1、第二十四课 科学擂台（二） 教学目标 科学知识 1.能结合具体的任务说出编程的过程和方法。 2.能对自己和他人制作的交通信号灯模型说出改进的建议或方法。 3.能说出对自己的作品进行调整和测试的方法。 科学探究 1.能利用编程的方法解决交通信号灯智能控制的问题。 2.能设计控制交通信号灯亮与灭的时间流程图。 3.能对自己或他人制作的智能信号灯模型提出改进建议,并吸取他人的优点改进 自己的信号灯模型。 4.能对自己制作智能交通信号灯模型的方法和结果进行反思,作出自我评价。 科学态度 1.能对交通信号灯智能化控制感兴趣。 2 能与小组同学分工合作完成改进交通信号灯模型的任务。 科学、技术、社会与环境
2、(STSE) 能意识到人工智能促进了交通信号灯技术的发展。 教学准备 教师准备 智能交通信号灯模型插件、组装工具、电脑、图形化编程软件等。 学生准备 科学学生活动手册 、笔等。 教学建议 课时安排:建议安排 2 课时。第一课时完成“改进”中的提出改进意向、实现自 动控制和程序 1。第二课时完成“改进”中的程序 2、 “测试”和“成果” 。 第一课时 (一)明确任务 1.引导:同学们,上节课我们完成了简易交通信号灯模型的设计和制作,并可以通过 开关手动控制交通信号灯模型的亮和灭。下面我们观看学校附近十字路口的人、 车通行情况的视频,试着提出改进智能控制开关的方法。 2.出示:十字路口的人、车通行
3、情况视频。学生观看视频,找出存在的问题,提出对 智能控制开关改进的方法,并填写在科学学生活动手册第 30 页中。 3.引导:我们针对路口交通信号灯存在的问题,提出了自己的改进方法。下面我们 制作一个可以自动控制的智能交通信号灯模型,来体现我们改进的方法 (二)组装模型 1.布置任务:我们利用可编程交通信号灯模型插件来完成路口单一方向智能信号 灯模型的搭建。 2.讲解:组装工具和智能信号灯插件,并介绍组装方法和与电脑连接的步骤。 (1)组装支架。 (2)组装信号灯。 (3)用杜邦线(导线)连接单片机和 LED 信号灯。 (4)安装电池,用 USB 数据线与电脑连接。 (5)打开编程软件,准备进行
4、编程。 3.组装:学生分组组装交通信号灯模型。教师巡回指导,提示学生正确连接 LED 灯 与单片机的方法。 (三)绘制流程 1.讲述:一般路口的某一个信号灯亮与灭的顺序:绿灯亮 25 秒,黄灯亮 3 秒,红灯 亮 28 秒,绿灯亮 25 秒重复此顺序,我们可以根据此现象绘制出流程图。 2.讲解:流程图各图形、符号的功能。 3.绘制:学生绘制实现单一的方向交通信号灯亮与灭自动控制的流程图,并记录在 科学学生活动手册第 30 页中。 (四)编程上载 1.讲解:根据流程图在电脑上编写程序的方法。 2.提示:端口 1 对应绿色 LED 灯;端口 2 对应黄色 LED 灯;端口 3 对应红色 LED 灯
5、 3.编程:学生分组在电脑上编程。教师巡回指导。 4.上载:学生把电脑上编好的程序上载至单片机中 ,连接电源,检查线路,打开电源 开关测试信号灯是否能正常工作。学生与教师共同总结成功的经验或失败的原 因。 (五)实践应用 1.讲述:根据我们编写的路口单一方向的交通信号灯自动控制程序,请你设计同一 路口两个方向的交通信号灯自动控制程序。也就是当一个方向绿灯亮起时,另外 一个方向红灯同时亮起。 2.设计:学生设计多方向交通信号灯模型自动控制程序。 教师指导学生上载至单片 机。 3.测试:学生测试运行程序的结果,并交流展示成果。 第二课时 (一)明确任务 1.引导:上节课我们编写了交通信号灯模型自动
6、控制的程序,实现了使我们的交通 信号灯模型从手动控制到自动控制的转变。接下来,我们要利用开源硬件控制板 的强大智能运算与判断能力来实现从自动控制到智能控制的转变。 2.讲解:(出示红外线检测元件)我们可以在路口的后方一定距离处放置红外线检 测器件 ,让单片机判断哪一个路口红外线有感应,就可以让该路口的绿灯时间延 长 20 秒,以达到缓解堵车情况的作用。 (二)设计编程 1.讲解:流程图中的判断图形。 2.绘制:学生根据要求,设计根据机动车流量智能控制交通信号灯亮与灭的流程 图 ,并绘制在科学学生活动手册第 30 页中。 3.讲解:程序中用到了条件判断语句“如果那”以及逻辑“且要求满足红外线 传
7、感器 1 有感应同时红外线传感器 2 无感应时则执行下面的程序如果不满足则 跳过。此段程序中应当包括四个“如果那么句,条件包括:两个传感器都有感应; 两个传感器都无感应;传感器 1 有感应,传感器 2 无感应;传感器 1 无感应,传感 器 2 有感应。每一个“如果那么”句后执行相应的两个方向交通信号灯的延 时语句。 4.编程:学生根据编程要求和方法,自主在电脑上编程。教师巡回指导。 (三)测试结果 1.引导:同学们,我们已经分别制作了可自动控制和智能控制的交通信号灯模型。 具体效果怎么样,我们将用玩具小车代替车流来测试一下。 2.测试:学生以小组为单位进行活动,分别测试不同的交通信号灯模型的效
8、果 (四)实践应用 1.讲述:我们已经完成了智能控制交通信号灯模型的设计、 制作、 编程、 测试任务。 同学们可以调研学校附近十字路口的交通信号灯的时间变化规律,观察不同时段 的车流人流情况,根据调研情况来编写合适的自动控制程序,并制成模型,形成报 告,提交给相关部门。 2.学生课下调研路口交通情况,独立思考,形成作品模型和报告。 3.交流:与小组同学交流自己的活动体会,并进行相互评价。 (五)拓展延伸 讲述:我们已经实现了使交通信号灯模型从手动控制到自动控制,再从自动控制到 智能控制的转变。如果我们能在此基础上加上行人闯红灯时的报警功能,就能使 我们的交通信号灯模型更加完善。有兴趣的同学可以在课下完成并记录在科学 学生活动手册第 31 页中,也可以自己编写程序上载至单片机。
