“草莓的无土栽培”实验教学改革模式的探索

［摘 要］ 智慧园艺是近年来兴起的一种新型园艺植物生产模式，主要是利用现代科技手段模拟自然环境，提供植物生长所需的适宜的光照、温度、湿度等条件，实现园艺植物的生长和发育。提出“草莓的无土栽培”实践课程改革新模式，将数字化、智慧化园艺与传统实践教学进行深度融合，提出构建智能温室形成数字化的信息管理平台的方案。通过草莓无土栽培劳动教育和实践，让学生“线上+线下”观察草莓育苗生长发育过程，掌握草莓无土栽培、管理和环境美化技能，引导学生崇尚劳动、热爱劳动，培养学生在劳动中发现问题、思考问题、解决问题的能力。“草莓的无土栽培”实践课程改革新模式提升了课堂教学质量，为适应市场需求、改善现代化农业发展提供了借鉴。

［关键词］ 智慧园艺；无土栽培；教学改革

［基金项目］ 2024年度西南大学教改项目“大思政背景下劳动教育通识课程‘城市园艺’的改革与创新”（2024JY107）

［作者简介］ 王艳花（1988—），女，山西太原人，博士，加拿大萨斯喀彻温大学博士后，西南大学园艺园林学院实验师，主要从事蔬菜栽培、食用菌的发育调控与分子育种研究；刘海利（1978—），男（满族），河北遵化人，博士，西南大学园艺园林学院高级实验师（通信作者），主要从事蔬菜种质资源研究、资源丰产理论与技术研究。

随着人工智能技术的不断发展以及在农业领域应用，我国传统园艺向着智能化、高效化和便利化的方向发展，园艺植物生产效率得到提高，资源利用得到优化配置且农业生产环境得到改善。智慧园艺是一种将现代科技与农业相结合的新型农业发展趋势，可以促进农业的高效、节能和可持续发展［1］。为顺应智慧园艺的发展趋势，培养适应现代农业发展新需求的实践型人才，本研究基于“草莓的无土栽培”实验课程提出教学改革方案，将智慧园艺融入传统实验教学中。

一、“草莓的无土栽培”实验教学概述

草莓为蔷薇科草莓属的多年生草本植物，是一种红色的花果，又名凤梨草莓、红莓、洋莓、地莓等，外观呈心形，鲜美红嫩，果肉多汁，含有特殊的浓郁水果芳香。草莓的原产地是南美洲，后传到英国、荷兰、丹麦等国，被广泛种植和食用，目前草莓的种植遍布世界各国。草莓酸甜适口，营养丰富，果实中含有糖、酸性物质、蛋白质、维生素和磷、铁等矿质元素。此外，具有较高的药用和医疗价值。草莓果实中的草莓胺可以预防白血病及再生障碍性贫血病。草莓中的超氧化物歧化酶能清除人体内的过氧化物，有抗衰老和提高免疫力的功效。草莓的生长周期短，对土壤要求不严格，果实成熟早，适应性强。在山地、林地、丘陵、平原均可生长。草莓的无土栽培始于20世纪60年代欧洲开展的水培法栽培草莓实验，后有意大利采用立体空气水培法栽培草莓。20世纪80年代，荷兰和比利时开始用泥炭栽培草莓［2］。草莓的无土栽培根据其基质材料的不同可分为水培、雾培和基质培。

“草莓的无土栽培”课程主要从草莓的种类和品种、生物学特性、草莓的栽培季节、无土栽培技术及生产上易出现的问题等方面开展教学。本课程分为理论课时和实验课时，在培养学生的实验操作技能的同时，贯穿理论知识讲授，加强学生对知识的理解和掌握，达到学以致用的效果。在实验课教学中，将学生分成小组进行实验（5～6人一组，共5组），以增强学生的合作意识与团队精神。

