第二十四課 科學擂臺（二）教學目標科學知識1.能結合具體的任務說出編程的過程和方法。2.能對自己和他人制作的交通信號燈模型說出改進的建議或方法。3.能說出對自己的作品進行調整和測試的方法。科學探究1.能利用編程的方法解決交通信號燈智能控制的問題。2.能設計控制交通信號燈亮與滅的時間流程圖。3.能對自己或他人制作的智能信號燈模型提出改進建議,并吸取他人的優點改進自己的信號燈模型。4.能對自己制作智能交通信號燈模型的方法和結果進行反思,作出自我評價。科學態度1.能對交通信號燈智能化控制感興趣。2 能與小組同學分工合作完成改進交通信號燈模型的任務。科學、技術、社會與環境(STSE)能意識到人工智能促進了交通信號燈技術的發展。教學準備教師準備智能交通信號燈模型插件、組裝工具、電腦、圖形化編程軟件等。學生準備科學學生活動手冊、筆等。教學建議課時安排:建議安排 2 課時。第一課時完成“改進”中的提出改進意向、實現自動控制和程序 1。第二課時完成“改進”中的程序2、“測試”和“成果”。第一課時(一)明確任務1.引導:同學們,上節課我們完成了簡易交通信號燈模型的設計和制作,并可以通過開關手動控制交通信號燈模型的亮和滅。下面我們觀看學校附近十字路口的人、車通行情況的視頻,試著提出改進智能控制開關的方法。2.出示:十字路口的人、車通行情況視頻。學生觀看視頻,找出存在的問題,提出對智能控制開關改進的方法,并填寫在科學學生活動手冊第30頁中。3.引導:我們針對路口交通信號燈存在的問題,提出了自己的改進方法。下面我們制作一個可以自動控制的智能交通信號燈模型,來體現我們改進的方法(二)組裝模型1.布置任務:我們利用可編程交通信號燈模型插件來完成路口單一方向智能信號燈模型的搭建。2.講解:組裝工具和智能信號燈插件,并介紹組裝方法和與電腦連接的步驟。(1)組裝支架。(2)組裝信號燈。(3)用杜邦線(導線)連接單片機和 LED 信號燈。(4)安裝電池,用 USB 數據線與電腦連接。(5)打開編程軟件,準備進行編程。3.組裝:學生分組組裝交通信號燈模型。教師巡回指導,提示學生正確連接 LED 燈與單片機的方法。(三)繪制流程1.講述:一般路口的某一個信號燈亮與滅的順序:綠燈亮 25 秒,黃燈亮 3 秒,紅燈亮 28 秒,綠燈亮 25 秒重復此順序,我們可以根據此現象繪制出流程圖。2.講解:流程圖各圖形、符號的功能。3.繪制:學生繪制實現單一的方向交通信號燈亮與滅自動控制的流程圖,并記錄在科學學生活動手冊第 30 頁中。(四)編程上載1.講解:根據流程圖在電腦上編寫程序的方法。2.提示:端口 1 對應綠色 LED 燈;端口 2 對應黃色 LED 燈;端口 3 對應紅色 LED 燈3.編程:學生分組在電腦上編程。教師巡回指導。4.上載:學生把電腦上編好的程序上載至單片機中 ,連接電源,檢查線路,打開電源開關測試信號燈是否能正常工作。學生與教師共同總結成功的經驗或失敗的原因。(五)實踐應用1.講述:根據我們編寫的路口單一方向的交通信號燈自動控制程序,請你設計同一路口兩個方向的交通信號燈自動控制程序。也就是當一個方向綠燈亮起時,另外一個方向紅燈同時亮起。2.設計:學生設計多方向交通信號燈模型自動控制程序。教師指導學生上載至單片機。3.測試:學生測試運行程序的結果,并交流展示成果。第二課時(一)明確任務1.引導:上節課我們編寫了交通信號燈模型自動控制的程序,實現了使我們的交通信號燈模型從手動控制到自動控制的轉變。接下來,我們要利用開源硬件控制板的強大智能運算與判斷能力來實現從自動控制到智能控制的轉變。2.講解:(出示紅外線檢測元件)我們可以在路口的后方一定距離處放置紅外線檢測器件 ,讓單片機判斷哪一個路口紅外線有感應,就可以讓該路口的綠燈時間延長 20 秒,以達到緩解堵車情況的作用。(二)設計編程1.講解:流程圖中的判斷圖形。2.繪制:學生根據要求,設計根據機動車流量智能控制交通信號燈亮與滅的流程圖 ,并繪制在科學學生活動手冊第30 頁中。3.講解:程序中用到了條件判斷語句“如果那”以及邏輯“且要求滿足紅外線傳感器 1有感應同時紅外線傳感器2 無感應時則執行下面的程序如果不滿足則跳過。此段程序中應當包括四個“如果那么句,條件包括:兩個傳感器都有感應;兩個傳感器都無感應;傳感器 1 有感應,傳感器 2 無感應;傳感器 1 無感應,傳感器 2 有感應。每一個“如果那么”句后執行相應的兩個方向交通信號燈的延時語句。4.編程:學生根據編程要求和方法,自主在電腦上編程。教師巡回指導。(三)測試結果1.引導:同學們,我們已經分別制作了可自動控制和智能控制的交通信號燈模型。具體效果怎么樣,我們將用玩具小車代替車流來測試一下。2.測試:學生以小組為單位進行活動,分別測試不同的交通信號燈模型的效果(四)實踐應用1.講述:我們已經完成了智能控制交通信號燈模型的設計、制作、編程、測試任務。同學們可以調研學校附近十字路口的交通信號燈的時間變化規律,觀察不同時段的車流人流情況,根據調研情況來編寫合適的自動控制程序,并制成模型,形成報告,提交給相關部門。2.學生課下調研路口交通情況,獨立思考,形成作品模型和報告。3.交流:與小組同學交流自己的活動體會,并進行相互評價。(五)拓展延伸講述:我們已經實現了使交通信號燈模型從手動控制到自動控制,再從自動控制到智能控制的轉變。如果我們能在此基礎上加上行人闖紅燈時的報警功能,就能使我們的交通信號燈模型更加完善。有興趣的同學可以在課下完成并記錄在科學學生活動手冊第31 頁中,也可以自己編寫程序上載至單片機