Современный Федеральный государственный образовательный стандарт предполагает обязательную подготовку и защиту итогового проекта за курс основной школы предметного или метапредметного характера.
Проект - это особый вид исследовательской работы, отличительными особенностями которой являются самостоятельный поиск информации по теме, ее творческое преобразование и получение чего-то нового. Этот метод обучения дает возможность раскрыть автору свои творческие способности, проявить себя индивидуально. Работа над проектом подразумевает его презентацию и защиту.
Проекты бывают следующих типов:
- Практико-ориентированный (прикладной). Проект нацелен на решение конкретных задач, может быть использован в жизни класса, школы, микрорайона. Эти проекты отличает четко обозначенный с самого начала будущий результат деятельности его участников. Например, документ, созданный на основе полученных результатов исследования; программа действий, рекомендации.
- Исследовательский проект. Такой вид напоминает научные исследования.
- Информационный. Проект направлен на сбор информации и предоставление ее общественности. Итог - доклад с презентацией (8-20 слайдов)
- Творческий. Проектным продуктом будет плакат, видеофильм, театрализованное представление, спортивная игра.
- Ролевой. Результатом будет, к примеру, судебное заседание.
В современных реалиях идет цифровизация всех видов деятельности человека, в том числе и сельского хозяйства. Подготовку кадров начинают со школьной скамьи. В МОУ СОШ № 29 (г.о.Подольск) созданы условия для проектной деятельности: есть своя пришкольная теплица, а также биоцентр, расположенный в Тульской области, где обучающиеся выполняют проектные и научно исследовательские работы. Один из таких проектов «Создание прототипа настольной мини теплицы с технической документацией для выращивания растений методом аэропоники» (Автор Подлесных Радомир, 10 класс, Руководитель: Баусина Виталия Львовна учитель биологии МОУ СОШ № 29 Г.о. Подольск)предлагаю в данной статье.
Введение: В настоящее время в сельском хозяйстве появилось новое понятие - smart farming. Оно неразрывно связано с интенсивным развитием технологий интернета вещей (IoT). Цифровизация помогает применять различные способы мониторинга и оптимизировать производственные процессы. Для сборки и ремонта современного технологического оборудования требуются высококвалифицированные специалисты, а вот в обслуживании - оно достаточно просто. Таким образом, появилась возможность подготовки кадров, обслуживающих технологические процессы по производству сельскохозяйственной продукции, со школьной скамьи. С этой целью разрабатывают и создают учебное оборудование, представляющее собой действующую модель производственного сельскохозяйственного комплекса.
Актуальность: Российская компания "Научные развлечения" производит и поставляет оборудование для проведения научно-исследовательской и проектной деятельности школьников и студентов. От нее в МОУ СОШ № 29 им. Забродина поступил заказ - спроектировать теплицу, работающую на основе аэропоники, создать к ней техническую документацию и опробовать ее на действующей модели. В дальнейшем компания планирует преобразовать данную теплицу в «умную вещь», оснастив контролером для удаленного управления (через интернет).
Объект исследования: Разработка технической документации (комплекта габаритных размеров)учебного оборудования - мини теплицы, работающей на основе аэропоники, и сборка по ней рабочей модели.
Предмет исследования: Учебное оборудование - мини теплица для выращивания растений методом аэропоники с технической документацией.
Цель исследования: Создание технической документации учебного оборудования - комплекта габаритных размеров настольной мини теплицы для выращивания растений методом аэропоники с целью её производства компанией «Научные развлечения».
Задачи исследования:
- Выполнить комплект чертежей несущей конструкции.
- Составить спецификацию.
- Создать инструкцию по сборке мини теплицы.
- Собрать контрольный вариант мини теплицы (аэропоника).
- Подготовить базовые режимы работы мини теплицы.
- Испытать работу модели в учебном процессе, поручив выращивание растений младшим школьникам.
- Создать инструкцию по эксплуатации оборудования мини теплицы.
Гипотеза: Школьники старших классов под руководством преподавателей способны разработать техническую документацию (комплект габаритных размеров) для мини теплицы, работающей по принципу аэропоники, и собрать действующую модель обучающего оборудования.
Новизна исследовательской работы: Создание установки настольной мини теплицы для выращивания растений методом аэропоники для дальнейшего использования в качестве «интернет вещей» в учебном процессе.
Практическая значимость работы: Введение в строй нового обучающего оборудования серии «интернет вещей». Также материалы данного проекта используются в качестве дополнительных к урокам биологии и внеурочной деятельности МОУ СОШ № 29 им.П.И.Забродина.
Наша проектная работа выполнена в апреле 2021 г.- ноябре 2022 г. Мы выяснили, что несколько компаний выпускают мини-теплицы, в которых растения выращивают стандартным способом посадкой в грунт, например, компания «Releon» - конкурент фирмы «Научные развлечения». Мы решили проверить востребованность заказанного нам продукта. На методическом объединении учителей г. Подольска мы вышли с предложением создания мини теплицы, в которой растения выращивают методом аэропоники. 100 % учителей подтвердили, что такая теплица интересна для их работы.
