مختبر أرضي تعليمي يضم حدائق للملقحات، وبيوت للطيور، ومساحة لزراعة الخضراوات ضمن بيئة حضرية.
المختبر الأرضي هو مساحة من الأرض مخصصة لإجراء الدراسات البيولوجية . وبالتالي، فهو مختبر خارجي قائم على مساحة من الأرض.
قد تكون الدراسات ابتدائية أو متقدمة. على سبيل المثال، قد يُطلب من الطلاب ببساطة تحديد جميع أنواع الأشجار في مختبر أرضي، أو قد يقوم طالب متقدم بإجراء مسح مكثف لأشكال الحياة الميكروبية الموجودة في عينة من التربة .
يُعدّ التعلّم العملي والملموس والقائم على المشاريع جانبًا أساسيًا من مختبرات الأرض في السياق التعليمي. ويمكن إنشاء هذه المختبرات في أي مكان يتيح الوصول إلى الهواء الطلق: في الجامعات، والأحياء السكنية، والمناطق شبه الحضرية ، والمناطق الحضرية، أو حتى في فناء صغير . ويكمن المبدأ الأساسي وراء تعليم مختبرات الأرض في الخروج إلى الطبيعة والتفاعل المباشر مع العالم الخارجي.
تُقسّم المختبرات الأرضية عادةً إلى قطع أو مسارات لإجراء الدراسات. قد تكون القطعة بأي حجم، وعادةً ما تُقاس بالمتر المربع. يتيح ذلك إجراء دراسات أكثر تركيزًا وتحديدًا للتغيرات وحصر الكائنات الحية . أما المسارات فهي خطوط مستقيمة تُؤخذ عندها قياسات على فترات منتظمة لرسم صورة للمجتمع البيئي .
توفر أكياس الزراعة بيئة زراعية مرنة ومتنقلة للمختبرات الأرضية. وينمو السلق والكرنب في هذه الأكياس.
تؤدي المختبرات الأرضية دورًا مهمًا في منح الطلاب إمكانية الوصول إلى بيئة طبيعية لمراقبة النباتات والحيوانات البرية المحلية، وتطبيق مفاهيم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات من خلال مشاريع عملية، وبناء فهم أفضل لمدى أهمية التنوع البيولوجي للصحة البيئية.
تشمل المشاريع التعليمية الشائعة التي تُجرى في مختبرات الأراضي عادةً ما يلي:
مسح أنواع الملقحات في حدائق الملقحات أو في النباتات المحلية
تُعدّ الدجاجات التي تُربى في المراعي المفتوحة جزءًا هامًا من النظام البيئي لمختبر الأراضي المحلي. تتغذى هذه الدجاجات على الحشرات والخضراوات والحبوب، وتنتج البيض والسماد العضوي، الذي يُستخدم كسماد للحدائق.إعادة الأراضي الزراعية القديمة إلى مناظرها الطبيعية الأصلية مثل: الأراضي الرطبة ، أو البراري، أو الغابات
تحويل الكتلة الحيوية إلى سماد لإعادة بناء تربة صحية
صيانة خلايا النحل أو غيرها من موائل الملقحات مثل العث والنحل الأرضي وغيرها من الملقحات
تصميم مسارات وممرات ذات تأثير منخفض ليتمكن الزوار من استكشاف المختبر الأرضي
دراسة احتياجات الإنسان والاستدامة في مختبرات الأراضي
تُستخدم أسطوانات السماد العضوي لإنتاج سماد عضوي غني ونظيف، مما يُسهم في استدامة الحدائق. يتم خلط مخلفات الطعام، وبقايا الخضراوات، وقصاصات العشب، والكرتون، والفحم الحيوي، وأوراق الشجر، وغيرها من المواد العضوية. تحتوي هذه المواد على مستويات متفاوتة من الكربون والنيتروجين اللازمين لإنتاج السماد. تقوم الكائنات الدقيقة والحشرات بتحليل هذه المواد وتحويلها إلى مُحسّن تربة غني يُساعد على تخصيب النباتات بشكل مستدام.