二、智慧园艺

（一）智慧园艺的概念

智慧园艺（smart horticulture）是利用先进的科技手段和新兴的信息技术，结合植物生长的规律和人工智能算法，实现对园艺植物生产的智能化管理。智慧园艺的关键技术包括传感器技术、物联网技术、大数据分析、人工智能算法和自动化控制等［3］。通过在植物生长环境中布置传感器，实时监测和采集土壤湿度、温度、光照强度、二氧化碳浓度等关键参数数据，并通过物联网技术将数据传输到云平台进行存储和分析。利用大数据分析和人工智能算法，从海量的数据中提取有价值的信息，对园艺生产进行精细化管理和优化决策。同时，通过自动化控制技术，实现对植物生长环境的精确调控，例如自动灌溉、光照调节和温度控制等，以提高园艺生产的效率和质量，减少资源浪费和环境污染。智慧园艺的应用范围广泛，可以应用于蔬菜、水果、花卉和草坪等不同类型的园艺生产。同时，智慧园艺可以应用于城市农业和垂直农场等新兴的农业形态中。

（二）智慧园艺的发展趋势

智慧园艺的发展将推动园艺产业的升级和转型，提高农业的科技含量和竞争力，有助于解决园艺生产中的难题，例如土壤质量不佳、病虫害防治困难和气候变化对园艺生产的影响等［4］。同时，智慧园艺有助于推动农业的可持续发展，减少使用化肥和农药量，降低能源消耗和温室气体排放。此外，智慧园艺将推动传统园艺向自动化、智能化的方向发展，通过传感器、监测系统和自动化设备等技术，可实现农作物的自动化种植、灌溉、施肥和病虫害监测等，提高生产效率和品质稳定性。通过数据采集和分析，将环境因素、植物生长状况和农业管理等数据转化为决策依据，可实现精准农业管理，提高农作物产量和质量。

随着城市化进程加快和耕地资源的限制，水域和城市农业成为农业发展的新方向。智慧园艺可以在水域和城市中利用垂直种植、智能温室和水培技术等，实现高效农业生产［4］。此外，智慧园艺可以通过互联网和物联网技术，实现农业信息的共享和农产品的线上销售，促进农业产业链的协同发展和农民收入的增加［5］。同时，智慧园艺可以实现精准施肥、病虫害监测和生态环境保护等功能，推动农业向绿色和有机农业转型，提高农产品的安全性和市场竞争力，还可以利用基因编辑和植物生物技术等创新技术，培育适应性强、产量高和品质优良的新农种，推动农业产业升级和科技创新。总之，智慧园艺作为农业发展的新趋势，可以提高农业生产效率、保护环境和改善农民生活质量，对我国农业的可持续发展具有重要意义。

三、智慧园艺融入实验教学

（一）智能温室的设计

智能温室是一种利用先进的技术和传感器来监测和控制温室环境的系统。笔者基于已有的本科教学常规温室——10号玻璃温室提出智能温室的设计方案（见图1）。一是温室的结构应充分考虑温室内的光照、通风和温度控制。常见的温室结构包括玻璃温室、塑料大棚等。本课程所用的10号玻璃温室，能够提供草莓生长所需基本的地理环境。二是智能温室应配备适当的灯光系统，以确保温室内草莓所需的光照条件。灯光系统可以根据草莓的生长需求进行定时控制，确保在不同生长阶段都能得到适当的光照。三是智能温室应具备温度和湿度的自动控制系统。传感器可以监测温室内的温度和湿度，并根据设定的目标值自动调节风机、加热器或喷雾器等设备实现对温度和湿度的控制。四是水分控制智能温室应具备自动灌溉系统，确保植物在合适的时间得到适量的水分供应。传感器可以监测土壤的湿度，并自动触发喷灌或滴灌系统来进行灌溉。五是智能温室应配备二氧化碳浓度监测与控制系统。通过控制二氧化碳的注入量，可以提高温室内的二氧化碳浓度，促进植物的光合作用和生长。六是智能温室应配备数据采集与分析系统，可以实时监测并记录温室内的环境数据，如温度、湿度、光照等。通过数据分析，可以帮助温室管理人员了解温室环境的变化，并做出相应的调整和决策。七是远程监控与控制，智能温室可以连接到互联网，实现远程监控和控制。学生可以通过手机或电脑远程监测温室的环境状况，并进行相应的控制和调整。八是基于收集的数据和分析结果，智能温室可以自动调整灯光、温度、湿度等参数，优化草莓的生长环境，提高产量和质量。

