。
结合已学知识及资料查阅等了解番茄幼苗的生长发育特点以及生长所需要的环境条件；明确无土栽培的概念原理等，形成“结构与功能”“物质与能量”“尺度、比例和数量”“因果关系”等学科和跨学科概念。（生命观念、科学思维）
设计番茄幼苗无土栽培装置，并制订详细的栽培方案。观察并记录栽培过程中的数据并进行统计分析，提升观察、数据处理以及动手操作等能力。（科学思维、探究实践）
通过对栽培过程记录实验数据分析不同因素对番茄幼苗生长的影响，针对问题设计实验开展探究，结合实验结论提出合理的改进措施和优化方案，深入理解影响植物生长发育的环境因素，提升科学探究等能力，培养工程学思维及创新能力。（科学思维、探究实践）
通过小组合作完成探究任务，培养学生的团队协作精神、沟通交流能力和问题解决能力；认识到学科及跨学科知识在实际生产中的应用，美化环境；体会劳动的辛苦与快乐，激发学生对农业种植等的兴趣和探索精神。（探究实践、科学思维、责任态度）
查阅资料 设计番茄栽培装置及方案
课时安排及说明：查阅资料，了解番茄植物生长发育及环境条件，设计番茄栽培装置及方案。（课前准备：1～2天；课上：1课时；课下，3～4周）
课前任务：确定小组，小组分工查阅资料，收集整理有关番茄植物栽培的信息。
提示：收集和整理番茄的生长发育特点、种植的环境条件以及种植过程中需要的用具、装置、注意事项等内容，思考栽培装置、方案等。
课上内容：
【导入】观看番茄的种植过程，展示番茄植株从种子萌发到果实成熟的一生。
【提出问题】你种过番茄、辣椒或者蚕豆等植物吗？在种植过程中，需要考虑哪些因素？给它们提供了哪些条件？为什么？
学生结合已学知识及种植经验，提出需要水、无机盐、阳光等。并说明其在植物生长发育中的作用；其他学生补充分析，教师总结。
【提出问题】在种植过程中，是否阳光越强越好，水分、无机盐越多越好呢？为什么？那么如何实现更好地控制这些条件呢？
学生回答，有些植物喜光，要在阳光比较强的地方生长；有些植物则不能在阳光直射处生长。水分过多，会影响种子或植物根缺氧，影响植物的呼吸，无机盐过多，营养液浓度高，会导致植物烧苗等，最终总结不同植物需要的条件不同，需要结合不同植物栽培条件进行实践。提出可以利用无土栽培来控制条件尤其是无机盐的浓度和比例等。
【提出问题】什么是无土栽培？除可依据植物不同的生长条件调整无机盐的浓度和比例外，还有什么优点？
出示无土栽培的图片以及现代农业科技成果展示的视频。说明无土栽培是以人工创造的植物根部生长环境取代自然的土壤环境，把植物种植在营养液或培养基中。其不但能够满足植物对各种营养物质、空气温度等条件的需求，而且可以人为调控这些条件，使植物生长的更好。无土栽培技术在农业生产中具有广泛应用，能够实现植物生产的工厂化。植物工厂就是大规模产业化无土栽培蔬菜、花卉等的生产基地。植物工厂通过这一技术摆脱了传统农业对土壤等环境条件的依赖，能够节省用地面积、水资源和肥料，极大的扩展了农业生产的空间。而且还能够减少污染物的排放等，达到可持续发展的目的。
【提出问题】前期各组同学查阅了相关资料，要想利用无土栽培技术栽培番茄幼苗，要制定详细、具体的方案，需要从哪些方面进行思考？
学生讨论，需要考虑番茄幼苗的生长条件，如温度、光照等，如何保证其生长条件？如何设计实验装置能更好地控制番茄生长条件？如温度的控制、氧气的控制、无机盐的配比等，如何设计观察统计表？统计哪些数据？
经过讨论，学生能够明确制订方案需要考虑的方面和可以观察记录和统计的内容等，如可以每天记录蚕豆的生存环境，包括温度、阳光等。定期进行营养液的配制和更换，观察植物的生长状况，统计叶片数量、植株高度等，确保实验步骤具有可操作性和可重复性。
任务一：分组讨论，设计无土栽培方案
任务二：交流汇报，结合评价改进方案
各组代表向全班汇报实验方案，其他小组同学进行提问和质疑，提出修改意见和建议。依据实践活动评价量表（见附件）对各小组的方案进行点评，教师进行指导，进一步完善和改进设计方案。
任务三：进行栽培实践，并定期记录番茄栽培过程（课下）
各组依据制定的方案在家中或学校进行番茄栽培实践活动。
进行番茄幼苗栽培，定期记录番茄的生长状况，统计叶片数量，测量株高等填写在记录表中，并根据幼苗生长情况适时调整方案。
汇总问题，设计实验开展探究。
课时安排及说明：交流及分析栽培过程中出现的问题，推测原因并通过实验进行验证（课上2课时、课下部分，1～2周）
【提出问题】各组在栽培过程中遇到了哪些问题？可能的原因是什么？
学生回答，有的出现烂根，有的出现叶子边缘枯黄或叶子萎蔫等现象。
