RB04 红绿灯
课程概述
- 课程名称：见标题
- 课程时长：40 分钟 × 2
- 课程内容：程序控制若干 LED 模拟路口红绿灯交替亮灭效果
- 学生群体：3~6 年级
本课内容参考来源：
1. 《树莓派初级课程V1（吴俊杰老师18课时）》第 5 课
2. 课件 1.0 初级 1，第 04 课
3. 酌情增删内容
教学目标
考察点
- 红绿灯的概念
- 小灯安装。（需要延长线，连接非 LED 专用插座）
- 懂得条件语句的使用
- 懂得循环的基本使用
知识与技能
- 条件循环、无限循环
- 变量
- 流程图
- 布尔值，逻辑运算
情感价值和学科交叉
- 红绿灯和交通安全
难点和注意事项
- 变量的理解和使用
- 多组控制的协同
- 杜邦线连接的操作，公母头，连线接头的对应
教学准备
课堂教学活动
暖场（10分钟）
活跃气氛，复习上节课内容，引入本节课主题
复习：
- 流水灯
- 红外手势控制流水灯
课堂讲解：红绿灯 （60分钟）
教学提纲：
- 前篇
- 任务一：简单红绿灯（流水灯）
- 任务二：一个方向的红绿灯
- 任务三：使用变量让程序易读
- 无限循环
- 后篇
- 任务四：使用杜邦线制作第二个方向的红绿灯；
- 任务五：两个方向的红绿灯
- 回顾变量的概念和使用
- 扩展内容 （根据学生程度酌情加入，不影响主线课程进度）
- 流程图
授课内容：详见下文“讲义”部分。
巩固练习和作业
- 真正的红绿灯两个方向的黄灯不是同时亮的
- 可否用基础里的设置GPIO（）为（）命令替换控制小灯开关的命令；
- 用调试输出显示倒计时；
- 过马路功能：按下按钮，将黄闪过几秒后改为绿灯且对向从绿、黄改变为红灯
总结与点评（10分钟）
(回顾课程知识点，根据情况提问。如果有学生作品，邀请学生上台演示、讲解。)
思考题：
- 什么是变量？
- 引入变量是否让程序更容易编写？
讲义 (完整授课内容和补充知识)
任务一：最简单的红绿灯
什么是红绿灯？
红绿灯由红、黄、绿三种颜色的灯交替亮灭，达到警示提醒的作用。其中红灯和绿灯亮的时间长一些，黄灯亮的短一点，三灯亮的顺序为：红——黄——绿。
红绿灯在现代交通体系中占据十分重要的地位。
最简单的红绿灯看起来是一个三色流水灯。
操作：将红黄绿三色 LED 分别插入 5、6、12 号插座。用制作流水灯的方法制作简单的红绿灯。
任务二：一个方向上的红绿灯；无限循环
红绿灯需要全天候工作，因此，需要一个无限循环。
在学习无限循环之前，我们需要了解无限循环通常是应该尽量避免的。任何循环终归需要一个结束循环的条件。所以实际上我们需要的是一个“条件”循环，意思是当某种条件满足时就会执行循环体的内容，否则就会终止。
我们用一个条件循环，将条件设置为始终为真的变量就可以实现无限循环。我们来做一个更加接近真实的红绿灯，黄灯亮的时间短于红灯和绿灯：
其中“真”这块积木在“条件”分组中。它是一个布尔值。实际上在编程中，所有的条件检查都是在检查布尔值“真”或“假”，条件为“真”时就表示条件满足，否则不满足。
简单实验一下即可。在后续的实验中，还是采用限定重复次数的循环。
任务三：使用变量
为了让程序易读，我们引入变量来标记红黄绿灯。 标准的控制灯光的积木不接受变量，因此改为直接使用 GPIO 控制。
任务四：两个方向的红绿灯
红绿灯分为前后左右四个方位，如果将前后当作一个方向，左右就是另一个方向。尝试做出两个方向上的红绿灯，让作品更接近现实。
硬件连接：
首先需要用杜邦线连接 LED 和 GPIO。将红黄绿 LED 的正极通过线缆分别插入 GPIO 3，2，17。负极接地（GND）。
首先尝试在这个新增的方向（方向 2）上做出红绿灯，控制方式不使用直接控制小灯的积木，而是直接用 GPIO 的控制积木。之所以这样做，是因为我们需要用变量来操作。当逻辑逐渐复杂时，数字编号会使程序难以阅读。
前面已经用变量控制了一个方向的红绿灯。我们现在新建一组变量来控制第二个方向的红绿灯。可以简单复制第一个方向的代码。
流程图
方向1和方向2两组红绿灯需要协同工作。逻辑似乎有点复杂，我们来用一个新的工具“流程图”来梳理整个工作过程。
如下流程图，展现了顺序和循环结构：（图后补，这里是额外扩充内容，根据课堂进度，可详细介绍流程图的使用或一句带过）
任务五：两个方向的红绿灯协同
按照流程图，我们来编写脚本。
变量
什么是变量？ 变量就是装东西（值、大小）的盒子
变量的作用？ 暂时存放当前（这一次）的取值
下次可以取出来用（比如，进行条件判断）
变量需要先“赋值”（初始化）再使用。
变量在使用过程中，可以改变它的值，所以叫做“变”量
课件
根据本教学计划和讲义，以及具体授课对象编写。
文件名应为：
RB04-红绿灯.pptx