总的来说，智能温室的设计要素包括温室结构、光照系统、温度和湿度控制、水分控制、二氧化碳控制、数据采集与分析、远程监控与控制以及生长环境优化等［4］。这些设计要素可以提高温室生产的效率和质量，同时减少人工干预的需求。

（二）“线上+线下”掌握草莓无土栽培技术

草莓无土栽培从种子萌发到形成幼苗过程中受到气温、光照、土壤条件以及品种等因素的影响。从基质装配到播种，以及幼苗定植、缓苗及开花结果，整个生长周期较长，但“草莓的无土栽培”课程只有3个学时，要求学生在较短的时间内，掌握草莓无土栽培技术的理论基础和实践技能（见表1），确实是一项挑战。因此，将智慧园艺融入实验教学，引导学生通过线上的方式掌握草莓无土栽培技术中基质选择、种子处理、移栽、炼苗、疏花留果等环节，结合线下实操基质装填、播种育苗环节，使学生在有限的学时内，既可以了解学习草莓无土栽培技术，又可以实验操作草莓无土栽培的主要环节，达到事半功倍的效果。

结语

随着我国传统园艺不断向智能化、高效化的方向发展，智慧园艺推动园艺产业的升级和转型，对人才培养提出了新的要求，须要人才具备信息处理、问题解决、团队协作、专业知识储备等综合能力。“草莓的无土栽培”课程探索了实验课程改革新模式，提出了智能温室设计方案，将数字化、智慧化园艺与传统实践教学进行深度融合，通过草莓生产劳动教育和实践，引导学生“线上+线下”观察草莓生长发育过程，全面了解草莓的生长需求和无土栽培技术。笔者提出的智能温室使用方案，有助于提高“草莓无土栽培”实验教学的效果和趣味性，使学生更好地理解草莓无土栽培的原理和实践操作。同时，学生可以通过观察和记录温室内的环境参数变化，进行数据分析和对比，进一步提高其分析能力和科学思维能力。

参考文献

［1］孙忠富，杜克明，郑飞翔，等.区块链助力智慧园艺发展的初步探讨［J］.蔬菜，2020（6）：2-9.

［2］路河.棚室草莓高效栽培［M］.北京：机械工业出版社，2018：1-3.

［3］陈国户，郝福玲，孙俊，等.新农科背景下园艺植物育种学智慧教学模式探索与实践［J］.现代园艺，2023，46（11）：200-202.

［4］邓璐娟，冯巧玲，李淑君，等.智能温室环境控制的研究现状与发展方向［J］.郑州轻工业学院学报：自然科学版，2003，18（4）：20-23.

［5］刘君玲.基于物联网的现代农业智慧园管理系统的设计分析：以龙眼果园智慧园建设为例［J］.东南园艺，2021，9（3）：24-28.

Exploration of the Teaching Reform in the Soilless Cultivation of Strawberries： A New Mode of Integrating Smart Horticulture into Experimental Teaching

WANG Yan-hua， LIU Hai-li

（College of Horticulture and Landscape Architecture， Southwest University， Chongqing 400715， China）

Abstract： Smart horticulture is a new plant production model that has emerged in recent years. It utilizes modern technology to simulate the natural environment and provide suitable conditions such as light， temperature， and humidity for plant growth. This study aims to reform the practical course of “Soilless cultivation of Strawberries” by integrating digitalized and smart horticulture with traditional practical teaching， and to create a digital information management platform in intelligent greenhouses. Through the labor education and practice of soilless cultivation of strawberries， students will observe the growth and development process of strawberries both online and offline， acquire skills in cultivating， managing， and beautifying strawberries， and cultivate a love for and dedication to labor. This approach aims to enhance the students’ ability to identify， think about， and solve problems through labor. By improving the quality of classroom teaching， this study provides reference for adapting to market demand and improving the development of modern agriculture.

Key words： smart horticulture; soilless cultivation; teaching reform