資源簡介

交通信號燈模型大比拼（二）教學設計
一、學習目標
（一）科學觀念目標
1.信號燈基本結構、紅綠燈排列規則，強調在理解這些內容的基礎上，引導學生擺脫固定步驟圖束縛，開展創新設計，搭建個性化信號燈模型。
2.“兩點確定一條直線” 和增大底面積提高穩固性原理在模型搭建中的應用，突出如何引導學生創新應用這些原理，在自主搭建模型時，構建穩固且獨特的結構。
3.主控板與 LED 燈的基本功能及初步連接方式，探索在無固定連接步驟指引下，培養學生創新思維的方法，鼓勵學生嘗試新穎的連接方式，實現信號燈功能創新。
（二）科學思維目標
1.通過回顧手動信號燈模型搭建，培養歸納總結能力，提升對已有知識的梳理與運用水平，同時引導學生反思搭建過程，思考如何突破傳統搭建模式，以創新思維改進搭建方法。
2.在與智能體互動學習紅綠燈排列規則過程中，學會提出問題、分析問題，培養批判性思維和邏輯思維能力，鼓勵學生對智能體給出的規則提出創新性的思考與質疑，為創意搭建提供思維動力。
3.基于工程學原理思考模型搭建方法，鍛煉將抽象原理轉化為實際操作的思維轉換能力，著重引導學生在拋棄固定步驟圖后，憑借自身理解，大膽創新搭建方法，設計出獨一無二的交通信號燈模型。
（三）探究實踐目標
1.能夠熟練運用所學原理，在無固定步驟圖指引下，獨立完成模型底座的搭建，提高動手實踐和解決實際問題的能力，激勵學生在底座搭建中融入創新設計，從形狀、材質組合等多方面提升底座的功能性與美觀性，展現創意。
2.成功實現主控板與 LED 燈的初步連接，掌握基本電路連接技能，為后續深入探究奠定實踐基礎。
（四）態度責任目標
1.激發對科學探究的濃厚興趣，增強主動學習和探索新知識的欲望，尤其注重培養學生對創新探索的熱情，讓學生在無固定步驟圖的搭建過程中，積極主動地嘗試新方法、新思路。
2.培養嚴謹認真的科學態度，在實踐操作中注重細節，確保搭建和連接的準確性，同時鼓勵學生在保證準確性的前提下，大膽嘗試創新實踐，勇于為自己的創意搭建負責。
3.體會科學知識與日常生活的緊密關聯，認識到科學技術在改善生活中的重要作用，增強社會責任感，引導學生思考如何通過創新科學技術，如創新信號燈模型搭建，更好地服務社會。
（五）單元規劃
二、學習重點、難點
（一）學習重點
1.信號燈基本結構、手動控制原理及紅綠燈排列規則，強調在理解這些內容的基礎上，引導學生擺脫固定步驟圖束縛，開展創新設計，搭建個性化信號燈模型。
2.“兩點確定一條直線” 和增大底面積提高穩固性原理在模型搭建中的應用，突出如何引導學生創新應用這些原理，在自主搭建模型時，構建穩固且獨特的結構。
3.主控板與 LED 燈的基本功能及初步連接方式，探索在無固定連接步驟指引下，培養學生創新思維的方法，鼓勵學生嘗試新穎的連接方式，實現信號燈功能創新。
（二）學習難點
1.理解紅綠燈排列規則背后的科學原理及在不同場景下的一致性與特殊性，在創意搭建中準確把握規則與創新的平衡。
2.將數學原理靈活應用于模型底座搭建實踐，確保底座穩固，鼓勵學生創新應用數學原理，設計出更具創意和穩固性的底座，解決在自主搭建過程中，實現創意與穩固性統一的難題。
3.主控板與 LED 燈接口眾多，學生準確理解各接口作用并正確連接存在一定難度，同時探索如何引導學生在連接過程中創新電路設計，實現獨特功能，克服接口復雜帶來的創新阻礙。
三、學習評價設計
（一）課堂表現評價（過程性評價）
