CN109087572B - 一种用于展示湿地净化水质的教具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明“一种用于展示湿地净化水质的教具”，属于教具领域。所述教具包括展示板和功能板；所述功能板上设置有湿地净水模拟循环系统；所述湿地净水模拟循环系统包括依次连接的用于模拟水源的注水模块，用于模拟生活生产区域的污染模块，用于模拟污染水路的污水管路，用于模拟湿地并净化污水的净化模块，用于模拟净化水路的净水管路，以及用于为所述湿地净水模拟循环系统提供循环动力的动力模块；所述动力模块与所述注水模块相连形成所述湿地净水模拟循环系统；所述展示板上设置有可分别与所述功能板上的注水模块、污染模块、净化模块、污水管路、净水管路位置相对应的图文。本发明的教具可直观形象展示湿地水质净化的过程和效果。
Description
技术领域
本发明涉及辅助教具领域，尤其涉及一种用于展示湿地净化水质的教具及方法。
背景技术
湿地是自然界中净化能力最强的生态系统，被大家形象地称为“地球之肾”。湿地净化水质的功能实质上就是把流经湿地的溪水、河水中的悬浮物、营养物、有毒物固定和沉淀在湿地生态系统中。一方面，湿地区域地势低平，当含有污染物质(生活污水、农药和工业废水等排放物)的流水经过湿地时，流速会大幅度减慢，有利于污染物质的沉淀；另一方面，在湿地中生长的植物、微生物和细菌等通过湿地生物地球化学过程的转换，包括物理过滤、生物吸收和化学合成与分解等，将生活污水和工业废水中的污染物和有毒物质吸收分解或固定转化。最终实现降低污染物质含量，净化水体的效果。
中国政府自此《国际湿地公约》以来，高度重视并逐渐推动湿地事业。目前许多大学已经开设生态学以及湿地相关专业，中小学在开展“绿色学校”的过程中走进湿地保护区和湿地公园，政府部门和社会组织也定期向普通民众进行湿地科普宣传，与湿地有关的宣教场馆、科普展览和科普讲座在逐年增多。湿地的水质净化能力一直是湿地科普宣教的重要内容，但是目前展示湿地水质净化能力的教具十分缺乏，传统的课堂讲解和展板无法形象并动态展示湿地净化水质的过程和效果。
发明内容
本发明的目的在于为了解决上述背景技术中的问题，提供一种科普教学用湿地水质净化功能展示教具，形象展示湿地水质净化的过程和效果。
为实现本发明目的，采用的技术方案为：
一种用于展示湿地净化水质的教具，其特征在于，包括展示板和功能板；所述功能板上设置有湿地净水模拟循环系统；所述湿地净水模拟循环系统包括依次连接的用于模拟水源的注水模块，用于模拟生活生产区域的污染模块，用于模拟污染水路的污水管路，用于模拟湿地并净化污水的净化模块，用于模拟净化水路的净水管路，以及用于为所述湿地净水模拟循环系统提供循环动力的动力模块；所述动力模块与所述注水模块相连形成所述湿地净水模拟循环系统；
所述展示板上设置有可分别与所述功能板上的注水模块、污染模块、净化模块、污水管路、净水管路位置相对应的图文。
所述注水模块的设置位置高于所述污染模块；
所述污染模块为连接在所述水箱下游的颜料盒；
所述净化模块包括活性碳滤芯；
所述动力模块为微型潜水泵；
所述注水模块为水箱；
所述展示板设置在所述功能板的正前方，且展示板部分或全部区域可透过看到所述功能板上的湿地净水模拟循环系统；
优选地，所述展示板和功能板形状、大小相适配。
所述展示板上在与所述功能板上的注水模块、污染模块、净化模块、污水管路、净水管路位置相对应的图文区域内设置有便于阅读图文内容及观察净水细节的辅助观察部件；
优选地，所述辅助观察部件包括固定机构、伸缩机构和放大镜；
进一步优选地，所述固定机构为固定在各相应图文区域内的底座，所述底座顶部设有万向轴；所述伸缩机构为一端与万向轴连接的伸缩杆；伸缩杆的另一端连接有放大镜；
