環控種植

環控種植系統是一項由優質教育基金(QEF)資助的計劃(計劃編號:2016/0281)。希望能透過建立環控種植系統，讓學生連繫及實踐於各相關學科所學到的知識，藉此提升學生對科學及科技科目的興趣，和提升學生自主學習的能力。

環控種植旨在探究如何使用最少的資源(水、營養液)、最有效的光源(光譜)在實驗箱內進行種植，對農業、商業和環保都可帶來好處。我校中二STEM教育就是以環控種植為主題，結合多科的課程，培養學生在農業、光合作用、數據分析、電腦自動化控制方面的知識，給學生一個學習基礎科研的平台。

計劃中總共有超過120個實驗種植箱，學生會按實驗需要設定不同的種植參數，箱內的數據會經Arduino感測器收集並上載至雲端供大眾瀏覽。最後，學生分析這些數據，找出優化種植某品種植物的方法。

本計劃由2017年11開始至2019年10月結束。計劃完成後會進行優化並繼續在初中推行。

整體設計圖

快速檢視環控種植箱狀態

第一期2019.4.10-2019.4.23實驗數據

下載實驗設定xlsx檔

下載數據xlsx檔

下載影像zip檔

這是第一次進行超過100個種植箱同時收集數據的實驗，當中出現了不少之前小規模試驗未曾遇上的問題。主要問題來自相機與Mega板的訊號不穩定致經常遺失數據，及伺服器的處理能力限制。Arduino的程式將會進行修訂並進行第二期的實驗。

第二期2019.5.3-2019.5.16實驗數據

下載實驗設定xlsx檔

下載數據xlsx檔

下載影像zip檔

這是第二次進行超過100個種植箱同時收集數據的實驗，Arduino的程式經修訂後，已無再出現相機與Mega板的數據遺失問題，伺服器亦能處理上載的數據。

連接 Arduino Mega 2560 的線路(version 1)

連接 Arduino Mega 2560 的線路板(version 2)

在實驗室少量製作PCB並測試成功後，將修改的設計圖交內地的廠商製作。

 

種植箱設計圖

 

初期試驗收集數據

因為電壓不穩做成訊號傳輸的雜亂，加入穩壓裝置就解決了這問題(影片較後部分)。

數據樣本

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STEM課堂

課程調整

為配合這計劃的推行，相關科目的課程要作出調整：

• 地理科 -- 農業課程在中二級上學期施教
• 數學科 -- 將中三級的統計學課程改在中二級上學期施教，而中二級課程Introduction to Deductive geometry則改在中三施教
• 電腦科 -- 中一級課程教授基本編程概念(Scratch)；中二級加入Arduino的實驗課
• 綜合科學科 -- 中一級以反轉課堂的模式縮減原本的教學時間，騰出的時數用以教授中二課程內部分的電力課程。這安排以便調整中二級課程來進行環控種植箱製作和實驗。

 

綜合科學科中一級反轉課堂(影片及工作紙)

Chapter 1.1 – Science and us

Chapter 2.3 – Diversity of living things

Chapter 2.5 – Endangered species

Chapter 4.3 – Common fuels

Chapter 4.5 – Fossil fuels

Chapter 5.3 – The water cycle

Chapter 5.4 – Water conservation and pollution

改良版本

電腦雜誌報導