1. 觀察學生在回顧舊知環節的參與度，包括是否積極發言、能否準確闡述手動信號燈模型原理，給予相應等級評價（優秀、良好、合格、待改進）。
2. 在與智能體互動環節，評價學生提問的質量（深度、創新性）。
3. 模型搭建和電路連接實踐中，觀察學生操作的規范性、熟練程度以及遇到問題時的解決思路和協作能力，進行實時評價與指導。
（二）作業評價（診斷性評價）
布置課后作業，利用家中現有材料，如紙盒、吸管等，搭建一個簡易的四向交通信號燈模型，拍照記錄并說明運用了哪些數學原理來保證底座的穩固性，以此檢測學生對基礎知識的掌握程度。
（三）小組互評（表現性評價）
1. 在每個任務完成后，組織小組互評，讓學生互相評價在團隊合作中的表現，如溝通協作、任務分工、貢獻大小等方面，促進學生團隊意識和協作能力的提升。
2. 鼓勵學生在互評過程中提出建設性意見，共同改進和提高。
四、學習活動設計
環節名稱 教師活動 學生活動 設計意圖 時間
“交通信號燈知多少” 談話導入 以親切的口吻開啟話題，闡述交通信號燈在日常出行中的重要性，強調其對保障出行安全的關鍵作用。 隨后提出問題：“你們每天過馬路的時候有沒有注意到交通信號燈的排列方式是什么樣子的？” 引導學生思考并積極參與討論。 認真傾聽老師講話，回憶日常過馬路時看到的交通信號燈，積極舉手發言，分享自己所觀察到的交通信號燈排列方式。 通過日常熟悉的交通信號燈話題導入，引發學生興趣，調動學生已有生活經驗，為后續深入探究交通信號燈相關知識以及制作交通信號燈模型做鋪墊，同時培養學生觀察生活的能力。 2分鐘
信號燈排列大揭秘 待學生就交通信號燈排列方式各抒己見、答案多樣時，拿出準備好的不同顏色磁鐵貼，邀請兩位同學上臺，鼓勵他們將自己心中紅、黃、綠信號燈的正確排列順序貼在黑板上。引導臺下同學觀察這兩種排列，點明分歧之處，營造懸念感。緊接著，向學生隆重介紹智能體交警叔叔這一神秘嘉賓，告知學生可以親自向其詢問正確答案。 踴躍參與課堂討論，大膽表達自己對信號燈排列的認知。被選中的兩位同學興奮上臺，仔細挑選磁鐵貼，認真在黑板上擺出自己認為的正確順序。其他同學則專注觀察并小聲議論。在得知可以向智能體交警提問后，充滿好奇與期待，積極思考問題，向智能體交警詢問信號燈排列的正確答案。 借學生答案的不一致，引發他們的認知沖突，點燃學生探索真相的熱情。通過上臺操作磁鐵貼，強化學生的參與感與動手能力。引入智能體交警，增添課堂的新奇感與科技元素，讓學生在趣味互動中獲取精準知識，培養學生主動尋求正確答案、利用新工具解決問題的能力。 3分鐘
模型檢驗與課題引入 拿出上節課學生制作的手動交通信號燈模型，引導學生依據剛剛確定的信號燈排列方式，檢查模型排列是否正確。挑選一名學生上臺點亮交通信號燈，同時提醒臺下學生仔細觀察，思考模型存在的問題及現象。在學生觀察后，順勢引導學生發現手動操作的不便之處，從而引出本節課主題 —— 交通信號燈模型大比拼 2，對交通信號燈進行改進。 認真對照正確的信號燈排列方式，檢查自己上節課制作的手動模型。被選中上臺的學生小心點亮交通信號燈，臺下學生則全神貫注觀察，踴躍舉手分享自己觀察到的問題或現象，如信號燈切換不流暢、手動操作麻煩等。在老師引導下，理解本節課要對交通信號燈進行改進的任務。 通過模型檢驗，鞏固學生對信號燈排列方式的認知，強化知識運用能力。讓學生親自觀察手動模型問題，直觀感受改進需求，自然引出本節課主題，激發學生對后續改進任務的興趣與積極性，培養學生發現問題、思考問題的習慣。 3分鐘