优选地，所述净化模块还包括微型人工湿地生态系统；所述净化模块的活性炭滤芯连接在所述微型人工湿地生态系统的下游；
进一步优选地，所述微型人工湿地生态系统包括若干层湿地基质以及种植在湿地基质中的湿地植物；
更优选地，所述若干层湿地基质按基质孔隙率由大到小从上至下排列和/或由上游向下游方向依次排列；
更优选地，所述微型人工湿地生态系统的底部或位于下游方向的侧壁设有湿地排水口；所述湿地排水口可通过管道或直接与所述活性炭滤芯的入口相连。
所述功能板的湿地净水模拟循环系统还包括：分别设置在污水管路和净水管路上的出水孔；
优选地，所述功能板的侧壁上开设有出水口，所述出水口通过管道与所述出水孔相连通；
进一步优选地，所述出水口上设置有伸出所述功能板侧壁的水龙头。
所述功能板上还设置有为湿地净水模拟循环系统提供能量来源的能源系统；所述能源系统包括电源连接口和开关；
优选地，所述能源系统还包括可与电源连接的蓄电池仓，用于安装蓄电池并转化储存能量。
所述功能板顶部设置有可与注水模块相连通的注水口；
优选地，所述注水口上设置有控制水阀；
进一步优选地，所述注水口上设置有可拆卸的加水量器；优选地，所述加水量器上设置有刻度；
优选地，所述功能板的湿地净水模拟循环系统的各模块部件为嵌入式设置在所述功能板上与展示板相接处的侧壁内。
所述功能板上在于污染模块、净化模块相对应的位置开设有开口，用于取出所述污染模块和净化模块；
优选地，所述开口开设在所述功能板的侧壁或正后方。
所述展示板顶部设置有LED灯；
优选地，所述展示板由透明材料制成。
一种用于展示湿地净化水质的方法，其特征在于，包括：采用所述教具，使湿地净水模拟循环系统运转以展示湿地净化水质的过程。
所述方法还包括：打开出水口处的水龙头对污水管路和净水管路中的水进行取样，以对比净化效果。
一种科普教学用湿地水质净化功能展示教具，包括展示界面(即“展示板”)和辅助功能板(“功能板”)。所述展示界面的特征在于：包括生活生产区模型、模拟的污水排放管道和河道，和模拟的湿地生态系统。所述展示界面主视面绘制或使用立体模具展示生活生产区的居民住房和工厂，湿地生态系统里的水域、植被、动物、微生物、基质等；使用透明弯曲的玻璃或塑料管道模拟污水排放管道和河道。所述展示界面顶端设置LED灯作为照明设施，所述展示界面前方覆盖全透明材质。所述辅助功能板的特征在于：设有动力模块、污染模块、净化模块和注水/出水模块。动力模块包括开关、电源连接口、蓄电池仓和微型潜水泵；污染模块包括颜料盒；净化模块具体为活性碳滤芯；注水/出水模块包括注水口和出水口(两个)。
进一步地，所述展示界面主视面包含解说文字，例如解释经过生产生活区污染的水中含有哪些污染物，湿地的动植物的名称，以及净化过程的种类等，增加该模具的展示效果。
进一步地，所述展示界面文字和配图前方覆盖的透明材质上安装有放大镜，为阅读提供方便。
进一步地，所述辅助功能板上的污染模块和净化模块属于耗材，设置方便取出的开口，可以定期更换。
进一步地，所述辅助功能板顶端设有加水口及对应的控制水阀，加水口上设有可拆卸的加水量器，加水量器上设有水量刻度。
进一步地，所述辅助功能板两侧在两个出水口安装水龙头，可以取出经过生产生活区污染的水和经过湿地净化的水进行水质对比，增强该模具的互动性。
进一步地，所述辅助功能板同时配备电源连接口和蓄电池仓，可以在无法连接电源的时候使用电池作为动力，增强该模具的便携性。
