初中信息技术教学中计算思维的渗透——《神奇的交通灯》教学设计

初中信息技术教学中计算思维的渗透—
—《神奇的交通灯》教学设计【教材分析】
本单元是科学出版社非零起点《信息技术八年级教材》下册第四单元《信息
技术新应用》。

该单元以智能生活为主线，通过生活应用、物联网、人工智能三
个活动，让学生感受人工智能在生活中的应用，帮助学生建立计算思维，培养数
字化学习与创新等能力。

本活动是单元起始课，选取日常生活中最常见的交通灯为例，让学生感知交
通灯的控制是由硬件和编程共同作用的结果。

具体而言，硬件方面要求学生了解
控制器接口和编程的对应关系，编程方面要求学生了解程序的三大结构：即顺序、循环和选择结构。

【学情分析】
本活动的教学对象是八年级的学生。

八年级学生以学习文本处理、音视频、
动画的操作为主。

而本活动的内容学生虽然没有相关基础，但因内容新颖，学生
容易产生学习兴趣和学习动力。

学生通过观察——猜想——思考——实验——验证五大环节，发觉人工智能
的神奇魅力，初步建立计算思维。

【核心素养】
1. 信息意识
（1）能敏锐地感觉到程序对交通灯工作过程的影响。

（2）与伙伴共享信息，交流程序与硬件的关系。

2.计算思维
（1）能理解并应用循环结构，实现程序的重复执行。

（2）初步使用选择结构，实现传感器与人类行为的交互。

3.数字化学习与创新
（1）使用VJC编程软件，学习三种程序结构。

（2）操作实验硬件器材，进行程序与硬件工作的相互验证。

4.信息社会责任
（1）关注智能化给人们生活带来的新变化；
（2）积极主动学习如何使设备智能化，拥抱智能生活。

【教学重点与难点】
1．教学重点：智能交通灯的工作过程
2．教学难点：三种程序结构
【教法与学法】
1．教法：启发式教学法、任务驱动教学法
2．学法：实验探究法、自主合作探究
【课时安排】
1课时。

【教学准备】
学生机（已安装VJC3.2，下载线接口已接右侧电脑、下发deng和chupeng
程序）、实验器材(已搭建、接口全部接好，触碰传感器另外放，1红2黄3绿)；
教材、学案、笔、教学课件；电子教室将需要控制的电脑集成一组，然后编程的电脑集成一组，便于控屏。

【教学过程】
一、情境导入激发兴趣
教师活动：老师来做个小调查：你早上几点起床，路上花多久时间到学校？你上学路上需要经过几个路口？上班上学每天都在进行中，我们在路上，交通在身边，让我们来看看未来的交通。

熙熙攘攘的城市在黎明中醒来，智能交通系统在城市的每一处发生作用。

车辆川流不息，昼夜不停；智能交通系统确保了交通的安全和有序；人工智能助力智慧交通，科技让生活更美好，让我们一起研究《神奇的交通灯》。

学生活动：回答老师的提问，观看视频。

设计意图：提问，拉近与学生的距离，引出交通话题。

本单元的内容是智能生活，本活动是起始课，需要通过展示未来的智慧交通，吸引学生的注意力，激起学生对本单元研究的兴趣。

二、分析项目突显核心
教师活动：探究活动：点亮交通灯。

让学生猜猜这套交通灯模型由哪些部分组成？猜猜白色盒子（主控器）的功能。

根据学生的回答，板书：灯、线、主控器。

主控器是控制交通灯工作的。

打开课本106页，要求学生观察桌面上的主控器，认识主控器的外观。

提问：蓝色按钮的作用？桔色按钮的作用？交通灯模型的主控器两侧的接口是用来接灯的，请同学们观察红灯黄灯绿灯灯分别连接在主控器的几号接口上。

板书：红灯接1号口，黄灯接2号口，绿灯接3号口。

这些统称为交通灯的硬件部分。

提问：光有这些硬件，交通灯就能正常工作了吗？?还需要什么？老师的交通灯模型和大家的一模一样，为什么我的交通灯可以闪烁？还需要程序。

板书：
程序。

介绍软件的打开、模块使用、删除、下载、保存、主程序名，示范红灯的
编写。

将学生每两人分组活动，完成如下实验：参考课本106页，下载并运行程序deng。

提醒：下载完成后，把主控器这头的接口拔除，再运行程序。

将观察到交
通灯的显示填写《学案》第1个流程图。

交通灯的工作流程，又是如何和程序一
一对应的呢？这种按顺序，从第一个模块按顺序执行的程序结构，我们称它为顺
序结构。

请两位同学模拟过马路，一般一车道3.5米，双向两车道是7米，咱教室大
约这两个位置是7米，来看灯，走起。

发现问题了没？绿灯时间太短了，怎么办？修改什么？人行道口的绿灯设多少合适呢？马路宽7米，一般人的步行速度是1
米每秒，过这样马路需要设置几秒？人要先看到绿灯，再大脑指挥脚走路，有延时，最好在加上1至2秒的时间，设置时间为9秒。