يُعدّ تعلّم إنتاج الغذاء والألياف والطاقة بطرق مستدامة فرصةً هائلةً للطلاب من جميع الأعمار في مختبرات الأراضي. إذ يُمكن للطلاب استكشاف طاقة الكتلة الحيوية، ووقود الغاز الحيوي، والطاقة الشمسية، والزراعة المستدامة ، والتسميد، والبستنة العضوية، والعديد من جوانب الاستدامة الأخرى من خلال هذه المختبرات.
من خلال تصميم أنظمة تحاكي العمليات الطبيعية ( المحاكاة الحيوية )، نستطيع إنتاج الغذاء والألياف والطاقة بطرق أكثر استدامة للمجتمعات المحلية. تتعدد الفوائد البيئية والاقتصادية لزراعة الغذاء وإنتاج الطاقة محلياً. تتميز هذه الأنظمة المستوحاة من المحاكاة الحيوية بطبيعتها الدائرية، حيث لا يُهدر شيء، إذ تُصبح مخرجات نظام دائري مدخلات لنظام آخر.
الأنظمة الدائرية في المختبرات الأرضية
تُعدّ تجارب الأنظمة الدائرية ، التي تُعزز الاقتصاد الدائري ، مناسبة تمامًا للمختبرات التعليمية للأراضي. وتعمل هذه الأنظمة من خلال ضمان عدم إهدار أي شيء، حيث يُصبح كل مُخرَج لنظام ما مُدخلًا لنظام آخر.
على سبيل المثال: بقايا الطعام تُستخدم لإطعام الدجاج، وروث الدجاج يُستخدم لتسميد الحديقة، وتنمو في الحديقة المزيد من الخضراوات، ثم تتوفر بقايا الطعام من الخضراوات لإطعام الدجاج.
يستقبل جهاز هضم الميثان مخلفات الطعام والماء والسماد العضوي وأنواعًا أخرى من الكتلة الحيوية. تقوم بكتيريا الميثان الموجودة في الماء باستهلاك العناصر الغذائية في المخلفات العضوية، مما يؤدي إلى انطلاق غاز الميثان. يُجمع غاز الميثان ويُخزن ويُضغط، ثم يُستخدم لتشغيل موقد غاز للطهي. وينتج عن هذه العملية سماد سائل كمنتج ثانوي. يُعد هذا مثالًا رائعًا للطاقة المستدامة والمحلية.
تشمل الأنظمة الدائرية المناسبة للمختبرات الأرضية ما يلي:
تساعد المختبرات الأرضية في تكوين نظام بيئي ملائم للتعلم القائم على المشاريع على المدى الطويل . ويمكن للطلاب والمعلمين وأفراد المجتمع المشاركة في أنشطة متعددة التخصصات تتراوح بين استصلاح الأراضي وتربية الحيوانات والبستنة وتحليل الطقس ودراسات الفنون في الهواء الطلق.
توفر الألواح الشمسية الكهروضوئية كهرباء نظيفة لهذا المختبر الأرضي. ويُعدّ استخدام الطاقة المحلية لتشغيل أدوات الحديقة وأجهزة الاستشعار والكاميرات ومضخات المياه مثالاً رائعاً على الطاقة المستدامة للطلاب.