教具领域，一般分为演示用教具和实习操作用教具两种，将演示用教具和实习操作用教具合二为一的教具并不多见，而专用于展示湿地净化水质的这种综合演示和实习操作功能的教具更是空白，本发明提供的用于展示湿地净化水质的教具恰好融合了演示用教具和实习操作用教具两种教具的特点，既能用来向学生直观演示湿地净化水质的过程，又能使学生参与到教具的实际操作中来，提升动手能力并增加实操经验。此外，本发明的教具还具有如下优点：(1)直观性。直观性在科技活动中常用作演示用教具。直观教具可以使知识具体化、形象化，为学生感知、理解和记忆湿地净水方面的知识创造了条件。直观能促使学生的具体感知与抽象思维相结合，减少学生掌握抽象概念的困难，帮助其形成湿地净化水质领域明确的概念，发展其观察能力和思维能力，提高学生的学习兴趣和积极性。(2)实践性。本发明的教具由于设置有出水口，以及放大镜等部件结构，使得本发明的教具可以触摸、使用、解剖的，这在提升学生实践技能方面有重要意义。(3)典型性。本发明直观教具的典型性，不仅使它符合教学要求，能有效地形成湿地净水清晰的表象并引导学生从展示的现象上去认识事物的本质，而且能引导学生从感性知识上升到理性知识，促进学生全面深刻地掌握湿地净水方面的知识。(4)便携性，本发明的教具结构设计合理，从外部看去或者携带时就像一个盒子，并且内置有蓄电储能装置，方便携带去一些野外无电的环境中结合实际给学生做演示。(5)结构设置合理、制作成本低，便于推广。
附图说明
图1为本发明的一个具体实施例提供的用于展示湿地净化水质的教具的展示板的结构示意图。
图2为本发明的一个具体实施例提供的用于展示湿地净化水质的教具的功能板的结构示意图。
图3为本发明的另一个具体实施例提供的用于展示湿地净化水质的教具的展示板的结构示意图。
图4为本发明的另一个具体实施例提供的用于展示湿地净化水质的教具的功能板的结构示意图。
图中标记列示如下：1-功能板、11-湿地净水模拟循环系统、111-注水模块、112-污染模块、113-污水管路、1131-出水孔、11311-出水口(水龙头)、114-净化模块、1141-活性炭滤芯、11411-活性炭滤芯的入口、1142-微型人工湿地生态系统、11421-湿地基质、11422-湿地植物、11423-湿地排水口、115-净水管路、1151-出水孔、11511-出水口(水龙头)、116-动力模块、117-注水口；12-能源系统、121-电源连接口、122-开关、123-蓄电池仓；2-展示板、21-注水模块的图文、22-污染模块的图文、23-污水管路的图文、24-净化模块的图文、25-净水管路的图文、26-辅助观察部件、261-固定机构、262-伸缩机构、263-放大镜、27-LED灯。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子结合附图对本发明做进一步的详细描述。
第1组实施例、本发明用于展示湿地净化水质的教具
本组实施例提供一种用于展示湿地净化水质的教具。在本组所有的实施例中，所述教具都具备如下共同特征：所述教具包括展示板2和功能板1；所述功能板1上设置有湿地净水模拟循环系统11；所述湿地净水模拟循环系统11包括依次连接的用于模拟水源的注水模块111，用于模拟生活生产区域的污染模块112，用于模拟污染水路的污水管路113，用于模拟湿地并净化污水的净化模块114，用于模拟净化水路的净水管路115，以及用于为所述湿地净水模拟循环系统提供循环动力的动力模块116；所述动力模块116与所述注水模块111相连形成所述湿地净水模拟循环系统11；所述展示板2上设置有与所述功能板1上的注水模块位置对应的图文21、与污染模块位置对应的图文22、与净化模块位置对应的图文24、与污水管路位置对应的图文23、与净水管路位置相对应的图文25。
在具体的实施例中，所述注水模块111的设置位置高于所述污染模块112；所述污染模块112为连接在所述水箱下游的颜料盒；所述净化模块114包括活性碳滤芯1141；所述活性碳滤芯可商购获得；
所述动力模块116为微型潜水泵；
所述注水模块111为水箱；
所述展示板2设置在所述功能板1的正前方，且展示板2部分或全部区域可透过看到所述功能板1上的湿地净水模拟循环系统11；