探討信號燈改進方向 在引出 “交通信號燈模型大比拼 2” 這一課題后，向學生提問：“如果要改進交通信號燈，你們覺得可以從哪些方面入手呢？”改進之前，觀看一個幼兒園學生過馬路并被困在馬路中間的視頻。 鼓勵學生大膽思考，并準備好粉筆，邀請學生將自己的想法隨時寫在黑板上。對學生的回答進行引導和追問，促進思維的深化。 觀看視頻。積極開動腦筋，思考改進交通信號燈的方向。主動舉手發言，分享自己的創意，如讓信號燈能根據車流量自動調整時長、增加語音提示功能、使信號燈更節能、更智能等，并到黑板上寫下自己的想法。認真傾聽其他同學的觀點，相互學習和補充。 激發學生的創新思維，讓學生從使用者的角度出發，思考交通信號燈的不足與改進方向，為后續的模型改進活動提供思路。同時，培養學生的團隊合作意識，通過交流和分享，拓展思維的廣度和深度。 3分鐘
微課知識快速回顧 向學生說明本環節旨在復習課前微課中材料清單認識、插線及搭建原理知識。將材料樣本一一擺好，隨機挑選一種材料，要求學生快速拿起并準確說出名稱，順勢回顧插線序號相關要點。在學生回應過程中，自然引入兩個新知識點。比如，拿起兩根細長的支撐材料，提問：“同學們，假設這兩根材料要組成信號燈的支架，怎么擺放才能讓它立得又直又穩呢？” 引導學生思考并引出 “兩點確定一條直線” 原理，解釋該原理在搭建穩定結構中的應用。隨后，通過學習籃球架，講解 “增大底面接觸面積，可以增加物體的穩固性” 這一知識在交通信號燈模型搭建中的重要性。對學生的反應和回答及時反饋，糾正錯誤認知。 全神貫注，緊跟老師節奏，老師指出材料后，迅速從材料堆找出相應物品并大聲說出名稱，積極回應插線序號問題。 面對老師關于新知識點的提問，認真思考，踴躍發言，結合生活經驗與對微課內容的理解參與討論，觀察老師展示的不同底座穩定性實驗，加深對新知識的理解。若有知識遺忘或混淆，主動向老師和同學請教。 以快速問答形式高效喚醒學生對微課知識的記憶，強化材料認知與插線要點掌握。通過現場直觀演示與引導，將 “兩點確定一條直線” 和 “增大底面接觸面積增加穩固性” 兩個關鍵知識點巧妙融入，為學生后續搭建交通信號燈模型提供理論支撐，培養學生知識遷移與應用能力，提升其搭建模型的科學性與合理性。 4分鐘
成品模型分析與創新啟發 將多個形式各異的交通信號燈成品模型展示在學生面前，引導學生觀察這些模型在外觀設計、結構搭建、功能實現等方面的不同之處。向學生提問：“大家看看這些模型，它們的搭建方式一樣嗎？都有哪些獨特的地方？” 鼓勵學生大膽發表自己的看法，針對學生的回答進行點評和拓展，如講解某種結構設計背后的原理或功能優勢，強調搭建方式的多樣性并非偶然，而是源于不同的思考角度和創新嘗試，引導學生從這些成品模型中汲取靈感，為自己接下來的搭建工作開拓思路。 認真觀察展示的成品模型，仔細比較它們之間的差異，積極思考老師提出的問題，踴躍舉手發言，分享自己觀察到的模型特點，有的模型使用了多層結構增強穩定性等。傾聽其他同學的觀點，相互學習，在老師引導下，深入思考這些獨特設計如何為自己的模型搭建帶來啟發，嘗試從不同角度構思自己后續搭建的創新方向。 通過直觀展示多種成品模型，讓學生切實感受到交通信號燈模型搭建形式的多樣性，打破思維定式。引導學生分析模型特點，激發學生的創新意識，促使學生在后續搭建過程中積極探索，嘗試新的設計和方法，培養學生的創新思維與實踐能力，為模型大比拼活動注入更多創意元素。 3分鐘
