困難及應對
在知識型經濟主導的社會中成長,「農業」對於我們而言是一個相對陌生的行業,單單從常識課本上學習植物的成長過程、生長條件等知識,其實對我們參與是次研究而言只是非常皮毛的知識,我們必須透過大量的資料搜集,了解農業發展中的需要、所製造的污染等資料,並進一步了解何謂「可持續發展」,才能夠真正辨清我們的研究方向,構思出這次研究的意念。幸而,我們亦生處於資訊科技發達的年代,互聯網上的文字、影音資訊,都對我們了解題目有莫大的幫助,也讓我們實踐了資料搜集和整理的能力。
學校的電腦課上雖然亦有教授編程的相關知識,但對於 micro:bit、物聯網技術等,我們其實從未接觸過。老師們透過指導我們對比 micro:bit 編程與我們學習過的 Scratch 及 App Inventor 編程的相似之處,並為我們搜集了不少自學資源,啟發了我們如何透過 micro:bit 編程實踐我們預想中的效果。當程式出現錯誤時,我們除了自我檢查,亦會請老師們幫忙檢視,老師們亦會盡力為我們修正錯誤。
建議及改善
是次的模型從根本上改造了農田的結構,大大提升了開墾農田所需的時間和資源成本,難以應用在佔地面積較大的農田上,同時改變農地結構對於部分土地而言,亦有可能造成水土流失等危機,長遠可能造成土地貧瘠,甚至引發山泥傾瀉的危機(臺灣行政院農業委員會,2014)。我們的設計相對而言更適用於社區農圃、家居種植等種植面積較小的地方,這些種植點在設計時可以參照我們的模型結構,使水資源得以在種植範圍內更有效地循環使用,並不會改變土地構造,避免地質危害。對於大型的農田,我們從這次研究的資料搜集中發現採用滴灌較傳統的灌溉方式更能節省水資源,從而實踐可持續發展的目標。
總結
是次的模型能夠使種植範圍內建立水循環,減少種植過程中所消耗的水資源;同時,亦能透過太陽能推動電路系統,實踐自動化灌溉,並使農夫能透過互聯網實時監察農田環境。不過,礙於改造農田的成本及可能造成的地質危害,我們建議這個模型的設計運用於社區園圃或家居種植等面種植面積較小的地方,對於香港的社會環境而言亦非常合適。
學生感想
5A 陳嘉希:
我認為在這次活動中,我最大的得着學會了 micro:bit 編程。而在構思的過程和製作模型的階段,也有效訓練我們團隊合作精神,同時讓我們發揮各自的所長。
在過程中,我最有成功感的地方是能夠成功拼砌出模型,令我覺得之前的努力都沒有白費。當然,我們在過程中也遇到不少困難,例如:程式出現錯誤、水泵無法關閉、micro:bit 的感應器沒有反應等,但每一次的失敗和挫折,都該我們下次更容易接受,並更快重新振作,想出辦法來解決問題。
我們的模型當然不是最完美的,在外觀上我們可以把它製作得更加美觀;在使用的過程中也要更多地考慮如何提升農夫使用時的方便性,例如增加遠端控制,讓農夫在發現警示時無需親自到農田解決問題等。如果之後還有機會,我相信我們一定能做得更好。
5A 江家蕎:
經過這次的活動,我認識了有趣的 micro:bit ,也得到活用 STEM 知識的機會。我發現 STEM 的知識能啟發大家的設計思維,只要我們加以善用,便能為我們的生活加添許多的助力,讓我們的生活變得更方便!