在优选的实施例中，所述展示板2和功能板1形状、大小相适配。
在一些实施例中，所述展示板2上在与所述功能板上的注水模块、污染模块、净化模块、污水管路、净水管路位置相对应的图文区域内设置有便于阅读图文内容及观察净水细节的辅助观察部件26；
优选地，如图3所示，所述辅助观察部件26包括固定机构261、伸缩机构262和放大镜263；
进一步优选地，所述固定机构261为分别固定在注水模块图文区域21、污染模块图文区域22、净化模块图文区域24、污水管路图文区域23、净水管路图文区域25内的底座，所述底座顶部设有万向轴；所述伸缩机构262为一端与万向轴连接的伸缩杆；伸缩杆的另一端连接有放大镜263。
优选地，所述净化模块114还包括微型人工湿地生态系统1142；所述净化模块114的活性炭滤芯1141连接在所述微型人工湿地生态系统1142的下游；
进一步优选地，所述微型人工湿地生态系统1142包括若干层湿地基质11421以及种植在湿地基质中的湿地植物11422；
更优选地，所述若干层湿地基质11421按基质孔隙率由大到小从上至下排列和/或由上游向下游方向依次排列；
更优选地，所述微型人工湿地生态系统1142的底部或位于下游方向的侧壁设有湿地排水口11423；所述湿地排水口11423可通过管道或直接与所述活性炭滤芯1141的入口11411相连。
在具体的实施例中，所述微型人工湿地生态系统可以由1个或多个微型人工湿地单元组成，所述人工湿地单元可选自垂直潜流湿地和/或水平潜流湿地。例如，当若干层湿地基质按上下方向排列时可形成垂直潜流湿地，当若干层湿地基质按照由上游至下游的方向排列时可形成水平潜流湿地；所述多个人工湿地单元之间可串联或并联；所述若干层湿地基质中，不同层的湿地基质的基质孔隙率不同，所述湿地基质选自：沙土、壤土、砂、鹅卵石、碎石、粗砾石、煤灰渣、沸石、页岩、蛭石、石灰石、陶瓷、塑料、砾石、土壤、等
图4示出的1个实施例中，所述微型人工湿地生态系统由2个微型人工湿地单元组成，其中1个为垂直潜流湿地，另1个为水平潜流湿地，在水平潜流湿地和垂直潜流湿地单元并存的情况下，水平潜流湿地单元优选设置在垂直潜流湿地单元的下游。也可考虑将垂直湿地单元设置在水平湿地单元的下游。
考虑到与教具的配合度，以及便于教学、观察湿地系统对污水的净化过程及湿地植物的生长、根系发育情况，所述湿地植物优选体积较小的且根系发达的湿地植物，例如，可以选择浮萍、眼子菜、金鱼藻、黑藻等浮水沉水植物；或小植株的荇菜、泽泻等。
为使教具内的微型人工湿地生态系统的湿地植物生长更好，可考虑在教具内部位于所述微型人工湿地单元的顶部的位置设置光源(例如，日光灯)，用于为人工湿地单元内生长的植物提供光照。
考虑到本发明教具产品的便捷度与可持续使用性，可以生产出若干所述微型人工湿地单元(微型人工湿地生态系统)做为本发明教具的耗材配件，与本发明的教具主体结构配合使用，便于在单个微型湿地单元发生堵塞或湿地植物活力不足、甚至死亡的情况下可更换湿地单元。
由于本发明的教具的展示板为透明，而本发明教具的净化模块，尤其是净化模块的微型人工湿地生态系统的容器侧壁均为透明，便于观察，因此本发明教具的净化模块中的微型人工湿地生态系统能全面、直观地展示湿地净水功能和过程，湿地基质颗粒对污水过滤、净化的细节，并同时反映湿地植物的生长、根系情况，将湿地植物与湿地系统净化污水的物理、化学、生物过程完全展示出来。为了将教具中上游被颜料盒污染的污水进一步净化过滤干净，在净化模块的微型人工湿地生态系统下游安装有活性炭滤芯。
在另一些实施例中，所述功能板1的湿地净水模拟循环系统11还包括：分别设置在污水管路113和净水管路115上的出水孔1131、1151；
优选地，所述功能板的侧壁上开设有出水口11311、11511，所述出水口11311、11511通过管道与所述出水孔1131、1151相连通；
