让花儿自己喝水——中小学生环境科普活动的实践探索

上海市宝山区青少年科学技术指导站 沈晓勤

水是万物之源，是构成生物机体、维持生命特征的重要物质。家庭观赏花卉大部分为草本植物，虽然对水的需求量因种类和季节而异，但都是要喝水的。现代家庭生活追求健康、环保，室内花卉几乎成为每个城市家庭的特殊成员。上班族能够按周期给花浇水的时间难以保障，尤其是节假日外出，最担心的就是解决这些家庭成员在家的喝水问题。本文旨在掌握自动控制水分输送的基本原理和不同方式，实现让花儿减少养护、四季常青的目标，借此拓展自然知识，同时提高学生的思考能力、实践能力。

第一阶段：调查研究

1.工作原理

通过网络，探索自动浇水花盆中蕴含的科学现象，了解基本工作原理、实现过程，以及控制浇水水量的方法，收集各类自动浇水花盆的示意图。虽然自动浇水花盆形态和方法各异，但主要有三种形式：一是在普通的花盆里分层，利用毛细现象实现自动浇水；二是通过管道连接外置密闭盛水容器，利用虹吸现象实现自动浇水；三是利用重力和杠杆原理控制水量和浇水时间。通过观察比较，不难发现这三种具有代表性的自动浇水花盆都有一个共同点：通过储水容器储存一定供给周期的水，再通过一定的方式使植物能够在较为合适的时间吸收适量的水分。

2.存在问题

调查当前市面上常见的自动浇水花盆，研究分析花盆优点、使用缺陷，以及使用者潜在的其他需求。本文以学校教室生物角内不同生长习性植物的供水为问题实践，为便于在各班生物角大范围实施推广，选择在结构相对简单、通用性较强的自动浇水花盆基础上进行优化改进。花盆分为上下两层，上层为植物生长区，下层为储水供水区。

3.植物习性

了解常见盆栽植物对水、土壤、光照的喜好需求，将类似的植物进行分类养护，以开展实验。首先选择比较常见且具有代表性的五种植物进行观察，主要为：拟石莲属植物昂斯诺、瓦苇属多肉植物草灯玉露、常春藤、金边吊兰、文竹。五种植物的习性进行了如下整理：

第二阶段：优化改良

1.集思广益

对比自动浇水花盆养殖相比原生长环境存在的缺点，对花盆提出设计意见，思考让花盆更适合植物的生长需要。拟通过实验，一是验证上述植物是否适合使用自动浇水花盆，二是改良自动浇水花盆的设计，使植物生长得更好。

了解简易自动浇水花盆的制作方法。在外瓶设计上，自制简易自动浇水花盆可就地取材，采用透明塑料瓶，半径比较容易统一、水量清晰可见。也可采用饼干筒等类似的透明材质作为外盆。在内盆的设计上，可采用瓶子的上半部分，为增强自动浇水花盆的吸水性和透气性，可购置漏网状内盆。

2.设计优化

选择设计对象，明确设计思路与要点，并绘制设计图。经小组讨论，提出优化意见。分别将上述生长状况接近的植物置于不同的自动浇水花盆里，通过分组对比实验，设计出适合不同习性植物的自动浇水花盆。

主要的设计思路为：在透明的一次性饼干筒上放置口径合适的盆形滤网，作为内盆，并通过棉线将水输送到植物的根部。为了满足不同植物的习性，采用了三种规格的滤网、两种不同规格的棉线、三种不同类型的一级土壤。通过观察花儿的生长情况，提出改进意见。

3.制作样盆

根据设计图，尽可能采用常见的材料制作样盆模型，记录使用材质、规格等相关数据，针对不同植物制作培育土壤、种植对应植物，放置于适宜的环境中。另外，选择了一组采用水培对比，以颗粒物作为固定，正式开始实验。

第三阶段：实验对比

1.设计实验

对采用不同设计花盆的同一植物进行观察记录，比较生长情况，探究原因，提出设计改进意见。

2.整合修改

总结花盆设计的成功经验与存在的问题，商讨改进方案，并实验验证。经过两个月的种植，在没有添加任何肥料和营养液的境况下，植物长势良好。常春藤、金边吊兰和文竹的变化较为明显，叶片明显变多。而两种多肉植物虽然未发生显著变化，但叶子比较饱满、整体状态很好。通过对比实验发现：喜湿润的植物采用较粗的棉线、中等深度的自动浇水花盆效果更好；多肉植物采用水培的方式会更饱。随着实验时间的增加，植物的习性对花盆不同的要求将会体现的更加明显。

由于实验季节、实验周期、实验样本等限制，上述设计方案需进一步实验验证及优化。

3.撰写说明

针对不同习性植物的自动浇水花盆设计方案进行最终的绘制设计，并辅以文字说明，以便推广。

第四阶段：成果总结

通过五个月的简易自动浇水花盆的设计制作活动，学生的收获累累硕果。

一是通过自动浇水花盆的成功设计、实施及推广，学校室内的绿植养护更加方便、换水浇水次数明显减少，且植物的生长更加良好，保障和美化了室内健康环境，显著降低了绿植维护成本。

二是学生对毛细、虹吸等科学现象，杠杆、重力作用等物理原理，以及植物的向光性、向水性等生物特性，有了切身体验和感性认识，对热爱自然、激发自然科学的学习兴趣起到了潜移默化的作用。

三是通过对比实验和科学实践，初步掌握了验证问题的方法，培养了学生科学研究的意识，锻炼了严谨治学的精神，为树立正确的学习态度、养成良好的学习习惯奠定了一定基础。

四是在提出问题、思考问题、解决问题的过程中，学生的信息获取、汇总、甄别、分析、运用的能力得到大幅提升。参与活动的学生思维变得更加活跃，主动观察事物、发现问题、推理思考等实际实践能力更强。

五是学生的团队协作意识、动手能力、沟通能力、环保意识等综合素质得到了很好的提升，为参加其他科学实践、社会实践都提供了基础能力准备，使得这一活动更有意义。