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(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