Проект для 5-6 классов: интерактивный светофор на Arduino

Светофор: знакомый объект, новый взгляд

Каждый ученик видит светофор каждый день. Красный — стой, жёлтый — внимание, зелёный — иди. Но мало кто из детей задумывается, как светофор работает изнутри. Кто решает, когда переключать цвета? Сколько секунд горит каждый сигнал? Почему пешеходный светофор мигает перед выключением?

Проект «Интерактивный светофор» превращает знакомый объект в учебный инструмент. Ученик не просто собирает и программирует устройство — он начинает понимать логику, которая управляет городской инфраструктурой.

Целевая аудитория: 5-6 классы.

Время: 2 урока по 40 минут.

Оборудование на каждое рабочее место:

• Arduino Uno
• 3 светодиода: красный, жёлтый, зелёный
• 3 резистора 220 Ом
• Кнопка (тактовая)
• Макетная плата
• Провода-перемычки
• USB-кабель

Урок 1: Базовый светофор (40 минут)

Часть 1: Сборка схемы (10 минут)

Подключите три светодиода к Arduino:

• Красный: анод → пин 4 через резистор, катод → GND
• Жёлтый: анод → пин 3 через резистор, катод → GND
• Зелёный: анод → пин 2 через резистор, катод → GND

Расположите светодиоды на макетной плате вертикально, как на настоящем светофоре. Это создаёт визуальное сходство и помогает ученикам ассоциировать проект с реальным объектом.

Совет для учителя: заранее подготовьте фото или схему подключения на проекторе. Ученики 5-6 классов ещё не работали с электроникой, поэтому визуальная опора критически важна.

Часть 2: Первая программа — последовательное переключение (15 минут)

В CodeStudio создайте проект Arduino:

```cpp

void setup() {

pinMode(4, OUTPUT); // красный

pinMode(3, OUTPUT); // жёлтый

pinMode(2, OUTPUT); // зелёный

}

void loop() {

// Красный

digitalWrite(4, HIGH);

delay(5000);

digitalWrite(4, LOW);

// Жёлтый

digitalWrite(3, HIGH);

delay(2000);

digitalWrite(3, LOW);

// Зелёный

digitalWrite(2, HIGH);

delay(5000);

digitalWrite(2, LOW);

// Мигающий зелёный

for (int i = 0; i < 3; i++) {

digitalWrite(2, HIGH);

delay(300);

digitalWrite(2, LOW);

delay(300);

}

// Жёлтый

digitalWrite(3, HIGH);

delay(2000);

digitalWrite(3, LOW);

}

`

Разберите каждый блок с учениками. Обратите внимание на цикл for — это новая конструкция для мигающего зелёного.

Часть 3: Обсуждение и эксперименты (15 минут)

Задайте ученикам вопросы:

• Сколько секунд длится полный цикл светофора?
• Почему жёлтый горит меньше, чем красный и зелёный?
• Что произойдёт, если поменять задержки?

Дайте ученикам 10 минут для экспериментов:

• Изменить длительность каждого сигнала
• Добавить режим «ночной светофор» — мигающий жёлтый
• Попробовать другую последовательность цветов

Урок 2: Интерактивный светофор (40 минут)

Часть 1: Добавляем кнопку пешехода (15 минут)

Настоящий пешеходный светофор имеет кнопку — пешеход нажимает, и через некоторое время загорается зелёный для пешеходов. Реализуем это:

1. Подключите кнопку к пину 7 и GND

2. Модифицируйте программу: когда кнопка нажата, светофор переключается на пешеходный режим

Логика работы:

• В обычном режиме — автомобильный светофор работает по циклу
• При нажатии кнопки — через 3 секунды автомобильный светофор становится красным, а пешеходный (зелёный) включается на 10 секунд
• Затем пешеходный мигает и гаснет, автомобильный возвращается к циклу

Это задание вводит понятие прерывания — программа реагирует на внешнее событие.

Часть 2: Обратный отсчёт (10 минут)

Для продвинутых учеников: добавьте обратный отсчёт в монитор порта. Когда горит красный, в мониторе отображается:

`

Красный: осталось 5 секунд

Красный: осталось 4 секунды

Красный: осталось 3 секунды

...

`

Это учит работе с Serial.print() и циклами с обратным отсчётом.

Часть 3: Творческие задания (15 минут)

Предложите ученикам выбрать одно или несколько заданий:

• Светофор для перекрёстка — два светофора работают синхронно (когда на одном красный, на другом зелёный)
• Аварийный режим — при длительном нажатии кнопки все светодиоды мигают красным
• Светофор с зуммером — звуковой сигнал для слабовидящих пешеходов
• Умный светофор — датчик движения определяет, есть ли пешеходы, и автоматически переключает сигнал

Педагогическая ценность проекта

Что изучают ученики

Связь с реальной жизнью

Обсудите с учениками:

• Как работают адаптивные светофоры в крупных городах — они анализируют поток транспорта и корректируют длительность сигналов
• Почему в Астане и Алматы устанавливают умные светофоры с датчиками
• Кто такой инженер-транспортник и чем он занимается
• Как программирование используется в управлении городом

Вариант для Scratch-режима

Для учеников, которые ещё не знакомы с текстовым программированием, CodeStudio позволяет собрать светофор из Scratch-блоков:

• Блок «Включить пин» / «Выключить пин»
• Блок «Ждать N секунд»
• Блок «Повторить N раз»
• Блок «Если кнопка нажата»

Параллельно ученик видит сгенерированный C++-код и постепенно привыкает к текстовому синтаксису.

Оценивание

• Сборка схемы — 25 баллов (правильное подключение всех компонентов)
• Базовый светофор — 25 баллов (последовательное переключение)
• Интерактивность — 25 баллов (реакция на кнопку)
• Творческое задание — 25 баллов (любое расширение)

Проект «Интерактивный светофор» показывает ученикам, что программирование — это не абстрактная наука, а инструмент, который управляет реальным миром вокруг них.