模擬地鐵指示器

姜美軍 畢業(yè)于首都師范大學(xué)，碩士研究生，現(xiàn)任北京大學(xué)附屬小學(xué)石景山學(xué)校信息技術(shù)教師，教授信息技術(shù)基本課程及機器人和單片機課程，高級機器人社團教師，多次參加教學(xué)設(shè)計和課堂教學(xué)比賽，指導(dǎo)學(xué)生多次在機器人大賽及電子信息化活動中取得優(yōu)異的成績。

課程背景

21世紀(jì)是科技創(chuàng)新的世紀(jì)，習(xí)近平總書記把創(chuàng)新擺在國家發(fā)展全局的核心位置，高度重視科技創(chuàng)新，特別強調(diào)科技創(chuàng)新和科學(xué)普及是實現(xiàn)科技騰飛的兩翼。所以，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，是擺在每一個教育工作者面前的一個非常重要的課題。信息技術(shù)課程是科技創(chuàng)新課程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力最重要的途徑。

在信息技術(shù)課程教育中，我充分考慮到學(xué)生的需求，以設(shè)計一個智能控制作品為情境，從模擬生活隨處可見的實際現(xiàn)象著手——地鐵指示器現(xiàn)象，再到學(xué)生發(fā)揮想象力運用知識遷移，調(diào)用想象力自主創(chuàng)作屬于自己的作品。在本節(jié)課中，學(xué)生經(jīng)歷“硬件搭建—軟件設(shè)計（ArduBlock圖形化編程軟件）—實踐創(chuàng)新”的過程，作品的完成使他們更能感受到課程中學(xué)到的技能在日常生活中的應(yīng)用價值。

教學(xué)目標(biāo)

1.在自主探究活動過程中，對比雙色發(fā)光二極管和單色發(fā)光二極管的異同，根據(jù)實際情況進行正確的電路搭建。

2.運用ArduBlock圖形化編程軟件對雙色發(fā)光二極管長、短兩個引腳的高、低電平設(shè)置與顏色的關(guān)系進行探究，靈活運用軟件模塊模擬地鐵指示器的制作。

3.通過動手實踐、圖形化編程，養(yǎng)成邏輯嚴(yán)密、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的研究態(tài)度;有運用技術(shù)手段解決生活中實際問題的意識;體驗創(chuàng)作的樂趣，提高學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)的創(chuàng)新能力。

教學(xué)重難點

教學(xué)重點 通過合理設(shè)計編程軟件，模擬地鐵指示器其中一站，使之達到最佳閃爍效果。

教學(xué)難點 充分探究雙色發(fā)光二極管長、短兩個引腳的高、低電平設(shè)置與顏色的關(guān)系。

教學(xué)準(zhǔn)備

本課教學(xué)內(nèi)容選擇和教學(xué)方式都是以問卷星調(diào)查為基礎(chǔ)。

1.通過調(diào)查問卷發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對交通中指示燈的關(guān)注度還是比較高的，因此這節(jié)課以學(xué)生關(guān)注度最高的交通信號燈中的地鐵指示器為切入點，由淺入深探究雙色發(fā)光二極管，讓學(xué)生們了解雙色發(fā)光二極管的應(yīng)用，親手體驗、制作模擬地鐵指示器，從而引導(dǎo)學(xué)生想象、設(shè)計出更多有創(chuàng)意的作品，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2.通過調(diào)查問卷發(fā)現(xiàn)，利用學(xué)生喜歡的自主探究學(xué)習(xí)法和小組協(xié)作教學(xué)法，突破本課重難點，有助于增強學(xué)生的團隊意識;教學(xué)過程中注意學(xué)生知識的遷移，多讓學(xué)生進行示范演示，增強自信心，希望學(xué)生能夠在做中學(xué)、學(xué)中做，提升學(xué)生的可持續(xù)學(xué)習(xí)能力。