各小组展开讨论，根据已有的知识和经验，分析可能与无机盐浓度过大，或各种无机盐配比不合适、光照不够等有关系，提出可能影响番茄无土栽培生长的因素，如营养液成分、光照强度、氧气浓度、温度、湿度、二氧化碳浓度等。
那么，这些因素对番茄幼苗的生长有什么样的影响呢？下面我们就通过小组合作设计实验，探究影响番茄无土栽培生长的因素。
任务一：设计实验，探究影响因素（课上，1课时）
各小组讨论交流，设计实验探究影响番茄生长的环境因素。
提示：
1．思考本组要探究的主题，如探究不同营养液配方对番茄生长的影响”或“研究不同氧气浓度对番茄无土栽培生长的影响”或“探究营养液中氮元素对植物生长的影响”等。
2．思考实验变量，如何设计自变量，因变量要测量的数据指标是什么？记录的时间等，如每隔几天测量一次株高、每周记录一次叶片数量等。
3．结果呈现时采用何种方法对数据进行分析（如计算平均值、标准差、绘制折线图或柱状图等），以得出科学合理的实验结论。
各组代表向全班汇报实验方案，其他小组同学进行提问和质疑，提出修改意见和建议。结合实验评价表对各小组的实验方案进行点评，从实验设计的科学性、合理性、可行性以及创新性等方面进行指导，进一步完善和改进实验方案。
任务二：各组依据设计进行实验，观察记录过程（课下，1～2周）
开展实验，观察记录实验过程中实验组和对照组的番茄生长变化。
任务三：交流汇报实验结果，分析得出结论（课上，1课时）
各组交流汇报实验结果，并依据实验评价表进行自评、互评等；进而得出结论，营养液的配比、光照、氧气等因素都会影响番茄的生长。根据数据可以得出番茄生长需要的适宜营养液配比或加入的氮元素量等。
依据结论，进行装置迭代改进。
课时安排及说明：依据实验得出的结论，调整番茄栽培措施，迭代改进栽培装置。（1课时，包括课下部分，继续进行番茄栽培至开花结果）
【提出问题】根据上面实验，得出了哪些结论？
学生回答：营养液的配比、光照、氧气、温度、湿度等因素都会影响番茄的生长。
【提出问题】依据结论，思考可以如何调整番茄栽培措施以及改进无土栽培装置？
各组讨论分析，可以改进营养液的配比，或通过在营养液中通入气泵增加氧气量，可以在装置中加入温度计、湿度计、灌溉系统、光照灯等随时监测番茄生长的环境条件或自动补充液体等。
任务一：进行方案、装置等的迭代改进设计（课上）
各组根据前面的讨论，进行方案、装置的的迭代改进设计，并进行展示交流。
任务二：利用改进方案及装置，继续进行番茄栽培（课下进行）
继续进行栽培，定期调整营养液等，记录统计生长发育状况，直至番茄开花结果。与小组同学共同撰写小组实践报告，包括实践目标、栽培装置的设计及改进图、实践方案及实验研究思路、实践记录表以及过程的照片和反思，如在实践过程中遇到的问题或困难和解决方法等等。
展示交流、评价反思，探索创新。
课时安排及说明：开展自评与互评，反思交流，并进一步探索和创新。（1课时，包含课下部分）
任务一：展示各组栽培的番茄，开展客观评价（课下进行）
展示各组的栽培成果，开展自评和互评，评出优秀小组。
任务二：评选出的优秀小组进行交流展示
主要从以下几个方面进行：
介绍初步方案；
栽培过程中出现的问题及实验探究解决问题；
介绍依据实验结论的改进方案和装置；
栽培过程中的反思及收获；
后续想接着开展的活动。
总结本次活动过程，并提出可以进一步开展的实践活动。如在阳台或庭院种植蔬菜、花卉等，参观现代农业基地；关注无土栽培技术在农业可持续发展中的应用前景和面临的挑战，开展课题研究等。
表1：番茄栽培实践活动评价表（在相应等级中画“√”）
评价维度 评价要点 优秀 良好 有待改进
方案设计 □设计科学、步骤完整、合理 □可操作性强
装置设计 □能选择合适的材料制作装置 □能进行装置的改进和迭代 □创新性强
实践活动 □观察、记录和统计详实、完整
□番茄长势良好，能结出果实
□小组同学参与度高、分工合作
展示评价 □实践报告科学、完整 □展示交流、客观分析和评价
表2： 实验探究过程评价表（在相应等级中画“√”）
评价维度 评价要点 优秀 良好 有待改进
实验目的 □能够明确实验目的，确定实验变量（自变量）和因变量
作出假设 □依据制作过程及分析作出合理假设
制定计划 □科学合理，遵循探究实验的基本原则（正确控制实验变量；无关变量相同且适宜等）
实施计划 □正确选择和使用实验材料和器具实施实验
□准确记录现象和数据
实验结果与结论 □准确分析实验结果与假设的一致性
□实验结论表述科学严谨
表达交流 □写出实验报告，积极表达观点

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