在程序里，改时间是修改哪
个模块？绿灯接在几号通道？。

请同学们修改程序，下载测试。

再次请同学上来
过马路，好了过了，老师要过怎么办？第二次运行……
现实生活中，红绿灯必须一直交替亮，闪一次不行的，那我们接着往下写？
再写？你有什么发现？这段程序完全相同，让它重复做就行了，重复做，换用一
个词来说，就是“循环”。

教师示范，如何添加循环结构。

请学生修改下载测试，并完成《学案》流程图2
小结：交通灯工作原理；硬件—灯、主控器；程序---主控器---LED灯状态；顺序结构、循环结构；联系实际生活
学生活动：观察交通灯的外装，找出红黄绿灯分别接到的接口。

观察并说出
三个灯的接口编号。

打开老师提供的源程序。

下载程序，观察主控器显示屏显示
的信息。

一学生在教室内模拟现实中过马路的情况，另一孩子操控红绿灯。

发现
需要在程序中修改绿灯的时间。

再次模拟过马路，学生发现需要重复进行红绿灯
的亮灭。

继续修改程序下载测试。

设计意图：收获来源于观察，本活动是起始课，设置学生多观察，多进行科
学体验，是在指导学生真实学习生活。

展示模型,明确研究项目的对象。

观察模
型，是建立未知到已知世界的联系。

通过提问，步步观察发现事实，引导思考。

学生体验程序是如何控制红灯的，程序给出相关接口指令，接口接收到指令后做出相应的反馈。

用数字知识也解决循环理解上的难题，是学科思维的迁移。

练习顺序结构和循环结构，这两种程序结构是经典的程序结构，让学生初步知道并应用在编程中。

现实生活过马路的模拟，可增强学生公民意识，集中注意力，快速而安全地通过。

交通灯模型与现实结合，发现有矛盾，促使学生对程序方案进行进一步的改进。

最后通过及时小结，实时肯定学生的学习，便于下一步学习。

三、挖掘深度提升素养
教师活动：拓展探究：触碰式交通灯。

通过刚才的调试，我们体验了固定时长的红绿灯的编程。

我们想让交通灯更加智能，能人性化呢？观看短片一，当出现无车辆通行，但行人仍需等待长时间红灯的情况，请你们讨论思考更人性化的智能交通灯如何解决这一问题。

观看短片二，按一下按钮，交通灯就切换为绿灯，想想这是如何做到的，试设计并填写《学案》第2页流程图3。

下发触碰传感器，要求统一接在11号接口上，下载并运行程序chupeng。

验证你的设想。

学生活动：观看视频，思考问题。

通过动手尝试安装传感器，对照程序与运行结果。

设计意图：引发思考，友好的人机交互是智能化的体现。

选择结构是程序的第三种基本结构，以讲解的方式进行，不要求孩子们去独立编程，一是理解有难度，二是写起来也不易。

这里给孩子们一种体验，知道有这种结构，且不同于其它两种的结构，如何使用到现实中。

四、拓展思维多元小结
教师活动：拓展活动：畅想智交通。

刚才使用了碰撞传感器，让交通灯智能化了。

各种各样的传感器，让交通灯，能探知外界环境信息，将这些数据写入到程序中，从而为下一步行动做好准备。

现在咱们来场头脑风暴，针对智能交通这样的大话题，你有哪些想法，哪怕很小的一点创意，都可以说说。

当然别人如果说了，你也可以对他的想法进行一个交流和评价。

对于一种创新想法，可以从以下三方面进行评价：科学性（有科学原理支撑）、先进性（别人没有做过）、实
用性（可实施、可再现）。

让我们来看看国外关于交通灯的研究，播放精选的视频：会跳舞的绿灯、红绿灯墙等。

咱们今天的探究活动，是智能交通中最基础的，但想象与创新的种子已经播下，相信未来一定会生根发芽，长成巨树！
学生活动：畅想未来，谈想法，对本节课的收获进行互评。

设计意图：提供利用传感器的这种思路，引导学生头脑风暴。

让学生明白科
学的评价方法，通过国内外各种新颖交通灯视频，开拓学生视野，增强信息社会
责任感。

板书：
神奇的交通灯
硬件程序
第3页，共6页。