技術(shù)準(zhǔn)備

Arduino相關(guān)硬件、ArduBlock軟件。

教學(xué)過程

一、談話導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)情境

21世紀(jì)是科技創(chuàng)新的世紀(jì)，生活中處處充滿了科技元素，比如地鐵指示器指示燈的變化。

提問：你知道地鐵指示器是用什么元件制作的么？

引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，科技的發(fā)展、思維的創(chuàng)新會給生活帶來極大的便利，但其中利用的技術(shù)并不難，地鐵指示器其實就是利用雙色發(fā)光二極管制作出來的。

二、探究新知，充分探究雙色發(fā)光二極管

（一）電路搭建

利用“搭建三部曲”合理搭建電路，學(xué)生能夠通過知識遷移對比出雙色發(fā)光二極管與單色發(fā)光二極管的區(qū)別，為接下來探討不同引腳與顏色的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。我采取的是三大組比賽的形式，其中大組就要具備團結(jié)友愛、互相幫助的好習(xí)慣，增強學(xué)生團隊意識。

（二）軟件設(shè)計

1.分析與猜測

通過與單色發(fā)光二極管的對比，鼓勵學(xué)生大膽猜想，雙色發(fā)光二極管兩個陰極腳電平的高、低設(shè)置有多少種情況。

預(yù)設(shè)：左右兩側(cè)的引腳電平分別設(shè)置為高低、低高、高高、低低。

2.實踐與驗證

（1）探究其中一種情況

左、右兩邊引腳設(shè)置的電平分別為高、低或低、高。

預(yù)設(shè)：程序一樣，但一部分學(xué)生的小燈亮綠色，一部分學(xué)生的小燈亮紅色。

（2）教師引導(dǎo)分析實驗現(xiàn)象

工藝設(shè)計上，短引腳一端對應(yīng)的就是綠色發(fā)光二極管的燈芯，長引腳一端對應(yīng)的就是紅色發(fā)光二極管的燈芯，所以雙色發(fā)光二極管就是其內(nèi)部封裝了兩種單色發(fā)光二極管的燈芯。

（3）繼續(xù)探究

探究其余三種電平高低與顏色的關(guān)系，填寫任務(wù)單。（如下表）

3.交流與總結(jié)

（1）提示學(xué)生，引腳與輸出口的對應(yīng)關(guān)系。

（2）學(xué)生匯報驗證的結(jié)果，如下表所示。

補充：長、短兩個引腳為低電平時，實際是封裝的紅綠兩個單色發(fā)光二極管同時發(fā)光，這是混合而成的效果，將它定義為橙色。

（三）模擬地鐵指示器

觀看視頻，分析地鐵指示器中小燈的閃爍情況，利用ArduBlock程序模塊，模擬地鐵指示器其中一站指示燈的閃爍方式：紅燈閃3次，第三次停留的時間長一些，然后變綠燈（間隔時間自己設(shè)計）。

三、交流展示，互相評價

1.通過模擬地鐵站牌進行展示。

2.互相評價，提出意見。

教師總結(jié)：看來地鐵指示器不是隨便亂閃的，而是按一定規(guī)律閃爍的，所以設(shè)計間隔時間要符合生活實際。

四、拓展延伸，體會收獲

我們可以利用多個雙色發(fā)光二極管模擬完整的地鐵指示器，其實，生活中還有很多類似現(xiàn)象，如火車站的LED屏幕、一些節(jié)日的變色彩燈，都是用雙色發(fā)光二極管制作出來的。

技術(shù)很簡單，創(chuàng)意卻是無價的，用所學(xué)到的知識結(jié)合你們的創(chuàng)新思維，去服務(wù)未來生活，讓生活更加便利。

教學(xué)反思

本課選題貼近學(xué)生生活，以生活中地鐵指示器為例，注重在具體的實踐情境中，落實學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，力求讓每個學(xué)生都能有所發(fā)展，動手動腦，樂于設(shè)計，敢于創(chuàng)新。