小組合作搭建交通信號燈模型 在學生動手搭建前，著重強調小組合作的重要性。清晰闡述搭建規則：每個小組需進行合理分工，安排成員分別負責搭建支架、連接電路等不同任務，最終將各部分組裝整合。為各小組分配搭建材料，并再次明確時間限制為 12 分鐘。在學生搭建過程中，巡回觀察各小組進展，適時給予指導和幫助，如提供技術支持、協調小組內分工矛盾等，但不過多干涉學生的創意和自主搭建過程。 以小組為單位，依據老師講解的規則，共同商議小組內部分工，確定各自負責的搭建任務。領取材料后，小組成員各司其職，搭建支架的同學充分運用材料，搭建穩固且具創意的結構；連接電路的同學專注于線路連接，確保電路通暢。 過程中，小組成員保持密切溝通，分享想法，共同解決遇到的問題，按要求將各部分逐步組裝成完整的交通信號燈模型，在規定的 12 分鐘內高效完成搭建任務。 通過明確小組合作規則與分工要求，培養學生的團隊協作能力與溝通能力，讓學生在合作中體會不同角色的職責與重要性。限定時間促使學生合理規劃時間，提升解決問題的效率。給予學生自主搭建空間，充分發揮學生的主觀能動性與創新思維，將之前所學知識與創意靈感轉化為實際成果，強化知識應用與實踐操作能力。 12 分鐘搭建+2分鐘講解規則=14分鐘
交通信號燈模型工程匯報 組織各小組依次進行工程匯報，向學生明確匯報重點為搭建過程中遭遇的困難、解決辦法、模型待改進之處以及活動收獲這三點。 在小組匯報時，認真傾聽，適時引導學生清晰闡述觀點，確保匯報內容詳實、有條理。對各小組匯報內容進行點評，肯定小組的努力與成果，針對存在的問題提出建設性意見，鼓勵小組間相互學習、共同進步。 各小組推選一名代表上臺進行匯報，匯報人結合小組搭建實際情況，詳細講述搭建時遇到的難題，如材料尺寸不匹配、電路連接故障等；分享小組如何齊心協力解決問題，像通過調整材料拼接方式、重新排查電路等；指出小組模型目前仍存在的不足，例如結構穩定性欠佳等；暢談通過本次搭建活動，小組成員在知識、技能、團隊協作等方面的收獲，如學會了新的電路連接方法、增強了溝通協作能力等。匯報結束后，認真傾聽其他小組匯報，汲取經驗，反思自身不足。 通過工程匯報，給予學生展示成果與反思過程的平臺，鍛煉學生的表達能力與總結歸納能力。 聚焦困難、改進點與收獲，促使學生深度反思搭建過程，強化問題解決思維，培養自我評估與持續改進意識。小組間相互交流匯報，促進知識與經驗共享，營造良好的學習氛圍，助力學生全面成長，為后續模型優化及類似活動積累經驗。 5分鐘
希沃白板知識點互動游戲挑戰 挑選兩組學生上臺參與希沃白板中的課堂互動游戲，游戲內容涵蓋本節課涉及的交通信號燈排列知識、搭建原理、材料特性等關鍵知識點。在游戲開始前，向全體學生清晰講解游戲規則，如答題方式、得分機制等，強調游戲旨在鞏固知識。在游戲過程中，鼓勵臺上兩組學生積極思考、快速作答，同時引導臺下學生為他們加油助威。游戲結束后，公布兩組得分情況，對學生在游戲中的表現進行點評，針對游戲中暴露的知識薄弱點再次簡要回顧和強調。 被選中的兩組學生興奮上臺，全神貫注投入游戲。在游戲過程中，迅速回憶本節課所學知識，積極思考，快速點擊希沃白板作答。臺下學生熱情高漲，為臺上同學吶喊助威，在觀看游戲過程中，也同步回顧知識點。參與游戲的學生根據得分情況，感受成功的喜悅或反思知識不足，未上臺的學生期待后續也能參與游戲，進一步加深對知識的掌握。 利用希沃白板互動游戲這一新穎形式，將枯燥的知識點融入趣味挑戰中，極大地吸引學生注意力，充分調動學生的課堂積極性和參與熱情。通過游戲競爭，促使學生主動回顧和運用知識，強化記憶，提升學習效果，同時培養學生的競爭意識和團隊協作精神，營造活躍的課堂氛圍，讓學生在輕松愉快的環境中鞏固所學知識。 2分鐘
