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跨学科活动：制作楼道信号灯教学设计
课题 跨学科活动：制作楼道信号灯 单元 了解系统 学科 信息科技 年级 六年级
教材分析 本课是六年级信息科技“了解系统”单元跨学科实践内容，融合科学、工程、生活安全知识。教材以校园楼道通行安全为真实情境，从单向指示灯到十字路口信号灯层层递进，引导学生理解系统“输入—计算—输出”核心逻辑。依托硬件主控板搭建实物模型，通过需求分析、算法设计、程序编写完整实践流程，让学生掌握系统状态、循环控制等知识，落实数字化实践能力，同时渗透校园安全教育，培养用计算思维解决真实生活问题的意识。
学习目标 1.信息意识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。2.计算思维能区分系统组成、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。3.数字化学习与创新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。4.信息社会责任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。
重点 理解系统“输入—计算—输出”运行模式，区分信号灯系统不同工作状态；梳理单向、十字路口信号灯控制算法，运用变量、循环编写灯光切换程序。
难点 将真实楼道通行需求转化为标准化算法逻辑；拓展设计十字路口双向信号灯系统，根据多灯组运行逻辑完善控制程序。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 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 结合上下楼真实场景，自由发言楼道拥挤易发生的摔倒、碰撞等安全隐患；自主思考、交流能规避楼道危险的可行办法。 立足校园真实生活情境，唤醒学生安全意识，引出楼道信号灯项目需求，激发探究兴趣。
讲授新课 环节1：想一想在学校上下楼时可能发生哪些危险 有哪些解决办法 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。需求分析◎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。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，如：◎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 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。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”。通过上图，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：◎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。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：1.创建1个时间变量，用于设定状态切换的时间2.创建1个状态变量，用于记录系统的2种状态：当状态变量为1时，表示当前“红灯点亮，绿灯熄灭”,当状态变量为2时，表示当前“红灯熄灭，绿灯点亮”3.点亮红灯4.熄灭绿灯5.状态变量设置为16.一直循环下列操作：7.判断：如果状态变量是1,执行下列命令：8.熄灭红灯9.点亮绿灯10.状态变量设置为211.否则：执行下列命令：12.点亮红灯13.熄灭绿灯14.状态变量设置为115.当前状态保持时间变量的数值16.结束循环创建程序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。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下：模拟运行效果如下图所示。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。通过上图，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：◎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。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，请将以下算法补充完整。运行程序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!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：_____________________拓展项目1：优化楼道信号灯实物模型优缺点梳理拓展课内基础优点补充：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。改良创新设计方案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。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。环节6：评一评在本课中我们尝试制作了楼道信号灯，请根据下面的提示，写下自己的反思与收获吧!环节7：小结与评价知识回顾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思维导图反思与评价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 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 小组交流楼道通行危险，讨论确定“校园楼道红绿灯”制作需求，梳理装置安装位置、灯光切换功能。自主上网搜集信号灯制作材料、灯光运行状态、灯光控制方式资料，整理资料并补充待查问题。小组研讨单向红绿指示灯实施方案，绘制系统示意图；结合电路图梳理系统组成、两种灯光工作状态与切换逻辑。梳理单向灯完整算法，创建time、state变量；在主控板拖拽积木编写循环控制程序，下载程序模拟灯光交替效果；拓展：补充十字路口信号灯示意图、完善双向系统算法，编写多灯组控制程序并运行调试。分组梳理单向、十字路口信号灯模型优缺点，结合校园使用场景提出改良思路。小组合作优化楼道信号灯实物模型。填写评价表格，记录各环节遇到的问题、解决办法、学习收获，完成星级自评。跟随教师回顾系统、状态、输入输出核心知识点；思考课堂反思问答题，小组分享合作收获、项目优化方向。 锻炼需求分析能力，建立“生活问题→数字化解决方案”的关联，落实信息意识。掌握数字化资料检索方法，自主获取工程、电子相关跨学科知识。培养工程绘图与逻辑梳理能力，初步理解系统“输入—计算—输出”基础架构。落实计算思维，熟练变量、循环、分支逻辑；通过硬件实操掌握数字化实践流程，完成跨学科工程创作。形成项目迭代优化思维，辩证看待数字化作品，融合安全、工程知识创新设计。基于课内基础模型迭代优化，建立“发现缺陷—改良方案—重构算法”完整项目思维。引导学生复盘实践全过程，形成自我反思、自我评价的学习习惯。构建单元知识框架，打通课堂与生活，学会用系统视角观察身边事物；培养合作反思与信息社会责任。
课堂练习 一、选择题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.变量二、判断题（共4题，对打√，错打×）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。（）三、解答题（共2题）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。参考答案一、选择题1.B2.B3.D4.C二、判断题1.√2.×3.√4.×三、解答题答：状态1：红灯点亮，绿灯熄灭，禁止通行；状态2：红灯熄灭，绿灯点亮，允许通行，两种状态循环交替切换。答：输入是系统接收的指令或信号；计算是程序根据变量、逻辑处理信号；输出是系统呈现出的结果。楼道信号灯中，开关、程序指令为输入；程序依靠状态变量、循环判断灯光切换逻辑是计算；红灯、绿灯亮灭的灯光效果是输出。 独立完成选择、判断、简答题，同桌互核对答案，交流错题对应的系统逻辑知识点。 当堂检测核心概念掌握程度，巩固系统组成、算法、输入输出等重难点。
课堂小结 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。 跟随教师梳理完整实践流程，记录课后拓展任务，课后观察生活中的各类控制系统。 串联整节课实践脉络，延伸课外探究，强化用计算思维解决生活问题的意识。
板书
21世纪教育网www.21cnjy.com精品试卷·第2页（共2页）
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