资源简介

第四课
跨学科活动：制作楼道信号灯
（湘教版）六年级
上
01
学习目标
内容总览
02
新知导入
03
探究新知
04
课堂练习
05
课堂总结
06
板书设计
学习目标
能发现楼道通行安全问题，主动借助网络搜集信号灯制作资料，意识到数字系统可解决校园生活实际问题。
01
能区分系统组成、识别系统多种运行状态；独立梳理单向、十字路口信号灯控制算法，利用循环、变量编写灯光切换程序。
02
结合硬件主控板完成楼道信号灯模拟制作，能优化设计方案，跨学科融合安全、工程知识创新信号灯模型。
03
明白规范通行的重要性，体会智能信号灯系统对公共秩序的作用，养成严谨规范的数字化项目制作习惯。
04
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
新知导入
本课中你将学习：
路口交通有多少种状态
如何通过开关控制交通信号灯
新知导入
大部分学校的楼梯都相对比较狭窄，同学们一起上下楼时比较拥挤，十分危险。你能想到可能出现的危险有哪些吗？有什么办法能够避免这些危险呢？
探究新知
环节1：想一想
追逐打闹摔倒、拥挤踩踏、被推挤跌落楼梯受伤等。
上下楼梯靠右行，不跑跳打闹，不推挤他人，排队有序通行。
在学校上下楼时可能发生哪些危险?
有哪些解决办法?
探究新知
环节1：想一想
大胆想象：可以模仿马路上的交通信号灯，设计一个校园楼道指示灯。
◎模拟交通信号灯，制作一款校园“红绿灯”。
◎安装在学校的楼梯口。
◎每隔一段时间变换一次灯光，指挥楼道里的人员通行。
需求分析
探究新知
环节2：查一查
有了解决问题的方向以后，上网查找相关资料，从以下方面详细了解该想法实施的可能性。
◎模拟制作红绿灯需要哪些材料?
◎红绿灯有多少种状态?
◎如何控制红绿灯状态的切换?
整合资料并思考，这些资料对你有什么启示?还需要查找什么资料?
探究新知
环节3：议一议
不知道从哪里着手解决问题的时候，可以先从解决简单的问题入手，然后逐步优化。让我们先从一个简单设计入手：制作一个单向红绿指示灯，红灯亮起，停止通行；绿灯亮起，允许通行。
请讨论一下单向红绿指示灯系统的实施方案。
探究新知
环节3：议一议
根据我们的思路，先画一张单向红绿指示灯系统的示意图，我们能够更清楚、更全面地描述自己的想法。
◎整个系统分为“灯光部分”和“控制部分”。
探究新知
环节3：议一议
我们可以描述单向红绿指示灯系统的控制过程和状态变化。
探究新知
环节3：议一议
◎灯光部分由两个开关分别控制“红灯”和“绿灯”的两种状态。
◎控制部分可以用计算机程序，通过控制两个开关的打开或者关闭，实现“红灯”和“绿灯”的状态切换。
◎单向红绿指示灯系统的功能输出有两种状态。状态1:红灯点亮，绿灯熄灭；状态2:红灯熄灭，绿灯点亮。
◎单向红绿指示灯系统正常工作时，应该是“状态1”和“状态2”交替，指挥通行。
探究新知
环节4：做一做
1.单向红绿指示灯系统算法
现在我们已经有了一个完整的设计，下面开始编写控制部分的程序。怎样才能通过程序控制两盏灯交替亮起，并且定时切换呢？基本算法如下：
探究新知
环节4：做一做
探究新知
环节4：做一做
在主控板环境下编写一段程序，感受红绿灯交替的运行效果，模拟单向红绿指示灯系统的功能。
如右图所示，创建状态变量state，用于存储系统状态；创建时间变量time，用于设定状态保持时间。
创建程序
探究新知
环节4：做一做
按照算法，使用主控板模拟单向红绿指示灯系统的控制程序如图：
创建程序
探究新知
环节4：做一做
模拟运行效果
探究新知
环节4：做一做
2.设计十字路口红绿指示灯系统
前面我们一起尝试设计了“单向红绿指示灯系统”，下面我们尝试在单向系统基础上拓展和延伸，最终完成十字路口红绿指示灯系统的设计。假设十字路口是东西方向与南北方向相互交叉，请将下图所示的控制示意图补充完整。
探究新知
环节4：做一做
开关 2：东西方向：绿灯 2 盏，状态 1：同时熄灭；状态 2：同时点亮
开关 3：南北方向：红灯 2 盏，状态 1：同时熄灭；状态 2：同时点亮
参考
探究新知
环节4：做一做
◎十字路口双向红绿指示灯系统需要红灯和绿灯各4盏，分别指向4个方向。
◎功能输出有两种状态。状态1:东西方向红灯点亮，绿灯熄灭；南北方向红灯熄灭，绿灯点亮。状态2:东西方向红灯熄灭，绿灯点亮；南北方向红灯点亮，绿灯熄灭。
◎“状态1”和“状态2”交替，实现十字路口指挥道路通行的功能。
我们可以描述十字路口双向红绿指示灯系统的控制过程与状态变化：
探究新知
环节4：做一做
十字路口双向红绿指示灯系统控制算法与单向红绿指示灯系统算法基本相同，只是控制灯数有所变化，请将算法补充完整。
探究新知
环节4：做一做
十字路口双向红绿指示灯系统控制算法与单向红绿指示灯系统算法基本相同，只是控制灯数有所变化，请将算法补充完整。
探究新知
环节4：做一做
状态变量为 1 时：东西方向红灯点亮，绿灯熄灭；南北方向红灯熄灭，绿灯点亮
点亮东西方向 2 盏红灯，熄灭东西方向 2 盏绿灯
熄灭南北方向 2 盏红灯，点亮南北方向 2 盏绿灯
熄灭东西方向 2 盏红灯，南北方向 2 盏绿灯
状态变量设置为2
熄灭东西方向 2 盏绿灯，南北方向 2 盏红灯
状态变量设置为1
参考
探究新知
环节4：做一做
试着按照改进后的算法，使用主控板环境模拟十字路口的双向红绿指示灯变换程序，相信同学们一定能够成功模拟出4个方向的灯光变化!
