山体滑坡预警装置

山体滑坡预警装置

李双双 罗雪 汪燕

成都市新桥小学校 610031

一、案例项目简介：

“山体滑坡预警装置”以真实情境问题为载体实现跨学科知识整合，将各学科知识融入在具体的实践活动中，通过开展一系列实践活动，驱动学生在真实情境的问题解决过程中将科学、信息技术、工程和数学等多学科知识和技能进行整合应用。此课程通过对泥石流自然灾害的调查，让学生们了解泥石流及其自然动态系统。通过项目的制作，进行生活关注、科学探究、知识运用、创意想象、协作学习和多元表达。

2. 案例项目选题来源：

每年6-8月，受强降雨影响，四川阿坝地区多处发生泥石流，境内电力、通信暂时中断，给人们的生活造成了很大的困扰和威胁。泥石流是常发生在我们身边的自然灾害，同学们对这一自然灾害的了解很少，结合我校以“生命教育”为主线的校园文化，基于真实情境的问题为载体，开展“山体滑坡预警装置”的steam课程。

2. 案例项目学习目标：

1. 通过探究活动了解泥石流灾害，运用科学方法来研究泥石流频发地区的因素。

2. 探究泥石流灾害成因，并将所学运用到制作地质模型和实验模型当中。

3. 培养学生团队协作精神，积极互动，鼓励知识分享。

4. 运用所学信息技术知识解决泥石流模拟装置方案中的问题。

5. 运用写作和演讲工作来有效的传达所学信息。

2. 案例项目课程概览：

1. 适合年级：4-6年级

2. 涉及学科：科学、信息、生命、美术、数学、语文。

3. 高阶思维方法：分析、实验调查。

4. 学习要点：地质灾害成因、科学方法和工程步骤

5. 教学场景：室内/室外

2. 案例项目实施过程：

1. 发布项目通告：

每年6-8月，受强降雨影响，四川阿坝地区多处发生泥石流，境内电力、通信暂时中断，给人们的生活造成了很大的困扰和威胁。因此，科技馆要举办一个地质灾害科普活动，希望通过科普活动让更多的人了解这一自然灾害，并学会自我保护，现向各个小组征集泥石流灾害模拟实验装置方案，用于科普活动的开展。

2. 探究泥石流灾害

（1）任务驱动：设计制作关于阿坝地区泥石流灾害的预防与科普的宣传单，或撰写学校公众号宣传泥石流灾害科普知识。学生根据任务，通过网络搜索，书籍、纪录片等多途径自主探究泥石流灾害相关知识。

2. 通过专业人士探究知识：

通过自主探索，同学对泥石流有了自己初步的了解，但同时也产生了许多疑问，带着疑问，同学们迎来了西南交通大学的创客专家李君教授和地质学专家郭永春教授，地质专家郭教授从四川阿坝地区地理特点，泥石流成因，每年高发月份，目前阿坝地区对于泥石流的预防措施等几个方面为同学们上了生动的一课。

（三）山地模型与实验模拟装置设计方案

（1）完成KWL表格，头脑风暴进行模型的制作和预警装置的设计，设计要求：设计、构建、测试并美化泥石流模拟实验装置。

2. 确定设计图：通过西南交大地质专家郭教授的课程，学生对四川阿坝地区的地域特点和山区特点有了深入了解，并在此次活动中，尝试用画图的方式设计出阿坝地区山区模型。

2. 确定制作材料：了解并尝试多种材料，以最合适的材料来进行建模，例如学生尝试了泡沫，纸板，胶泥，等，实践中发现白乳胶+报纸和纸巾的组合最容易塑造合适的模型。

（4）完成泥石流模拟装置设计：按照设计的图纸，对基础的山区模型进行美化，涂色，装饰，完成创作。

3. 山体滑坡预警装置的计算机程序设计与山体滑坡实验设计

根据泥石流自然灾害的背景研究，和实验的结果，完成KWL表格，设计可以用来演示和模拟泥石流灾害以及可能的预警方案。

（1）内容及功能描述

为模拟预测（阿坝地区）山体滑坡，设计一个报警装置，根据背景研究，可以利用两点：

A.滑坡产生的原因很多，该地区最常见诱因的是局部降雨量过大引发后续滑坡。此装置首先对降雨量进行监测，当山区降雨量达到预警值，滑坡风险增大时就会触发暴雨-泥石流预警警报。

B.不论什么原因，如若泥石流已经形成，在向下移动的时候，在提前预设好的监测点，利用掉落的土壤石块堆积时产生压力的原理，若压力达到预警值，触发泥石流高危预警警报。

（2）山坡体局部演示模型搭建

A. 在演示模型坡顶用纸杯模拟堰塞湖, 雨量监测装置（雨水收集装置）放于山顶堰塞湖旁，通过单位时间储存的降雨量不同深度阈值，对水位分三档位，对水位变化进行监测。

B. 警报装置主要由两个关键部分：

I: 用于收集滑落泥土的防坠网，在演示模型上用木板代替，实际应用中位防坠网由钢缆悬挂于山体斜面。

II: 压力传感器，放置在演示木板下方，用于实时检测上方累计坠落的土壤石块产生的压力值，当土壤聚集到一定数量后，检测重量达到预设阈值，发生报警。在实际应用中为安装钢缆上的拉力检测装置。

（3）数据关系和程序主逻辑描述

1.雨量监测部分：

如在预设的时间段，雨量超出预警值，发出警报；非预设时间段，雨量累计达到装置可容纳最大量，发出清理提示。

2.滑坡监测部分：

如已经发生滑坡，分为两种情况；

情况一：当发生小规模垮塌时，垮塌的部分掉落于防坠网上，压力传感器读取数据变化，显示于显示屏上，如未超过预设阈值，不进行警报提醒，闪烁对应警示灯示意。

情况二：当发生短时间内大规模垮塌，如压力传感器数字剧烈变化或超过预设阈值，显示屏上显示数据，监测装置发生报警，警示灯红灯闪烁。

6. 测试与改进

为学校同学演示泥石流模拟装置系统，并请同学进行试验，同时请同学提出改进意见，并进行改进。

（七）项目完成后推广情况：代表金牛创客教育中心进行创客作品展示

2019年12月28日新时代大中小学劳动教育现场交流会在金牛区举行，教育部基础教育一司副司长俞伟跃对谋划新时代劳动教育、推动劳动教育发展提出了建设性意见。在新桥社区，通过举办创意劳动集市，立体呈现近年来金牛区区域推进劳动教育的生动实践和丰硕成果，我校“阿坝地区泥石流模拟装置系统”代表金牛创客教育中心进行教育实践展示，泥石流小组成员作为本次活动的解说员，可爱大方的姿态，有条不紊地解说与答辩，铿锵有力的话语让大家连连称赞。