小学科学冀人版四年级上册第六单元《科学擂台》教案（共2课）（2022新版）

第六单元科学擂台23.交通信号灯模拟大比拼（一）【教材简析】本课以工程实践为主线设计了四个活动。“任务”的目的是通过创设观察交通信号灯的情境，引导学生明确具体的活动任务。“设计”的目的是引领学生运用点亮小灯泡的知识，分析设计制作交通信号灯模型需要解决的主要问题是什么，并通过分析、构思，绘制出交通信号灯模型线路连接方法及外观的设计方案。“制作”是按照设计方案准备材料，使用工具制作-一个交通信号灯模型。“展示”的目的是指导学生发现问题，改进自己的作品。【学情分析】四年级的学生通过“电”单元的学习，掌握了如何手动控制电路使小灯泡亮起来，并且已经初步掌握了使用剪刀、钳子等工具的方法。经过前面STEAM综合课程的学习，学生对工程实践的过程比较熟悉，具备了一定的明确任务、设计、制作、展示等能力，这为本课设计和制作交通信号灯模型奠定了基础。【教学目标】[科学知识目标]1.能说出交通信号灯模型的工作原理。2.能说出设计、制作交通信号灯模型的方法。[科学探究目标]1.能从生活实际出发确定设计、制作交通信号灯模型的任务。2.能设计交通信号灯模型电路和外观的制作方案。3.能制作交通信号灯模型，并与其他同学交流。[科学态度目标]1.能对设计和制作交通信号灯模型表现出浓厚的兴趣。2.能采用多种思路、多种方法，完成交通信号灯模型的设计与制作。3.能虚心接受别人的意见，反思、调整设计和制作方案。[科学、技术、社会与环境目标]能意识到交通信号灯的发展和应用提高了路口的车辆通行能力，保障路口的畅通和安全。【教学重难点】[重点]使用工具制作一个交通信号灯模型。[难点]使用工具制作一个交通信号灯模型。【教学准备】[教师]教学课件、制作模型材料(硬纸板、LED灯泡、导线、开关、电池、电池盒、吸管、胶带)、制作工具(尺子、铅笔、剪刀、小刀、钳子)等。[学生]《科学学生活动手册》、绘图工具等。【教学过程】第一课时一、创设情境，明确任务1.引导:我们经常听到一首儿歌“红灯停，绿灯行……”，路口的交通信号灯是我们生活中常见的交通设施，在有信号灯的路口我们才能更安全地通过。2.提问:路口的交通信号灯是怎样工作的?(需要有电源以及不同颜色的灯光和控制灯光亮与灭的装置等。)二、小组讨论，明确问题1.讲述:我们已经学过电路方面的知识，知道了只有形成了回路灯泡才能亮起来。交通信号灯模型内部也需要形成一个回路，灯泡才能亮起来。2.讨论:制作交通信号灯模型需要解决哪些问题?怎样解决?小组讨论，将讨论结果记录在《科学学生活动手册》第28页中。5\n3.汇报:小组汇报讨论结果。三、小组设计，绘制方案1.讲述:模型制作的关键是设计，而交通信号灯模型设计的重点是内部电路的连接方式和外观的设计。2.出示:交通信号灯模型、滑动开关图片，并联电路的连接方法，引导学生了解模型和开关的结构。3.要求:先围绕主要问题想出多种解决的方法，再从科学性、独特性、操作性的角度找出最具特色的1到2种方法。4.设计:以小组为单位进行设计，将设计的结果记录在(科学学生活动手册》第28页中。5.交流:指定小组代表展示自己设计的方案，引领其他学生提出修改建议。6.改进:根据大家的建议，参照其他组的优点，改进自己的方案。四、课堂小结，布置任务1.评价:根据学生的活动情况，进行课堂评价。2.作业:课下根据自己的设计方案准备有关的材料和工具，并把所需要的器材和工具及解决方案记录在《科学学生活动手册》第29页中。第二课时一、掌握方法1.播放:制作方法课件或视频，提示学生注意制作中的技术关键。2.出示制作方法:(1)制作底座。①在底座上剪出略大于立柱吸管和开关的洞;②放入吸管和开关。(2)插接灯板。①将灯泡金属丝插入纸板并固定好;②在灯泡上套入三种颜色的吸管。(3)组装成型。①将6根导线穿进作为立柱的吸管;②用双面胶固定支柱和灯板。(4)连接电路。①对导线长度进行裁剪;②按照连接图纸将导线接在接线柱上。3.讲解注意事项:可用LED灯泡代替钨丝小灯泡，但要注意LED灯泡的正负极，LED灯泡长引脚线一般为正极。二、制作模型1.制作:小组要分工合作，不同学生制作不同内容。做到人人都参与。2.测试:小组完成模型的制作后可以在组内测试是否可以通过开关来控制交通信号灯模型。3.改进:根据测试结果，发现需要修改的地方，并进行修改。将改进的作品进行拍照，粘贴在《科学学生活动手册》第29页中。三、展示交流1.讲解:评价标准和展示评价要求。(1)评价标准:利用开关成功控制、连接结实、造型美观。(2)小组成员制作展示交通信号灯模型的幻灯片。(3)小组成员进行分工:确定讲解员、记录员、评价员、拍照员等。2.展示:以小组为单位将作品放置在展示台上进行展示，利用幻灯片对模型进行介绍。其他小组进行评价、记录和拍照。3.评价:综合评比结果，确定获奖名次。四、改进模型1.记录:将教师和其他同学提出的修改建议进行整理，确定本组改进的方法，并记录在《科学学生活动手册》第29页中。2.改进:根据修改建议，改进自己的交通信号灯模型。3.总结:教师进行活动总结。【教学后记】5\n24.交通信号灯模拟大比拼（二）【教材简析】本课以工程实践为主线设计了三个活动。“改进”的目的是通过观察分析、编写程序等活动，引导学生认识到编写不同的程序可以使交通信号灯模型实现多种形式的自动控制。“测试”的目的是引领学生交流改进后的自动控制交通信号灯模型，并对其程序和装置的有效性进行测试。“成果”的目的是帮助学生根据调研实际生活中的十字路口交通情况，实现并展示自动控制的效果，意识到智能信号灯对人们安全出行的影响。【学情分析】学生在前一课中学会了制作简易交通信号灯模型，了解了开关控制的交通信号灯模型电路结构，这些为本课学习奠定了基础。【教学目标】[科学知识目标]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。[科学探究目标]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。[科学态度目标]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、社会与环境目标]能意识到人工智能促进了交通信号灯技术的发展。【教学重难点】[重点]能结合具体的任务说出编程的过程和方法。[难点]能结合具体的任务说出编程的过程和方法。【教学准备】[教师]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]《科学学生活动手册》、笔等。【教学过程】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。5\n(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……重复此项序，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面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。也就是当个方向绿灯亮起时，另外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.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。2.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、测量结果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5\n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。【教学后记】5