課堂總結、任務升級與作業布置 教師引導學生回顧整節課，梳理交通信號燈排列方式、搭建原理及改進思路，強調小組合作與互動游戲的作用，幫助學生構建知識體系。隨即引入現實中交通信號燈多方向通行需求，提出制作簡易四向信號燈模型的升級任務，鼓勵學生思考運用所學優化模型。接著布置家庭作業，要求利用紙箱子、廢舊木質板等廢舊材料制作模型，強調功能性與創新性，提醒安全及合理安排時間。 學生認真聆聽，回顧課堂學習與實踐，反思收獲不足，明確重點知識。對新任務產生興趣，積極思考搭建思路，初步設想多方向信號指示的實現方法。課后，學生按要求收集材料，規劃制作流程，運用課堂知識技巧，安全且認真地完成作業，展現創意與能力。 此環節融合課堂小結、任務升級與作業布置，旨在讓學生明晰知識從課堂到生活應用的過程。 梳理知識脈絡，加深理解記憶，培養總結歸納能力；拓展思維，強化知識與生活聯系，提升解決復雜問題和創新能力；通過實踐性作業鞏固知識技能，培養動手、創新及環保意識，將課堂學習延伸至生活實踐，全方位提升學生綜合素養。 1分鐘
五、板書設計
1.大標題：交通信號燈模型大比拼（二）
改進意向：自動、智能、節能等。
2.搭建知識原理：兩點確定一條直線、增大底面接觸面積可以增加物體的穩固性。
3. 紅綠燈排列規則
水平式：紅左、黃中、綠右
垂直式：紅上、黃中、綠下
六、作業設計
實踐作業：利用家中現有材料，如紙盒、吸管等，搭建一個簡易的四向交通信號燈模型，拍照記錄并說明運用了哪些數學原理來保證底座的穩固性。
七、教學反思和改進
在“交通信號燈模型大比拼”課程的設計與實施過程中，我收獲了諸多寶貴經驗，也進行了深刻反思。 起初，依據專業耗材包內現成的搭建順序圖教學時，每次呈現的作品都與預期大相徑庭。這一狀況促使我重新審視教學思路：為何要以固定模式限制孩子，而不讓他們盡情發揮想象力？畢竟培養孩子的創新精神與發散思維，遠比整齊劃一的成果更為重要。基于此，我果斷轉變教學方式，從以往的步步引導轉變為給予孩子充分的自由發揮空間。事實證明，這一改變成效顯著。學生們呈現出的作品創意十足，從外觀造型上大膽創新，設計出獨特新穎的信號燈樣式。 不過，在賦予學生自由的同時，也暴露出一些問題。部分學生由于缺乏足夠的引導，在搭建初期顯得迷茫無措，不知從何下手，浪費了不少時間。
在小組合作環節，個別小組存在分工不明確的現象，導致部分學生參與度不均衡，有的過度主導，有的則參與不足。這讓我意識到，給予學生自由并不意味著完全放手，在前期需要更充分地激發學生的創意靈感，例如通過展示大量多樣化的案例拓寬他們的思路；在小組合作方面，要提前制定更清晰的規則與分工指導，確保每個學生都能在團隊中充分發揮作用。 在知識講解環節，對于一些抽象的概念，如電路連接原理，部分學生理解起來仍有困難，這反映出我在教學方法上可能不夠生動形象。后續應引入更多生活實例或采用直觀的演示方式，助力學生理解。同時，在時間把控上也有待優化，導致工程匯報環節有些倉促，部分小組未能充分展示成果與心得。 此次教學實踐讓我深刻認識到，在鼓勵學生創新的道路上，教師需要在給予自由與適度引導之間找到平衡。既要充分尊重學生的創意，又要為他們提供必要的支持與保障，幫助他們更好地將創意轉化為實際成果，在探索實踐中不斷提升綜合素養。

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