行空板K10在STEM项目“光照对大豆幼苗生长的影响”中...

项目背景

STEM作为一个跨学科，多领域的教育理念和教育方式，已经成为当前教育领域的重要内容。STEM理念可以培养学生综合运用各种科技领域工具和不同学科的科学知识解决问题的能力。作为当前科技前沿的电子科技技术，理所当然的应该成为STEM教育中的重要部分。

项目目标

近期目标：利用行空板K10，来自动控制植物的补光的时间，并对补光时间进行了记录，以便于后续对生长和补光时间关联性的分析。

中期目标：可以通过扩展，来监控更多的环境因素（温度、湿度、光照），来判断对植物生长的影响，借助行空板K10的强大功能，可以由定性分析，加强到定量分析。

远期目标：通过行空板K10强大的人工智能功能，可以做到对植物生长过程信息的定量采集，并送入大模型进行分析，从而设计出适合某种，或某几种植物的光照、湿度、温度、施肥，病虫害等内容的种植方案。

本项目设计（近期目标）

光照对植物的生长有重大影响，包括开花、结果、甚至花卉的颜色变化时间，都与光照强度和时间有关。通过行空板来控制补光的时长，来观察不同补光状态下，植物生长的差异。

在天黑前，开启装置，通过互联网获取当前时间作为时间基准。根据设定要求，按时开启补光灯，并设定不同的补光时长。

1、 研究对象：大豆幼苗在不同补光强度下的生长状态。

2、 研究方法：不补光、夜晚补光半小时、夜晚补光一小时。经过一周（或两周）的生长之后，比较三种状况下大豆幼苗的生长区别。

3、 装置设计及程序编写：

a） 硬件：

①   行空板K10*1、LED灯*2、150欧姆电阻*2、杜邦线、供电等辅助装置

②   用纸板制作的植物生长坞。主要作用是在非补光状态下，让研究对象处于相同的光照强度下。补光时，能隔离控制补光的范围。

③   1410塑料托盘—避免水外溢、5OZ塑料碗 – 营养钵、碎蛭石、大豆种子、带刻度的塑料瓶、称量装置   

     b)在两个种植遮光槽顶部，钻一5mm直径的孔，并把led悬吊在遮光槽中。如有条件，在led灯外围加陶瓷隔热装置。Led灯悬吊完成后，用遮光胶布固定并封闭安装孔。（后边的图）

     c) 程序编写：

         为记录灯光开启时间和状态，需要把数据写入SD卡，由于没有SD卡积木，所以写了少量代码，其他部分用积木编程。

           

4、 研究过程

在三个塑料碗底部打6mm左右的孔，铺单层卷纸、加入相同重量的蛭石（称重），然后放入黄豆种子，再覆盖相同重量的蛭石。放入塑料托盘中（避免浇水渗漏到遮光纸盒），并放入遮光装置中的相同位置。

在同一时间，每个装置中，浇入相同计量的水（15毫升），根据当时气候条件，每天，或隔天的同一时间浇水一次（北方高温干燥季节，需每天浇水）。白天，整个装置的开口方向，向着光线射入的方向，并适当调整方向，让每个营养钵中的植物受到相同的光照。

在每天18-19点左右，开启装置，在每天21点（国内大部分区域已经天黑）至22点，灯光自动亮起，其中一盏灯亮30分钟，一盏灯亮一个小时。无需人工值守。同时，行空板K10的屏幕上，实时显示当前时间和灯光状态，便于在中间抽查设备运行时，直观观察。为防止突然断电再来电，对项目造成影响，每隔2分钟，记录灯的开启状态，并写入SD。后续分析时，可以考虑该影响。

项目分析方法：

1、 对低年龄的学生，采用表格统计，数学平均法进行。

2、 初中或高中学生，可以利用execl、spss等工具，使用数学模型，进行相关性分析。

项目特点：

1、 成本低、材料易准备，适合普及应用。

2、 充分体现了STEM的教育理念，可以直观体会编程/电子科技（行空板K10）在实际学习、工程、研究项目中的应用，以及对问题的解决提供帮助。

3、 让学生了解科研过程。及跟踪、记录、分析的能力。

项目不足：

1、 由于补光采用的不是专用补光灯，而是led二极管，在功率和波长方面，与专用补光灯，有一定差别，补光效果，不如专用补光灯好。

2、 项目运行依赖稳定的网络来提供基准时间，在某些使用环境受到限制。

编程知识点：

1、 行空板K10连接互联网，并通过网络获取基准时间。

2、 行空板屏幕显示设备的运行状态。

3、 比较、判断等控制语句的使用。

4、 引脚的开启和关闭。

5、 SD卡的写入操作。

6、 运行过程中，设备状态的判断及记录。

后记：

1、 本项目，适合小学阶段的学生。如果代码部分理解有难度，可以删除自定义函数和添加的代码。项目损失为：没有灯光运行的记录。

2、 无人值守时，要注意接线位置做好接线绝缘，避免出现事故。

3、 项目进行得到了群里很多群友的帮助，在此一并感谢。

4、由于现在是冬季，种子发芽、生长周期太长，暂时无法得出项目研究结论。

程序源码项目 - 添加代码.zip


项目后续补充及说明：
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实验条件更换：

由于是在冬季，本实验先后调整了三次实验条件，在提高了室温和更换种子后，项目得以顺利完成。本实验环境条件：室温22-26度，湿度35左右。

实验结果及分析：

1、 在种子发芽阶段，补光几乎没有效果。

2、 在种子破土之后，补光，对幼教的生长有一定作用，但作用比较小，只能观察出较小的差别。

3、 在幼苗生长一天后，也就是豆瓣完全离开种植基质，并出现叶片之后，补光效果较好。推测原因为：光合作用是在叶片出现之后，才进行。

4、 具体生长过程见图表，单位：厘米。直尺测量，稍有误差。

实验结论：

在形成叶片之后，光照对植物生长能形成直接影响。叶片形成的越充分，影响越大。

实验经验及教训：

1、 室温是比较重要的因素。在16-18度室温下，发芽较为缓慢，甚至可能不成功。

2、 项目开始前，要对种子进行发芽测试，本次实验，总共采用过三批次大豆，前两批发芽非常困难。