資源簡介

Lesson 7 紅綠燈亮起來
教學內容
紅綠燈是國際通用的交通信號燈，它的發明給人類的社會生活帶來了便利。其主要原理是運用了邏輯電路，實現了交叉路口處各個方向紅綠燈交替有序的亮起來。本節課通過使用實驗材料嘗試設計讓紅黃綠三種顏色的二極管交替發光、起到交通指示的作用電路，探究串聯電路和并聯電路的差別，并在過程中探究電路連接的基本元件（即：導體、用電器、電源）及導體替代物，提升學生觀察日常生活中常見現象，分析問題、建立假設、驗證得并出結論的科學探究能力。
教學目標
科學知識：電路是包括電源在內的閉合回路，電路的通斷可以被控制。串聯和并聯電路是不同的電路連一接方式。
科學探究：以“如何讓紅綠燈亮交替亮起來”為問題，培養學生提出假設驗證推測并結合數據得出結論的科學探究能力。
科學應用：家用電路設計，電腦的電路板設計。
跨學科內容：技術（T）：用導線、二極管、電源組成閉合電路。
工程（E）：根據電路組裝讓紅黃綠三種顏色的二極管合理發光的交通指示燈裝置。
教學重點
根據紅綠燈模型設計思路，設計紅黃綠三種顏色交替發光的交通指示燈。
教學難點
比較串并聯電路的不同。
教學活動流程
解決問題所需要的材料：帶線二極管（紅綠黃三色）、鱷魚夾、螺絲、螺母、紐扣電池盒、瓦楞支架、底座、扎帶。
工具包材料：剪刀、雙面膠、紐扣電池、透明膠帶。（課程結束后放回工具包）學生自備：白紙。
教學活動流程
一、引入（5min）
師：STEAM科學大課堂開始啦！
讓我們看一段爆眼球的視頻。
教師根據爆眼球視頻內容，引導學生展開討論。
*主題引入
師：說一說視頻中的紅綠燈和我們平時見到的紅綠燈有什么不同？
師：你見過哪些類型的交通指示燈？（提示：三個燈成豎排或一個燈變換顏色）
實驗引入
師：紅綠燈中三種顏色的指示燈有什么特點？（提示：每次只有一種顏色的燈發光，而其他兩種顏色的燈不發光）
師：根據你的推測，如何在同一時間讓紅黃綠三盞燈中只有一盞燈是亮的而其他兩盞燈是熄滅狀態的？（提示：讓誰亮的時候，誰的電路就是通的，其他兩個電路是斷的。）
今天，就讓我們一起來制作一個可以用于交通指示的紅綠燈吧！
二、實驗過程（30min）
認識材料
師：請取出袋子中的材料，看看它們如何幫助你解決實驗問題？
教師帶領學生從袋子里取出實驗材料，根據學生水平及實驗需要引導學生初步觀察并了解不同材料的特征及使用方法。
開始實驗
教師引導學生開展探究實驗，（注意：探究過程中，應以學生自主探究為主，如果學生遇到操作問題，
教師可根據情況選擇為學生展示相應的，幫助學生了解操作方法。）
1．建立假設，制作模型
師：嘗試用二極管、紐扣電池（帶盒）、鱷魚夾連接電路，讓單色的二極管發光，觀察電路連接。學生嘗試讓其中一個二極管發光，并觀察電路連接。
師：如果在電路連接中二極管的一極與鱷魚夾之間加入一根螺絲釘，請試一試，聯通后的電路二極管是否可以亮起（提示：是可以的，螺絲釘是導體）如果換成一段白紙呢？請試一試。
學生將二極管的一極與電源之間依次加入螺絲釘和白紙，測試，電路聯通后是否二極管依然發光。（提示：教師講解因為金屬是導體而干燥的紙以及木頭是非導體。導體可以代替導線在電路中發揮傳遞電流的作用）
師：播放，看一看老師的實驗結果是如何的。
師：如果現在要讓3個二極管交替發光（像我們平時看到的交通指示燈那樣），你要如何去做？拿出實驗記錄單，根據你的推測，它可能是哪種方式？說一說你的原因。
學生2人一組建立推測，并說一說自己推測的原因。
2．驗證推測，確定最優模型
師：現在請嘗試使用二極管，紐扣電池（帶盒）、鱷魚夾連接電路，驗證你的推測。