在製作模型時,我們特意在當中加入水泵,目的是當偵測到泥土的水份不足時,可以把之前儲存的水份泵回種植區作灌溉用途,避免泥土過分乾燥。我認為這個設計對減輕農夫的工作負擔而言有非常大的幫助。因此當這個水泵能夠按照土壤濕度偵測的結果運行時,讓我有非常大的成功感!當然,我們在製作的過程中亦經歷了多次失敗,例如我們測得的水份酸鹼度非常不穩定,最後我們搜集更多資料,並善用網絡資源來改良程式,終於把問題解決了。
最後,我覺得我們的模型的種植空間較有限,如果我們能夠透過這樣的模型種植更多糧食,或許能夠解決全球的糧食危機問題。希望我們的模型能夠得到推廣,讓人們了解農業生產過程也能夠符合可持續發展的原則,也希望大家能夠欣賞和喜歡這個作品。
5A 梁傲滋:
這次活動讓我學習到很多知識:我能夠透過搜集資料,增進自己在 STEM 各方面的了解;也能在創作模型的過程中,增加自己與隊友溝通的機會,提升自己在團隊中合作的能力。
在過程中,我最有成功感的地方是在設置酸鹼度探測器的過程:在模型中設置酸鹼度探測器時,老師提醒我們它不可以觸碰到模型箱的底部,因此我和隊友發現我們本來打算用萬用膠固定探測器的方法並不可行。最後,我們想到用魔術貼索帶的方式固定探測器的電線,使探測器能夠固定浸於儲水箱的水中,同時又不會觸碰到模型箱的底部。當我成功固定它的時候,我得到莫大的成功感。
而這次研究過程中最大的困難,我認為是在搜集資料方面。由於大家一開始都不熟悉「可持續發展的農業生產」這個題目,因此我們都不知道應該如何就此題目搜集資料。幸好,老師慢慢引導我們,帶領大家一起去探索題目,最後問題也得到解決。
我認為我們的模型可以加上防止害蟲的設計,我建議可以在外圍用煙葉和除蟲菊等植物驅除來防治害蟲,避免模型中所種植的農作品受到牠們的傷害。
5A 梁家浚:
在這次活動中,我對 micro:bit 編程有更深的了解,也認識了物聯網的概念和實踐方法。製作模型時,我需要和隊友們充分溝通,除了個人的溝通技巧得以提升,也讓我們建立了良好的團隊精神。
參與研究的過程中,讓我最有成功感的,便是能夠成功組裝模型。在決定不同感測器所在的位置的的時候,我們要視乎感測器的功能,為它們尋找適當的安裝位置,讓它們能夠在模型中順利運作,避免發生錯誤。每當看到感測器達到我們預期的效果時,我也感到萬分喜悅。
當然,我們也無法避免遇到挫折。在最初安裝水泵時,它並沒有按照我們編寫的程序運行,即使土壤濕度探測器顯示土壤已非常濕潤,水泵依然繼續運作、無法停止灌溉。在老師的引導下,我們嘗試找出程序的錯誤之處,了解當中運算思維邏輯出錯的地方,問題才得以解決。
我認為我們的模型並不應該把儲水箱完全封閉。在現時的設計中,如果儲水箱內的水泵或感測器出現問題,我們都難以修正;如果儲水箱保留對外開放的空間,我們就能定期檢查儀器,及時修正出現的問題。
6A 林俊其:
這次活動除了讓我體驗到團隊合作帶來的快樂和成功感,還可以學到關於 micro:bit 的編程技巧,更明白了原來在農業生產的過程中,可以調節的變數有如此多,包括灌溉用水的酸鹼度、天氣的濕度等,原來也對農作物的生長有顯著的影響。
當中最讓我有成功感的地方,是我們成功克服在編程過程中所遇到的障礙,因為有很多個感測器的數值並不能可以直接取用,要是要透過實驗來了解相對數值所表達的意思,或是需要換算,才可以得到對我們有用的數據或結果。最後,我們的灌溉系統能夠正常運作,讓我感到非常自豪。
而我覺得過程中最困難的地方,是我們要決定把 micro:bit 所連接的不同組件放置在模型中的哪些位置。每個感測器放置的位置不同,對整個編程所得出的結果也有極大的影響。我們的團隊通力合作,經過多番的嘗試,最終也能為各個感應器合適的擺放位置。
我認為如果這個模型的系統如能在自動和手動之間作出切換會比較好,因為有時農夫可能未有足夠的知識去理解系統不同數據背後的含意,或未必能及時就系統所作的警示調整農田內的突發情形;手動化處理能讓農夫有更多時間和空間處理問題,也能排除一些我們在編程過程中沒有預期出現的情形。我希望這個系統能夠變得更完善,最終能真實應用在我們的日常生活中。
透過實驗了解土壤濕度探測器的讀數
同學們分工合作完成習作
透過太陽能板及儲電裝置為整個系統提供電力
參考資料
臺灣行政院農業委員會(2014):〈水土流失知多少〉,《農業知識入口網》,蒐集日期:2022 年 7 月 17 日。