يُعدّ السياق متعدد التخصصات داخل مختبر الأرض مثاليًا للتعليم المتكامل بين المناهج الدراسية. ويمكن ربط التخصصات والمواضيع التالية بأنشطة مختبر الأرض بطريقة متكاملة:
علم البيئة - دراسات الطبيعة، وزيادة التنوع البيولوجي، ودراسة دورة المياه
علم الأحياء - البستنة، مشاريع العلوم الزراعية، علم النبات
دراسات المناخ - رصد الأحوال الجوية، تسجيل الأحوال الجوية
دراسات التاريخ والثقافة - ثقافة الطعام المحلية، تاريخ الزراعة، الموارد الطبيعية
فنون الطهي - طهي منتجات الحديقة باستخدام طاقة نظيفة مثل الكتلة الحيوية أو الغاز الحيوي أو الطاقة الشمسية
يُعدّ هذا المنزل الصغير المتنقل مثالاً جيداً على المساكن المستدامة. فهو مبنيّ من خشب السرو المنتج محلياً، ويمنح الطلاب فكرة عن شكل النظام المعيشي المتكامل مع الطاقة الشمسية، وجمع مياه الأمطار، والمرافق المستدامة.الفنون متعددة الوسائط - تصميم مناظر طبيعية للملقحات، بيوت الطيور، بيوت الخفافيش ، جداريات
الرسم - دراسات الطبيعة، الجداريات
أواني فخارية - أواني ري، أواني نباتات
أعمال النجارة - بيوت الملقحات، حظيرة الدجاج
أهداف ونتائج تجارب التعليم في المختبرات الأرضية
تُربى يرقات ذبابة الجندي الأسود في هذه الحاوية. وعندما تنضج، تتسلق اليرقات وتسقط في دلو الحصاد. تُعدّ يرقات ذبابة الجندي الأسود مصدرًا غنيًا بالبروتين والدهون للدجاج والأسماك والطيور البرية. ويمكن إطعامها ببقايا القهوة، ومخلفات الطعام، وحتى السماد. تُعتبر يرقات ذبابة الجندي الأسود مصدرًا مستدامًا لتغذية الحشرات.
تُعدّ المختبرات الأرضية مشاريع تعليمية مستمرة قد تمتد لسنوات أو عقود أو أكثر. ومن الأهداف الشائعة في المختبرات الأرضية ما يلي:
إلهام الشباب للاهتمام بالتنوع البيولوجي والزراعة والطبيعة
بناء مهارات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات العملية والواقعية للطلاب والبالغين
بناء مجتمعات قوية حول مشاريع خارجية فريدة في الطبيعة
تثقيف الناس حول فوائد البستنة ومتعها البسيطة
ينمو البصل الأخضر والثوم في هذه الأحواض المعدنية المرتفعة. تُعدّ الأحواض المرتفعة إضافة رائعة للمختبرات الزراعية، إذ تجعل الزراعة في متناول جميع الأعمار.
مساحات وأحجام مختبرات الأراضي
يمكن تصميم المختبرات الأرضية بأشكال وأحجام متنوعة. وتتمثل السمات الرئيسية للمختبر الأرضي عادةً فيما يلي:
إنشاء منطقة تعليمية خارجية مخصصة للدراسات متعددة التخصصات في بيئة العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات
التركيز على زيادة التنوع البيولوجي واستعادة السمات البيئية المحلية
تثقيف الناس حول تلبية الاحتياجات الإنسانية بشكل مستدام من خلال الزراعة وإنتاج الطاقة والمأوى والصرف الصحي
تساعد الكاميرات وأجهزة الاستشعار البيئية الطلاب والمعلمين على مراقبة ظروف المختبرات الزراعية في الوقت الفعلي. يلتقط هذا المستشعر صورًا للنباتات النامية، ويسجل مستويات الرطوبة ودرجة الحرارة ورطوبة التربة والإضاءة.يمكن إنتاج الأسمدة العضوية السائلة بإضافة الكتلة الحيوية الخضراء إلى خزانات المياه، ثم إضافة سماد الأوراق، والسماح بحدوث التخمر اللاهوائي والتحلل. تقوم الكائنات الدقيقة بتحليل العناصر الغذائية الموجودة في الكتلة الحيوية، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لتسميد نباتات الحديقة.
قد يكون المختبر الأرضي الصغير مجرد فناء أو حديقة شرفة أو رقعة أرض مخصصة خارج نافذة فصل دراسي. في المقابل، قد يمتد المختبر الأرضي الأكبر على مئات الأفدنة. ويتراوح الحجم الأمثل لمساحة مختبر أرضي مرنة، تسمح بالعديد من الأنشطة البيئية المختلفة والأنظمة الدائرية، بين ربع فدان وخمسة أفدنة.