Нами разработана документация: комплект габаритных размеров корпуса мини теплицы, оснащенный пультом управления процессами (фото 1) с возможной установкой контролера удаленного управления «интернет вещей». При разработке технической документации и спецификации мы решили использовать аэропонику с ультразвуковым туманообразователем (фото 2). Конструкция теплицы предусматривает выращивание растений разных климатических зон. Согласно разработанной документации, собрали действующую модель (фото 3).
|
|
|
|
Фото 1.
|
Фото 2.
|
Фото 3.
|
При проведении испытаний в качестве добавок для питания растений использовали жидкое органоминеральное удобрение, которое образуется в процессе анаэробного сбраживания в биоэнергетическом комплексе, который находится на территории школы и работает на собственных органических отходах и отходах школьной столовой.
Для апробации оборудования на пригодность к учебному процессу и легкости в использовании пригласили учениц 4 класса, которые проверили теплицу на работоспособность. При изготовлении комплекта габаритных размеров корпуса (схема 1) нами были учтены габариты школьной парты:
Схема 1. Комплект габаритных размеров учебного оборудования - настольной мини-теплицы для выращивания растений методом аэропоники
|
|
|
Стенка задняя |
Стенка передняя |
|
|
|
Стенка боковая левая |
Стенка боковая правая |
|
Вставка верхняя и нижняя (2 шт) |
|
|
|
|
Вставка левая и правая |
Верхняя крышка |
Ее размеры повлияли на подбор готовых комплектующих элементов, которые затем были включены в спецификацию (табл. 1).
Таблица 1. Спецификация учебного оборудования - настольной мини-теплицы для выращивания растений методом аэропоники
|
№ |
Название |
Характеристика |
Количество |
Примечания |
|
1 |
Верхняя крышка |
600/500/6 мм |
1 |
Поликарбонат
|
|
2 |
Вставка левая и правая |
490/15/10мм |
1 |
Поликарбонат прозрачный |
|
3 |
Стенка боковая правая |
495/490/6 мм |
1 |
Поликарбонат прозрачный |
|
4 |
Стенка передняя |
300/462/6 мм |
1 |
Поликарбонат прозрачный |
|
5 |
Вставка верхняя нижняя |
570/15/10 |
1 |
Поликарбонат прозрачный |
|
6 |
Стенка боковая верхняя |
495/490/6 мм |
1 |
Поликарбонат прозрачный |
|
7 |
Стенка задняя |
600/495/6мм |
1 |
Поликарбонат прозрачный |
|
8 |
Контейнер для
|
250/250/180 мм |
1 |
Полипропилен
|
|
9 |
Контейнер (подставка под растения) |
50/350/300 мм |
1 |
Полипропилен
|
|
10 |
Трубки |
750 мм |
3 |
Резина (силоксановый каучук) |
|
11 |
Ручки |
24мм |
2 |
Цинк, алюминий, медь |
|
12 |
Реле |
30/150/150 мм |
3 |
|
|
13 |
Уголки |
30/30/15 мм |
18 |
Оцинкованная сталь |
|
14 |
Крепёжный уголок |
50/80/80 мм |
1 |
Оцинкованная сталь |
|
15 |
Светодиодная лента |
2м |
1 |
Диод |
|
16 |
Ультразвуковой генератор тумана |
250/90\90 мм |
1 |
Для автоматизированного управления разработали пульт (схема 2), который имеет циклическое реле времени. В нашем варианте он работает от сети 220 Вт, однако при проектировании заложена возможность до установки контролера удаленного управления «интернет вещами».
Схема 2. Пульт управления учебным оборудованием - настольной мини-теплицей для выращивания растений методом аэропоники
|
|
1. Включатель общий 2. Исполнительное реле 3. Исполнительное реле 4. Реле времени 5. Реле времени
6. Блок питания 12В
7. Блок питания 48В
8. Блок питания 12В
|
Наметив план работы, все необходимые детали мы внесли в спецификацию и приобрели в магазине «Леруа Мерлен». Сборку осуществили своими силами под руководством преподавателя ПФДО Полянского С.М. Для проверки на работоспособность и лёгкость в эксплуатации мы позвали учениц 4 класса Ботанову В. и Чабан Т. МОУ СОШ № 29 им.Забродина, которые проводили исследования роста растений при содержании корневых систем в различных средах (почвенной и воздушной).
При испытании теплицы на работоспособность с учетом потребностей растений, использовали раствор жидкого органо-минерального удобрения, которое образуется в процессе анаэробного сбраживания школьного биореактора. Его химические показатели приведены в таблице 2.
Таблица 2. Химический анализ раствора для опрыскивания корней
| Вещество |
Концентрация мг/л (по цветовому сравнению) |
Вещество |
Концентрация мг/л (по цветовому сравнению) |
|
Ph |
7,0 |
NO3 |
2,0 |
|
NO2 |
0,0 |
NH3-NH4 |
3,5 |
Раствор разводили в соотношении 100 мл удобрения на 1 л воды.
