《新型交通超声波自动变换信号灯的研制》教案-2025-2026学年苏少版（新教材）初中综合实践活动八年级下册

《新型交通超声波自动变换信号灯的研制》教案-2025-2026学年苏少版（新教材）初中综合实践活动八年级下册一、学情分析八年级学生具备基础的物理常识与动手操作能力，对超声波、智能传感等科创内容兴趣浓厚，好奇心强，乐于探索生活中的科技应用。学生已接触简单电路、科学探究基本流程，但对超声波传感器工作原理、智能控制逻辑、装置系统整合的认知较零散；动手实践中，存在电路连接不规范、部件调试能力弱、创新设计思路局限等问题。同时，学生具备一定小组合作意识，但分工协作、问题研讨的条理性不足。本节课需依托教材具象案例，结合生活交通场景，通过原理拆解、案例分析、分步实操、小组协作，引导学生理解科创逻辑，提升实践与创新能力，契合八年级学生从具象思维向抽象思维过渡的认知特点。二、教材分析《新型交通超声波自动变换信号灯的研制》是苏少版（2026新教材）八年级下册第三单元《科创新天地》的参考活动1，属于技术探究与工程实践类活动。教材以“解决传统交通信号灯固定配时拥堵问题”为核心驱动，内容编排遵循“情境问题—原理认知—方案设计—模拟研制—调试优化”的科创实践逻辑，对应教材“情境导入、知识链接、方案设计、动手制作、调试改进”五大板块。教材先呈现传统信号灯弊端，引出超声波自动感应的创新思路；再讲解超声波测距、传感器工作原理、信号灯控制逻辑；接着引导学生设计制作方案、绘制示意图；最后指导学生用简易材料搭建模拟装置并调试。本节课承接前期简单手工、电路基础活动，是跨物理、技术、工程的综合实践课，侧重培养学生问题解决、工程设计、动手创新能力，为后续复杂科创项目、技术应用类活动奠定基础，是落实综合实践活动“技术创新与实践”核心素养的关键载体。三、核心素养教学目标依据2022版义务教育课程方案及苏少版新教材核心素养要求，结合活动特点，制定目标如下：技术意识：了解传统交通信号灯的局限性，认识超声波技术在交通领域的应用价值，理解智能交通“感知—分析—执行”的技术逻辑，建立科技服务生活、创新解决问题的技术认知。工程思维：经历“发现问题—原理学习—方案设计—模拟研制—调试优化”的工程实践流程，能结合材料特性设计合理的装置方案，绘制简易示意图，具备初步的工程设计与系统整合能力。创新能力：能针对传统信号灯弊端，提出基于超声波感应的改进思路，在装置结构、感应灵敏度、灯光切换逻辑等方面进行个性化创新设计，培养创新思维与实践创新能力。实践能力：掌握超声波传感器、LED灯、控制模块的基础连接方法，能规范使用工具搭建模拟装置，学会简单调试与故障排查，提升动手操作与问题解决能力。责任担当：认识智能交通对缓解拥堵、保障交通安全的重要意义，感受科技创新的社会价值，培养关注生活、勇于创新、服务社会的责任意识。四、教学重难点重点：理解超声波传感器的工作原理与信号灯自动变换的控制逻辑；掌握模拟装置的方案设计与核心部件连接方法。难点：结合实际交通场景设计合理的感应与控制方案；规范搭建装置并完成调试优化，解决连接故障、感应不准等问题。五、教学过程（一）情境导入，提出问题师：同学们，我们每天上学、放学都会经过路口，对交通信号灯非常熟悉。大家观察过传统交通信号灯的工作特点吗？它们是怎么变换的？

生1：传统信号灯是固定时间变换的，比如红灯30秒、绿灯30秒，不管有没有车。

生2：有时候路口一边车很多，另一边没车，信号灯还是按固定时间变，车多的方向会堵车。

师：大家观察得很细致！教材开篇就提到了这个问题——传统固定配时的交通信号灯，无法根据车流量动态调整时长，容易造成交通拥堵、通行效率低，甚至资源浪费。那能不能设计一种新型信号灯，能自动感知路口车流量，车多绿灯时间长、车少绿灯时间短，实现智能变换呢？

生：可以用传感器感应车辆！

师：没错！今天我们就一起来探究新型交通超声波自动变换信号灯的研制，看看如何用超声波技术解决这个生活中的交通难题，开启我们的科创之旅。

设计意图：结合生活交通场景，依托教材情境问题，通过师生对话引发学生共鸣，激发探究兴趣，明确活动核心任务，建立“生活问题—科技创新”的关联。（二）教材知识链接，拆解核心原理师：要研制超声波自动信号灯，首先得搞懂两个核心问题：超声波是什么？超声波传感器怎么感应车辆？信号灯怎么根据感应信号自动变换？我们一起学习教材“知识链接”板块的内容。认识超声波与超声波传感器