حلول مجتمعية مستدامة نابعة من مختبرات الأراضي
تُعدّ مختبرات الأرض بيئات واقعية بحكم تصميمها. وتشجع البيئة القائمة على المشاريع الطلاب والمعلمين وأفراد المجتمع على تجربة حلول بيئية يمكن تطبيقها على نطاق صغير.
من الناحية المثالية، تُنقل الحلول والأنظمة المُطبقة في المختبرات الزراعية إلى المجتمع المحيط بها. ويمكن تطبيق التسميد، وتجميع مياه الأمطار، وإعادة تدوير مخلفات الطعام باستخدام مُفاعلات الميثان وتقنية التخمير الحيوي ، وإنتاج الغذاء المحلي، وتسخير الطاقة الشمسية، وغيرها من أنظمة المختبرات الزراعية، في جميع أنحاء المجتمع على نطاقات مختلفة: المناطق السكنية، والمدارس، والحدائق المجتمعية، والشركات المحلية.
يهدف مختبر الأرض إلى تمكين الطلاب من تطوير وتنفيذ والتعرف على حلول عملية ومستدامة لتلبية الاحتياجات الفسيولوجية الأساسية الخمسة التي يمتلكها جميع البشر:
تعاني أنظمتنا الصناعية لتوفير الغذاء والماء والطاقة والمأوى والصرف الصحي من نقاط ضعف متأصلة في نماذجها المركزية. فسلاسل التوريد الطويلة، والاعتماد على الوقود الأحفوري، والتدهور البيئي، وتشتت إنتاج السلع، كلها سمات شائعة في النماذج الصناعية. وتعمل مختبرات الأراضي على ربط هذه الاحتياجات الإنسانية الأساسية الخمس في أنظمة متكاملة.
الزراعة المستدامة هي مفهوم يدمج هذه الاحتياجات الإنسانية في أنظمة محلية وبيئية تتناسب مع احتياجات الإنسان. ويمكن اعتبار مختبرات الأرض بمثابة منطقة تعليمية لتشجيع الحلول الإبداعية لتلبية هذه الاحتياجات، مع ضمان استعادة الأرض والبيئة المحلية في هذه العملية.
توفر المختبرات الأرضية للطلاب تجارب واقعية تساعدهم على تغيير سلوكهم كمستهلكين، وتجعلهم أكثر انخراطاً في تلبية احتياجاتهم الفسيولوجية الخمس.
تركز المختبرات الأرضية على الإنتاج بدلاً من الاستهلاك فقط. تجعل ثقافة الاستهلاك الغربية تلبية احتياجاتنا الفسيولوجية الأساسية الخمس أمراً مجرداً وبعيداً كل البعد عن الحياة اليومية لمعظم الناس.
عندما يتم تجريد هذه الاحتياجات الأساسية الخمسة من المستهلكين، يصبح من الأسهل على الأنظمة الأساسية التي توفر هذه الاحتياجات أن تعمل دون إشراف لضمان أنها أخلاقية ومستدامة.
فوائد الصحة النفسية للطلاب عند قضاء وقتهم في الهواء الطلق
يُنتج الفحم الحيوي (الفحم النباتي) في هذا المفاعل ذي البرميل المزدوج. توضع قطع من الكتلة الحيوية الخشبية داخل برميل داخلي، ثم توضع مادة خام لتسخين الكتلة الحيوية حول البرميل الداخلي، وبعد ذلك تُشعل المادة الخام. هذا يحول الكتلة الحيوية الخشبية إلى كربون نقي تقريبًا. يُستخدم الفحم الحيوي الكربوني بعد ذلك لتحسين السماد العضوي. يعمل هذا على عزل الكربون، ويوفر بيئة مناسبة لمزيد من الكائنات الحية الدقيقة في التربة. تستطيع بعض وحدات الفحم الحيوي المتطورة التقاط الحرارة لتدفئة المنازل والماء والهواء، بل وحتى توليد الكهرباء بمساعدة محرك ستيرلينغ.