运行程序
探究新知
环节5：想一想
为了让我们的设计更加实用，一起反思一下当前的十字路口双向红绿指示灯系统有哪些优点和不足吧!
优点：变化很及时，能够按照程序设定准确变换。
其他优点：___________________________________________
不足：主控板的LED灯有点儿小，灯光提示效果较差。
其他不足：___________________________________________
探究新知
环节5：想一想
拓展项目 1：优化楼道信号灯实物模型
课内基础优点补充：程序可自由调整切换时长，适配上下楼人流；模块化设计，可增减灯光；依靠数字程序自动运行，无需人工值守。
课内基础不足补充：无黄灯过渡提示，状态切换生硬；无人体感应，无人通行时持续循环耗电；灯光仅单色，视觉警示效果弱。
优缺点梳理拓展
探究新知
环节5：想一想
拓展项目 1：优化楼道信号灯实物模型
方案 A：增加黄灯缓冲状态
在原有 2 种系统状态基础上新增黄灯过渡，完善算法：红灯结束先亮黄灯 2 秒，再切换绿灯；绿灯结束亮黄灯 2 秒，再切换红灯，绘制新系统流程图，补充多分支程序逻辑。
改良创新设计
探究新知
环节5：想一想
拓展项目 1：优化楼道信号灯实物模型
方案 B：加装人体感应输入模块
给信号灯增加人体传感器作为新输入信号，无人经过楼道时停止灯光循环、进入低功耗休眠；检测到人后自动启动红绿灯循环，完善 “感应输入 — 程序计算灯光输出” 完整系统。
改良创新设计
探究新知
环节6：评一评
在本课中我们尝试制作了楼道信号灯，请根据提示，写下自己的反思与收获!
探究新知
环节7：小结与评价
如何识别生活中的系统，区分系统的状态
系统具有“输入一计算—输出”的计算模式
系统具有多种状态
知识回顾
探究新知
环节7：小结与评价
思维导图
探究新知
环节7：小结与评价
1.学校是一个系统吗?
2.你能从家里找到系统的例子吗?
3.请判断“开关”是否是交通信号灯系统的输入。
4.从系统的角度看，交通信号灯变成绿色，车辆开始行驶，这一现象属于系统输出吗?
反思与评价
探究新知
环节7：小结与评价
在本单元学习过程中，肯定少不了与他人互动交流、参与作品制作等活动。请你就此进行总结与反思，以便更好地促进自身成长。
1.从同伴那里学到了什么?
2.向同伴分享过哪些观点?
3.工具、方法的使用是否得当?
4.所开发项目还有哪些可以优化的地方?
反思与评价
课堂练习
1.本课制作楼道信号灯系统，系统两大组成部分是（ ）
A.电源与导线
B.灯光部分、控制部分
C.主控板与LED灯
D.变量与循环
一、选择题
2.单向红绿指示灯系统共有几种工作状态（ ）
A.1种 B.2种
C.3种 D.4种
B
B
课堂练习
3.十字路口信号灯系统状态1的运行情况是（ ）
A.东西红灯亮，南北绿灯亮
B.东西绿灯亮，南北绿灯亮
C.东西红灯亮，南北红灯亮
D.东西绿灯亮，南北红灯亮
一、选择题
4.交通信号灯灯光切换属于系统的哪一部分（ ）
A.输入 B.计算
C.输出 D.变量
D
C
课堂练习
1.单向红绿灯系统依靠循环结构实现灯光交替切换。（ ）
2.状态变量只可以记录一种系统工作状态。（ ）
3.开关属于交通信号灯系统的输入。（ ）
4.十字路口双向信号灯系统算法和单向信号灯完全不同。（ ）
二、判断题
√
×
√
×
课堂练习
简述单向红绿指示灯系统两种工作状态分别是什么？
结合本课所学，说一说什么是系统的“输入—计算—输出”，以楼道信号灯为例简单说明。
三、解答题
课堂总结
同学们，本节课我们围绕校园楼道安全，完成了楼道信号灯跨学科实践。我们先分析楼道通行隐患，从单向红绿灯入手，认识系统分为灯光、控制两部分，掌握状态变量、时间变量与循环算法，理解系统输入—计算—输出运行逻辑。之后拓展设计十字路口信号灯，对比两种系统的异同，明白二者核心算法一致，仅控制灯具数量不同。我们还反思了作品优缺点，学会从系统视角观察生活。课后大家可以留心寻找身边各类系统，区分系统输入与输出，思考优化信号灯作品的办法，用计算思维解决生活里的真实问题。
课堂板书
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让备课更有效
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Thanks!

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