Во время испытаний эмпирическим методом были подобраны режимы подачи тумана и времени дополнительного освещения. В результате создан режим, согласно которому за день, с периодичностью в 5 минут каждый час подаётся туман и 14 часов в день - дополнительное освещение. Температура держится в диапазоне 24-26°C.
Наши испытатели два раза в неделю фиксировали развитие растений, самостоятельно справлялись с переключением выбранных ими режимов.
В течение всего эксперимента все механизмы в теплице работали исправно.
Получив предложение от компании «Научные развлечения» создать учебное оборудование, мы приняли решение спроектировать мини-теплицу, работающую методом аэропоники, размером с парту (600/500/490). При выборе материала (прозрачный поликарбонат) мы руководствовались возможностью легко отслеживать процессы, которые будут проходить во время эксперимента.
Изучив литературу, мы выяснили, что для создания тумана используют два вида установок: с водяным насосом и ультразвуковое туманообразование. В своей конструкции решили применить наиболее современный вариант - ультразвуковое туманообразование. Для его сборки взяли контейнер размером 500/600/490 мм, силиконовые трубки и ультразвуковой генератор тумана. Для освещения мы выбрали светодиодные ленты, так как они занимают меньше места в теплице, дают большое количество излучения при этом почти не нагреваются, служат в 4-5 раза дольше, чем флуоресцентные лампы, благодаря высокому КПД (90-95%), а также способны работать при малом напряжении.
Для создания пульта управления было решено использовать два циклических реле времени. С их помощью мы подбирали режимы подачи тумана и освещения. Для замыкания контактов использовали исполнительное реле. Вентиляторы, подключенные к источнику тока в 12 Вт, направляют туман в теплицу по силиконовым трубкам. Туманогенератор работает на источнике тока в 48 Вт, освещение - на источнике тока в 12 Вт.
Во время испытания теплицы на работоспособность растения имели оптимальную скорость роста. Ученицы 4 класса легко справились с переключением режимов и самостоятельно ухаживали за растениями. Для обслуживания теплицы им хватило первичного инструктажа, несмотря на то, что они могли обращаться к нам за консультацией. Благодаря циклическому реле появилась возможность задавать параметры выращивания растений, позволяющие получить запрограммированный результат, в частности оптимизировать систему дополнительного увлажнения корневой системы растений.
В конце нашей работы была уточнена техническая документация учебного оборудования - настольной мини-теплицы для выращивания растений методом аэропоники. В будущем мы намечаем работу по установлению контролера удаленного доступа, при помощи которого можно будет осуществлять управление установкой посредством «интернет вещей» на платформе Greenpl.
Выводы:
- В результате проделанной научно-практической работы:
- Разработана техническая документация (комплект габаритных размеров) учебного оборудования - мини-теплицы для выращивания растений методом аэропоники с возможностью установки контролера удаленного управления «интернет вещей».
- На основании технической документации создан прототип учебного оборудования настольной мини теплицы для выращивания растений методом аэропоники.
- Созданная модель мини теплицы была проверена на работоспособность.
- Была доказана простота эксплуатации мини теплицы на примере работы с ней учениц 4 класса МОУ СОШ № 29 им.Забродина.
Заключение
Выдвинутая нами гипотеза «школьники старших классов под руководством преподавателей способны разработать техническую документацию (комплект габаритных размеров) для мини-теплицы, работающей по принципу аэропоники, и собрать действующую модель обучающего оборудования», подтвердилась. Задание заказчика компании «Научные развлечения» выполнено.
Полученная установка расширила возможности для проведения биологических экспериментов.
Мы планируем монетизировать наш продукт, предложив его коммерческим развивающим центрам для детей, так как простота его эксплуатации была доказана на примере работы с мини теплицей учениц 4 класса МОУ СОШ № 29 им. Забродина.
Также нами начата сборка мини теплицы, работающая методом гидропоники, которую мы планируем самостоятельно оснастить контролером удаленного управления «интернет вещей».
Список литературы
- Что такое аэропоника? Преимущества и недостатки [Электронный ресурс]
URL: https://gidronom.ru/uroki/uroki-nachinaiushchego/937-chto-takoeaeroponika.html - Аэропоника. Какие мы предлагаем аэропонические установки? [Электронный ресурс]
URL: - Что такое интернет вещи? [Электронный ресурс]
Режим доступа: https://trends.rbc.ru/trends/industry/5db96f769a7947561444f118 - НАУ-РА| Научные развлечения| Новости компании| [Электронный ресурс]
URL: - Интервью. Научные развлечения. Поваляев Олег. [Электронный ресурс]
URL: https://vk.com/away.php?to=https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DQvIjzn62C9E&cc_key= - Освещение для растений: по каким параметрам выбрать лампу? [Электронный ресурс]
URL: https://m--strana-ru.turbopages.org/turbo/m-strana.ru/s/design/osveshchenie-dlya-rasteniy/#anch1471235793)