學生嘗試連接，并將三個二極管可以交替發光的電路連接方式記錄在實驗記錄單上。（勾選即可）師：播放，看老師是如何測試這兩種方案的，結果又是如何的。
學生根據，調整實驗操作，再次測試，確定實驗結論。
師：現在請2人一組，思考：如果用手邊材料嘗試讓第一種方案中三個二極管亮起來，你要如何去做？學生討論并嘗試自己的思路。
師：根據，老師的演示過程與你預想有什么不同，請比較這兩種方案的電路連接方式有什么不同？
學生觀看，討論并總結兩種方案下電路連接的不同點。
師：思考：接下來如何讓紅綠燈組裝成一個可以發揮交通指示燈的作用裝置呢？觀看，完成交通指示燈的安裝。
學生將已經確定的電路安裝到紅綠燈的瓦楞紙板上，組裝交通指示裝置。
師：觀察組裝好后的電路中三個二極管是否可以分別亮起？如果我們將螺絲釘替換成紙或者木頭的是否可以？
學生根據第一步測試結果回答此問題。
3．優化方案，再次測試
師：在有的路口，紅綠燈中黃燈或者紅燈壞了，會影響綠燈亮嗎？根據你的推測，這是怎么發生的呢？師：如果將其中一個用電器取下，請觀察是否影響其他兩個用電器的使用？
學生根據實驗進行測試。
4．分析數據，得出結論
師：分析實驗數據，從設計交通指示燈的角度，說出哪種方式連接電路更好，為什么？學生4人一組討論，并最終確定結論。
學生分析已有實驗結果，將實驗結論記錄在實驗記錄單上。
5．拓展活動
師：同學們街道一定要有紅綠燈嗎？在什么情況需要有紅綠燈，假設街道沒有紅綠燈和有紅綠燈，會給交通帶來什么差別？
學生4人一組討論并說出自己的想法。
三、討論與分享（5min）
教師引導學生對以下問題展開討論，分享自己的觀點。
1．在課堂上我們最終通過哪種電路連接方式讓紅綠燈正常運行？2．根據實驗記錄單中兩種電路連接方式，他們各有什么特點？3．紅綠燈的作用是什么，你認為你還可以如何優化？
四、實驗結論（2min）
師：通過這個實驗，請陳述一下你所看到的現象，并解釋這個實驗現象背后的科學原理。（教師可根據學生分享與討論的內容，結合以下信息做簡要總結。）
總結：
師：通過這節課的學習，我們通過并聯電路最終連接起電路，讓紅綠燈正常運行。根據測試，串聯電路是用電器正負電極首先順次連接后，因各自分享一部分電源電壓，三個二極管串聯后，電壓是它們三個相加，所以用2個電源串聯，來提高電源的電壓，三個二極管發光，但它不符合紅綠燈交替發光指示交通的功能。而并聯電路是用電器各自分別與電源連接。每一個用電器獨享電源電壓，二極管發光并可以發揮交替發光的作用。在串聯電路中，其中一個用電器損壞，另外的用電器將無法使用，而并聯電路并不存在這個問題。每一個用電器都是獨立和電源連接在一起的。
對于紅綠燈的設計我們不僅要有不同顏色的光交替使用，還要注意交替的間隔以及在道路復雜的交叉口設置各方向的紅綠燈，便于車輛和人的安全通行。
（提示：教師可根據師訓視頻中的實驗總結部分，了解本次實驗的原理。）
五、拓展與遷移（2min）
科學大講堂
教師可利用“科學大講堂”視頻幫助學生拓展本節課相關知識。
師：科學大講堂中發生了哪些有意思的事情和有趣的實驗呢？讓我們一起去看看吧。播放科學大講堂視頻。
六、回顧與總結（1min）
教師請學生拿出活動單頁，引導學生完成自我反思與評價。
師：經過本節課的學習，你得到哪些收獲和成長？請將你本節課的實驗收獲和心得以及還需提高和優化的部分記錄在《回顧與總結》表中，并對自己本堂課在科學興趣、科學實踐、科學思維方面的成長給予評價。(共24張PPT)
紅綠燈亮起來
1.說一說視頻中的紅綠燈和我們平時見到的紅綠燈有什么不同？