师：教材里提到，超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好、穿透能力强、遇到障碍物会反射，常用来测距、测速。超声波传感器就是利用这个原理工作的，大家看教材示意图（课件同步展示），传感器有发射端和接收端：发射端发出超声波，遇到车辆（障碍物）反射回来，接收端接收反射波，通过计算发射和接收的时间差，就能算出传感器和车辆的距离，判断有没有车辆、车流量多少。

师：简单说，超声波传感器就像“智能眼睛”，能感知路口有没有车辆、车辆多不多。自动变换信号灯的控制逻辑

师：教材中给出了信号灯的控制逻辑，我们一起梳理：第一步，超声波传感器实时检测路口各个方向的车流量；第二步，控制模块（相当于“大脑”）分析传感器传来的数据，判断哪个方向车多、哪个方向车少；第三步，控制模块发送指令，控制红、黄、绿LED灯自动变换时长——车流量大的方向，绿灯时长延长；车流量小的方向，绿灯时长缩短；没有车辆时，保持红灯或黄灯警示。

师：大家用一句话总结这个逻辑？

生：超声波传感器感知车流量，控制模块指挥信号灯自动变换时长。传统与新型信号灯对比师：我们结合教材表格，对比传统信号灯和超声波自动信号灯的区别：对比维度传统交通信号灯超声波自动变换信号灯变换依据固定时间实时车流量通行效率易拥堵、效率低动态调整、效率高智能程度无感知、固定模式智能感知、自动调节师：通过对比，大家是不是更清楚新型信号灯的优势了？接下来我们就基于这个原理，设计并制作简易模拟装置。

设计意图：依托教材知识链接与示意图，通过通俗讲解、师生问答、表格对比，拆解抽象原理，降低理解难度，让学生掌握核心技术逻辑，为后续方案设计与制作奠定理论基础，落实技术意识与工程思维。（三）教材方案设计，绘制制作草图师：原理我们懂了，接下来进入教材“方案设计”板块，小组合作，设计简易超声波自动变换信号灯的模拟装置方案，绘制示意图。明确制作材料（教材推荐）

师：教材推荐的简易材料有：超声波传感器模块、红黄绿LED灯各2个、控制主板（简易单片机/Arduino板）、导线、电池盒、塑料底座、支架、剪刀、胶带等。我们用这些材料搭建模拟路口，实现基础感应与灯光变换功能。小组讨论，确定设计思路

师：结合教材设计要求，小组讨论3个问题：①模拟装置要模拟几个路口方向？（建议2个方向：东西、南北）②超声波传感器安装在什么位置？（安装在模拟路口上方，正对车道）③灯光变换的简单逻辑怎么设定？（有车方向绿灯亮，无车方向红灯亮；车多绿灯时间长，车少时间短）。

（学生小组讨论，教师巡视指导，引导学生结合实际简化逻辑，贴合简易制作条件）绘制示意图，完善方案

师：参考教材示意图，小组绘制装置设计草图，标注：各部件位置（传感器、LED灯、主板）、导线连接方式、材料使用说明、灯光变换逻辑说明。

（学生绘制草图，教师巡视，针对草图不清晰、部件位置不合理、逻辑不完整的小组，结合教材案例指导修改）

师：请小组代表展示草图，说说设计思路，其他小组结合教材要求补充建议。

生（小组代表）：我们设计2个方向，每个方向有红黄绿3个LED灯，传感器装在路口中间上方，连接主板，主板控制LED灯，有车的方向绿灯亮10秒，没车的方向红灯亮。

师：设计很合理，贴合简易制作要求，简化了逻辑，容易实现，符合教材“简易模拟”的设计原则。

设计意图：依托教材方案设计板块，明确材料与要求，通过小组讨论、草图绘制、展示交流，引导学生将理论原理转化为具象设计方案，培养工程设计与创新思维，落实工程思维与创新能力。（四）教材动手制作，搭建模拟装置师：方案确定后，我们进入教材“动手制作”板块，小组合作，按照设计草图，搭建简易超声波自动变换信号灯模拟装置，注意规范操作、安全用电、部件连接牢固。部件组装，搭建底座支架

师：第一步，用塑料底座和支架搭建模拟路口框架，固定2组LED灯（每组红、黄、绿各1个），分别对应东西、南北方向，LED灯间距均匀，排列整齐。

（学生动手组装，教师巡视，指导学生用胶带固定牢固，避免松动）核心部件连接（教材接线图指导）

师：第二步，参考教材接线示意图，连接电路，这是关键步骤，大家注意：①超声波传感器的VCC、GND、OUT引脚，分别用导线连接到控制主板的对应接口；②红黄绿LED灯的正极、负极，通过导线连接到主板的输出接口，区分正负极，避免接反；③电池盒连接主板电源接口，确保供电稳定。

