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山体滑坡监测预警系统的研究和实践 [复制链接]

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借助上虞区小学科学第二轮品质研修第十次活动,整理了今年头脑运动项目化学习的内容,第一次全程参与项目化学习有些忐忑,毫无经验怕失败,在很多老师的共同努力下,终于将山体滑坡监测预警系统的模型制作出来




本主题由 超级管理员 金亚军 于 2023/7/21 18:51:56 执行 设置精华/取消 操作
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【项目简述】:上虞地形南高北低,南部以低山丘陵为主,易发生山体滑坡,同学们对于集团化学校岭南乡小的小伙伴们的安危很挂念。通过实地调查走访,查阅相关资料,了解已有的防护措施。基于真实数据分析,从内因和外因入手,分析岭南山区山体滑坡产生的原因,根据外表迹象和特征入手,以降雨、土壤湿度、压力、坡度等数据为依托设计山体滑坡监测预警系统,对山体滑坡进行监测并提前预警。
【驱动性问题】
今年三月,五年级的同学在与岭南乡校结对同学开展心连心书信传递活动中得到消息,他们那儿因为山坡多,时常会受到山体滑坡的困扰。有时堵塞道路,影响他们上下学;有时对人身安全也造成了危险。为了帮助岭南的小伙伴,孩子们决定研究山体滑坡的信号预警装置。
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【项目实施过程】
同学们通过导学单学习、查找资料等方式,了解山体滑坡的山体组成、产生原因、诱发因素、活动强度、影响因素等要素。在对山体滑坡有了一定了解后,确定了实地考察的主要内容:易发区域、产生原因、诱发因素、采取措施等。
1.易发区域
四月初,在岭南乡校张校长的带领下,我们参观了地质灾害治理科普公园,对易发生山体滑坡的区域(502县道)进行考察,岭南乡地处上虞南部,地形以低山丘陵为主,周围群山环绕,有八丈岗、桃尖、大洋山、捣臼山、大爿山、金鸡山。502县道、022乡道盘山而建,人为的修路改变了斜坡的自然坡脚,岩石裸露易风化脱落,易发生山体滑坡。
2.产生原因

考察要素

特征

岩体情况

道路边裸露的岩石风化严重,有些甚至能手动剥落,风化基岩结构破碎松散,雨水极易深入坡体

植被情况

坡脚处几乎无植物覆盖,岩石裸露,偶有杂草

土壤情况

土壤多为黄色,颗粒大小不一,松散

人为因素

盖房、修路不合理开挖边坡;露天采掘矿石

气候因素

上虞地处亚热带季风气候区,季风显著,四季分明,气候温和,湿润多雨。但由于地处中纬度,地形较复杂,小气候差异明显,灾害性天气频繁。春季,冬、夏季风交替,冷暖空气活动频繁,春雨连绵,雨水增多,风向多变。梅雨季常年在6月中旬入梅,7月上旬出梅,雨量相对集中,常伴有暴雨,引起洪涝灾害秋季。秋季,北方冷空气逐渐影响,气温开始下降,常常是“一阵秋雨一阵凉”。常受台风影响,狂风暴雨,因此,秋季也是第二雨季。

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4.采取措施

防护措施

抗滑桩

抗滑桩可以起到点带面的稳定作用,滑桩可采用钢筋混凝土桩身 + 桩间挡土板等


地表地下水截流疏导

减缓水对岩体的冲刷,减小滑坡体内部渗透水压力

填埋裂缝

填补山体裂缝有利于平衡山体整体的土壤成分,使其整体出于均衡的状态。


防护网

对小型的落石或崩塌起到一定作用的拦截,减少落石对行人车辆的击中风险,但是对于规模比较大的滑坡,其防护作用也是有限的,通常大规模的滑坡会造成防护网随滑坡体一同滑落的现象

框格防护

适用于土质或风化岩石边坡,框格内采用植物防护

捶面防护

适用于易受雨水冲刷的土质边坡,和易风化的岩石边坡


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【总结】这些防护措施需要大量的人力、物力、时间,这更加坚定了孩子们的决心——设计一个能在24小时无人力的监测预警装置。
       孩子们对采集的土壤进行研究,与沙质土、壤土、黏质土进行比较,发现标本土壤颗粒松散,渗水性一般,介于沙质土和壤土之间,易蓄水。

       在采集岩石的时候,孩子们经常会拿着一块石头跑过来问我是什么岩石,我并没有直接告知他们,而是让他们搜集起来,回家后查找资料,将这些岩石做成标本。孩子们发现已发生滑坡的山体,主要由花岗岩和砂岩组成,盘山公路一侧的山体因修路而裸露在外,受风化影响,外层花岗岩变得破碎,布满裂隙;砂岩结构杂乱松散,甚至能手动剥落,遇水易崩解软化。


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我们把调查研究结果总结归纳,进行了汇报展示,并根据评价表对结果进行补充完善。通过制作思维导图,我们对山体滑坡监测预警系统进行了结构上的梳理,并初步设计出了山体滑坡监测预警装置。通过自评+同学互评+老师评价的方式,对设计方案进行改进优化。这个过程孩子们的分歧比较大,有些孩子绝对监测降雨量好,有些孩子觉得监测坡度好,还有些孩子觉得要多监测几个因素这样会更加精确,最后我们总结出山体滑坡的四个诱因:降雨、土壤湿度、坡度、压力。


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【制作过程】
如何把设计图制作成模型呢?对于很多老师来说都是一个难题更别说学生了,于是我去请教了信息技术陈军老师,他一下子就帮我把任务简化分解了,四个诱因可以转化成四种传感器,网上可以直接购买,然后可以在电脑上进行编程更改数据,正好团队中有两个孩子已经学习了三年编程,更改参数对他们来说是轻而易举的,后期孩子经过无数次实验,测试出四个监测因素的临界值。




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我们可以在电脑端实时查看这些数据,当预警装置发生预警时,我们可以将这些数据反馈给有关部门,以作出更准确的分析。
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我们还开展山体滑坡警示语和警示标识的征集活动,后期将做成警示牌,放在易发生山体滑坡的地方。



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【心得体会】
1.做中学:这是我第一次参与项目化学习,在确定研究题目后领导让我填写好案例,但我发现学习目标核心概念并不像平时上课那样可以在课前写好,因为学生在项目过程中会遇到各种突发问题,这些问题使我们无法预料的,我们也很难提前写好教案,学生最后能做到什么程度我们也无法预知,所以在一直在不断修改学习目标,一边实践一边记录反思,从旁起到一个辅助的作用。
2.重参与:教师可以作为参与者与学生一起探索,在项目进程中,有些内容可以超出老师的认知,所以也是一个不断学习的过程,作为参与者我们可以更精确了解学生遇到的问题,更好的引导孩子去解决问题,问题应该是学生真实遇到的问题,而非老师的问题,学生是学习的主体,通过一系列活动,真切地获得可信的知识,这样不仅可以使学生印象深刻,学习的兴趣也渐渐浓厚起来,同时可以在学习活动中培养自己的动手实践能力。在这样一个广阔的活动空间里,学生的学习成了一种乐趣。
3.重评价:评价可以帮助学生对每一阶段的表现进行反思,项目活动中的“交流评价”,又给学生提供了一个肯定自我和提升自我的空间,使他们在活动过程中更加自信优雅,收获受益终身的能力与习惯。
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