في عالمنا الرقمي اليوم، يقضي العديد من الطلاب أوقاتاً طويلة أمام الشاشات في المنزل والمدرسة على حد سواء. وتوجد قيود جوهرية على التعلم القائم على المشاريع الذي يتم بالكامل خلف الشاشة أو داخل الفصل الدراسي.
تساعد المختبرات الأرضية الطلاب على الخروج من البيئة الرقمية من خلال توفير وقت ثمين في الهواء الطلق. وقد أظهرت الدراسات أنه مع ازدياد شعبية وسائل التواصل الاجتماعي بشكل كبير، ارتفعت معدلات الاكتئاب والاضطرابات النفسية بشكل ملحوظ بين الطلاب. [ 1 ]
كما تُظهر الدراسات أن الصحة النفسية للطلاب تستفيد بشكل كبير من التواجد في الهواء الطلق والمشاركة في مشاريع عملية ذات نتائج هادفة. [ 2 ]
تُستخدم النفايات في المختبرات الأرضية
يتم تجميع مياه الأمطار من سطح منزل صغير ثم تحويلها إلى خزانين سعة كل منهما 275 جالونًا. هذه طريقة اقتصادية لتجميع المياه لاستخدامها في الحدائق والماشية وغيرها من تطبيقات المختبرات الزراعية.
يمكن استخدام أنواع متعددة من تيارات "النفايات" المحلية، والتي يمكن الحصول عليها في كثير من الأحيان مجاناً، لتزويد مختبر الأرض بالمواد الخام اللازمة لبناء التربة، وتوليد الطاقة، وزراعة الغذاء، واستعادة التنوع البيولوجي.
رقائق الخشب - تُستخدم في ممرات الحدائق، والتغطية، والتسميد، وإنتاج الفحم الحيوي. غالباً ما تتوفر مجاناً من شركات الأشجار المحلية أو البلديات.
قصاصات العشب - تُستخدم للسماد العضوي والغطاء النباتي. متوفرة من الجيران وفي الموقع.
الأوراق - تُستخدم في السماد العضوي والغطاء النباتي. متوفرة من الجيران وفي الموقع.
تفل القهوة - يستخدم في التسميد وإنتاج ذبابة الجندي الأسود.
المنصات الخشبية (غير المعالجة) - تستخدم لصنع أحواض مرتفعة، والفحم الحيوي، وصناديق التسميد، وغيرها من الهياكل.
حاويات IBC (صالحة للاستخدام مع المواد الغذائية) - تستخدم لتخزين مياه الأمطار والأسمدة السائلة.
دلاء سعة 5 جالونات - تستخدم لجمع نفايات الطعام، وأنواع النفايات الأخرى.
الورق الممزق - يستخدم في التسميد.
الكرتون الممزق - يستخدم في التسميد.
الصحف - تستخدم في التسميد والتغطية.
جذوع الأشجار - تُستخدم كموائل للملقحات . وهي متوفرة مجاناً من العديد من شركات الأشجار.
الأخشاب المستصلحة (غير المعالجة) - تستخدم في الأحواض المرتفعة، والفحم الحيوي، ومشاريع البناء الصغيرة.
أغطية اللوحات الإعلانية - تُستخدم لتجميع مياه الأمطار، ولتغطية الأسطح، ولتوفير الظل. وهي متوفرة مجاناً من شركات اللوحات الإعلانية.
يتضمن إنشاء مختبر أرضي بناء علاقات مع الشركات المحلية والجيران والمطاعم وأفراد المجتمع لإعادة تدوير هذه النفايات وتحويلها إلى مواد وأنظمة ضرورية داخل المختبر. لدى الكثيرين رغبة في مساعدة الطلاب الذين يبذلون جهودًا كبيرة في مشروع مجتمعي هادف. ويمكن الحصول على معظم المواد المذكورة أعلاه بتكلفة زهيدة أو مجانًا مع بناء هذه العلاقات.