（学生分组接线，教师巡视，手把手指导接线不规范的小组，强调“导线连接要拧紧、接口接触良好、正负极不接反”，避免短路）

师：接线完成后，小组自查，对照教材接线图，检查连接是否正确，有无松动、短路隐患。整体调试，初步测试

师：第三步，安装电池，接通电源，初步测试：用手或书本模拟车辆，靠近超声波传感器，观察LED灯是否按照设计逻辑变换——有模拟车辆的方向绿灯亮，无车辆的方向红灯亮。

（学生初步测试，教师巡视，记录常见问题：传感器无反应、LED灯不亮、灯光变换混乱）

设计意图：依托教材动手制作板块，分步拆解制作流程，结合接线图指导实操，强调规范与安全，培养学生动手操作能力与小组协作能力，落实实践能力；通过初步测试，发现问题，为后续调试优化铺垫。（五）教材调试改进，优化装置功能师：初步测试后，很多小组遇到了问题，没关系，科技创新就是在“制作—调试—改进”中完善的，这也是教材“调试改进”板块的核心要求。我们一起分析常见问题，结合教材改进建议，优化装置。常见问题分析（教材案例）

师：教材中列举了3个常见故障，我们对应排查：①超声波传感器无反应：可能是接线松动、正负极接反、传感器损坏；②LED灯不亮：可能是电源没电、LED灯正负极接反、导线断路；③灯光变换混乱：可能是传感器灵敏度太高/太低、控制逻辑设置不合理。针对性调试改进

师：针对“传感器无反应”：重新拧紧导线，检查正负极连接，更换新电池，重新测试；针对“LED灯不亮”：调换LED灯正负极，检查导线是否断裂，重新连接；针对“灯光变换混乱”：调整传感器安装高度（过高灵敏度低、过低易误判），简化控制逻辑，固定基础变换时长。

（学生小组调试改进，教师巡视，针对难点问题，结合教材案例示范指导，引导学生多次测试、反复调整）功能优化创新（教材拓展思路）

师：在基础功能实现后，大家可以参考教材拓展思路，进行简单创新：①增加黄灯过渡：绿灯结束后，黄灯亮3秒，再变红灯；②调整感应灵敏度：车流量大（多辆车靠近）时，绿灯时长延长到15秒；车流量小（1辆车靠近）时，绿灯时长缩短到8秒。

（学生自主优化，教师鼓励个性化创新，尊重不同小组的设计思路）

设计意图：依托教材调试改进板块，结合案例分析故障，引导学生排查问题、优化装置，经历工程实践的迭代过程，培养问题解决能力与创新意识，落实实践能力与创新能力；鼓励个性化优化，尊重创新差异。（六）成果梳理，总结科创流程师：经过大家的努力，各小组都完成了简易超声波自动变换信号灯的模拟装置，有的还实现了创新优化。我们一起回顾教材整个活动流程，梳理科创实践的核心步骤。

师：从最开始发现传统信号灯拥堵问题，到学习超声波原理，再到设计方案、动手制作、调试改进，我们完整经历了**“问题发现—原理探究—方案设计—动手制作—调试优化”**的科创实践流程。这个流程不仅适用于今天的信号灯研制，也适用于所有科技创新项目。

师：大家结合教材内容，说说每个步骤的核心要点是什么？

生1：问题发现要关注生活，找真实存在的问题。

生2：原理探究要学懂核心知识，知道科技原理怎么用。

生3：方案设计要结合材料，合理设计，画好示意图。

生4：动手制作要规范操作，连接牢固，注意安全。

生5：调试改进要耐心排查问题，不断优化功能。

师：总结得非常全面！这就是科技创新的核心逻辑，希望大家记住这个流程，以后遇到生活中的问题，也能像今天一样，用科技思维去探究、去创新。

设计意图：回归教材整体内容，梳理科创实践流程，提炼核心要点，帮助学生构建完整的活动认知，强化工程思维与创新意识，实现从“实践操作”到“方法内化”的提升。六、小结师：今天我们通过一节课的时间，完整完成了《新型交通超声波自动变换信号灯的研制》综合实践活动。谁来说说，你这节课有哪些收获？

生1：我知道了超声波能测距，超声波传感器可以感应车辆，了解了智能交通信号灯的工作原理。

生2：我学会了设计科创装置方案，绘制示意图，还会用简易材料搭建模拟装置，连接电路。

生3：我掌握