进一步优选地，所述出水口11311、11511上设置有伸出所述功能板侧壁的水龙头。
在具体的实施例中，所述功能板1内部还设置有为湿地净水模拟循环系统提供能量来源的能源系统12；所述能源系统12包括电源连接口121和开关122；
优选地，所述能源系统12还包括可与电源连接的蓄电池仓123，用于安装蓄电池并转化储存能量。
在一些实施例中，所述功能板1顶部设置有可与注水模块相连通的注水口117；
优选地，所述注水口117上设置有控制水阀(图中未示出)；
进一步优选地，所述控制水阀顶部设置有可拆卸的加水量器(图中未示出)；优选地，所述加水量器上设置有刻度。
优选地，所述功能板1的湿地净水模拟循环系统11的各模块部件为嵌入式设置在所述功能板1上与展示板2相接处的侧壁内。
在另一些实施例中，所述功能板1上在于污染模块112、净化模块114相对应的位置开设有开口(图中未示出)，用于取出所述污染模块112和净化模块114；
具体地，所述功能板与展示板二者的连接固定方式可选自固定连接或可拆卸连接；具体地，所述固定连接可以是粘合、卡合、螺纹连接等方式连接；可拆卸连接可以选自：卡箍、卡扣、螺栓、螺钉等可拆卸连接部件将功能板和展示板紧固在一起。
优选地，所述开口开设在所述功能板1的正后方。
在优选的实施例中，所述展示板2顶部设置有LED灯27；
在更优选的实施例中，所述展示板2由透明材料制成。
在具体的实施例中，所述教具的尺寸、大小可根据实际需要调整，可以考虑便携，设置成方便携带的大小，也可以为了更为清楚地展示湿地净水效果，将尺寸做得稍大。
第2组实施例、本发明用于展示湿地净化水质的方法
本组实施例提供一种用于展示湿地净化水质的方法。本组所有的实施例都具备如下共同特征：所述方法包括：采用第1组实施例任一所述教具，使湿地净水模拟循环系统运转以展示湿地净化水质的过程；
优选地，所述方法还包括：打开出水口处的水龙头对污水管路和净水管路中的水进行取样，以对比净化效果。
本发明最具体的一个实施例提供一种科普教学用湿地水质净化展示教具，包括展示界面(展示板)2和辅助功能板(功能板)1，展示界面(展示板)2包含与所述功能板1上的注水模块位置对应的图文21(相当于水源)、与污染模块位置对应的图文22(相当于现实生活中的生活生产部门)、与净化模块位置对应的图文24(相当于湿地)、与污水管路位置对应的图文23、与净水管路位置相对应的图文25和辅助观察部件26。展示界面顶端设置LED灯27，展示界面前方覆盖全透明材质。辅助功能板(功能板)1上设置开关122，注水口117，出水口11311、11511。注水口117对应高位布置水箱(注水模块)111(模拟现实中的水源)。水箱(注水模块)111里的水依靠重力流入颜料盒(污染模块)112(模拟现实中的生产生活部门)，并通过污水管路113进入到净化模块(活性碳滤芯)114，通过潜水泵(动力模块)116将净化后的水泵回水箱(注水模块)111。辅助功能板1同时配备蓄电池箱123，用来提供备用能源。在辅助功能板1的两侧安装水龙头11311、11511，用来取水样对比净化效果。
本发明的各个功能模块皆可采用采用市售器件。
以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种用于展示湿地净化水质的便携式教具，其特征在于，包括展示板和功能板；
所述功能板上设置有湿地净水模拟循环系统；所述湿地净水模拟循环系统包括依次连接的用于模拟水源的注水模块，用于模拟生活生产区域的污染模块，用于模拟污染水路的污水管路，用于模拟湿地并净化污水的净化模块；用于模拟净化水路的净水管路，以及用于为所述湿地净水模拟循环系统提供循环动力的动力模块，所述动力模块与所述注水模块相连形成所述湿地净水模拟循环系统；所述展示板上设置有分别与所述功能板上的注水模块、污染模块、净化模块、污水管路、净水管路位置相对应的图文；所述一种用于展示湿地净化水质的教具为演示用教具和实习操作用教具合二为一的教具；所述净化模块包括活性炭滤芯和微型人工湿地生态系统；活性炭滤芯连接在所述微型人工湿地生态系统的下游；