你見過哪些類型的交通指示燈？
紅綠燈中三種顏色的指示燈有什么特點？
根據你的推測，如何在同一時間讓紅黃綠三盞燈中只有一盞燈是亮的而其他兩盞燈是熄滅狀態的？
今天，就讓我們一起來制作一個可以用于交通指示的紅綠燈吧！
帶線二極管
螺絲
鱷魚夾
螺母
EVA底座
紐扣電池盒
瓦楞紙板模
紐扣電池
提示：其中紐扣電池、雙面膠、剪刀來自工具包，使用后請將其放回工具包中。
學生需要準備：一張白紙
剪刀
雙面膠
透明膠
1. 讓一個二極管亮起來
嘗試用二極管、紐扣電池（帶盒）、鱷魚夾連接電路，讓單色的二極管發光，觀察電路連接。
2. 觀察二極管亮時，電路如何連接
觀察二極管亮時，電路是如何連接的？
如果在電路連接中二極管的一極與鱷魚夾之間加入一根螺絲釘，聯通后的電路二極管是否可以亮起？想一想：如果將螺絲釘換成一段白紙呢？二極管還會亮起來嗎？
3. 如何讓多種顏色的二極管交替亮起來
如果現在要讓3個二極管同時發光，你要如何去做？拿出實驗記錄單，根據你的推測，它可能是哪種方式？說一說你的原因。
4.驗證你的猜想
現在請嘗試使用二極管，紐扣電池（帶盒）、鱷魚夾連接電路，驗證你的推測。嘗試連接，并將三個二極管依次發光時的電路連接方式記錄在實驗記錄單上。（勾選即可）
5. 如何讓第一種方式的二極管亮起來？
現在我們2人一組，將其中一個同學的三個二極管依次串聯起來，同時將2個電池盒也串聯起來，再次嘗試三個二極管是否同時亮了？
6. 比較兩種電路連接方式有什么不同
如果其中一個二極管斷開，請觀察電路中其他兩個二極管會有什么問題？這符合紅綠燈交通指示要求嗎？為什么？
說一說兩種連接方式的電路有什么區別？
7.組裝交通指示燈
思考如何讓紅綠燈組裝成一個可以發揮交通指示燈作用裝置呢？完成交通指示燈的安裝。
說一說：
觀察組裝好后的電路中三個二極管是否可以分別亮起？如果我們將螺絲釘替換成紙或者木頭的是否可以？
8.讓紅綠黃燈交替亮起來。
思考：在有的路口，紅綠燈中黃燈或者紅燈壞了，會影響綠燈亮嗎？
根據你的推測，這是怎么發生的呢？同學們認為什么樣的電路才能實現紅綠黃燈可以交替發光的功能？
9. 拓展活動
同學們街道一定要有紅綠燈嗎？在什么情況需要有紅綠燈，紅綠燈需要具備什么功能？假設街道沒有紅綠燈和有紅綠燈，會給交通帶來什么差別？
1.在課堂上我們最終通過哪種電路連接方式讓紅綠燈正常運行？
2.根據實驗記錄單中兩種電路連接方式，他們各有什么特點？
3.紅綠燈的作用是什么，你認為你還可以如何優化？
4.想一想：這些增大穩定性的辦法在生活中有哪些應用？
通過這節課的學習，我們通過并聯電路最終連接起電路，讓紅綠燈正常運行。根據測試，串聯電路是用電器正負電極首先順次連接后，因各自分享一部分電源電壓，三個二極管串聯后，電壓是它們三個相加，所以用2個電源串聯，來提高電源的電壓，三個二極管發光，但它不符合紅綠燈交替發光指示交通的功能。而并聯電路是用電器各自分別與電源連接。每一個用電器獨享電源電壓，二極管發光并可以發揮交替發光的作用。
在串聯電路中，其中一個用電器損壞，另外的用電器將無法使用，而并聯電路并不存在這個問題。每一個用電器都是獨立和電源連接在一起的。
對于紅綠燈的設計我們不僅要有不同顏色的光交替使用，還要注意交替的間隔以及在道路復雜的交叉口設置各方向的紅綠燈，便于車輛和人的安全通行。
請你回顧本堂課的學習過程
用心記錄下自己的成長與收獲吧！

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