所述微型人工湿地生态系统包括若干层湿地基质以及种植在湿地基质中的湿地植物；
所述若干层湿地基质按基质孔隙率由大到小从上至下排列和/或由上游向下游方向依次排列；
所述微型人工湿地生态系统的底部或位于下游方向的侧壁设有湿地排水口；所述湿地排水口可通过管道或直接与所述活性炭滤芯的入口相连；
所述注水模块的设置位置高于所述污染模块；所述功能板的湿地净水模拟循环系统还包括：分别设置在污水管路和净水管路上的出水孔；
所述展示板设置在所述功能板的正前方，且展示板部分或全部区域可透过看到所述功能板上的湿地净水模拟循环系统；所述功能板的侧壁上开设有出水口，所述出水口通过管道与所述出水孔相连通；
所述出水口上设置有伸出所述功能板侧壁的水龙头；打开出水口处的水龙头对污水管路和净水管路中的水进行取样，以对比净化效果。
2.根据权利要求1所述的便携式教具，其特征在于，
所述污染模块为连接在所述水箱下游的颜料盒；
所述动力模块为微型潜水泵；
所述注水模块为水箱。
3.根据权利要求1所述的便携式教具，其特征在于，所述展示板上在与所述功能板上的注水模块、污染模块、净化模块、污水管路、净水管路位置相对应的图文区域内设置有便于阅读图文内容及观察净水细节的辅助观察部件。
4.根据权利要求3所述的便携式教具，其特征在于，所述辅助观察部件包括固定机构、伸缩机构和放大镜。
5.根据权利要求4所述的便携式教具，其特征在于，所述固定机构为固定在各相应图文区域内的底座，所述底座顶部设有万向轴；所述伸缩机构为一端与万向轴连接的伸缩杆；伸缩杆的另一端连接有放大镜。
6.根据权利要求1或3所述的便携式教具，其特征在于，所述功能板上还设置有为湿地净水模拟循环系统提供能量来源的能源系统；所述能源系统包括电源连接口和开关。
7.根据权利要求6所述的便携式教具，其特征在于，所述能源系统还包括可与电源连接的蓄电池仓，用于安装蓄电池并转化储存能量。
8.根据权利要求1或3所述的便携式教具，其特征在于，所述功能板顶部设置有可与注水模块相连通的注水口。
9.根据权利要求8所述的便携式教具，其特征在于，所述注水口上设置有控制水阀。
10.根据权利要求8所述的便携式教具，其特征在于，所述注水口上设置有可拆卸的加水量器。
11.根据权利要求10所述的便携式教具，其特征在于，所述加水量器上设置有刻度。
12.根据权利要求1所述的便携式教具，其特征在于，所述功能板的湿地净水模拟循环系统的各模块部件为嵌入式设置在所述功能板上与展示板相接处的侧壁内。
13.根据权利要求3所述的便携式教具，其特征在于，所述功能板的湿地净水模拟循环系统的各模块部件为嵌入式设置在所述功能板上与展示板相接处的侧壁内。
14.根据权利要求1、3、12、13任一所述的便携式教具，其特征在于，所述功能板上在于污染模块、净化模块相对应的位置开设有开口，用于取出所述污染模块和净化模块。
15.根据权利要求14所述的便携式教具，其特征在于，所述开口开设在所述功能板的侧壁或正后方。
16.根据权利要求1、3、12、13任一所述的便携式教具，其特征在于，所述展示板顶部设置有LED灯。
17.根据权利要求1、3、12、13任一所述的便携式教具，其特征在于，所述展示板由透明材料制成。
18.一种用于展示湿地净化水质的方法，其特征在于，包括：采用权利要求1-17任一所述便携式教具，使湿地净水模拟循环系统运转以展示湿地净化水质的过程。
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