資源簡介

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第7.3課《自動巡線守交規》教學設計
課題 自動巡線守交規 單元 第七單元 學科 信息科技 年級 六年級
核心素養目標 信息意識：理解灰度傳感器通過反射光強度識別黑線與白地，關注多傳感器協同工作對自動駕駛的必要性，形成數據驅動決策的思維。計算思維：能用雙傳感器狀態判斷偏離方向，分解巡線問題為“檢測-判斷-調整”邏輯步驟，通過條件語句實現閉環控制與動態糾偏。數字化學習與創新：使用圖形化編程實現巡線邏輯，通過實驗調試轉彎參數，利用傳感器數據診斷跑偏原因，設計多場景測試優化算法。信息社會責任：討論自動駕駛安全冗余設計的意義，思考車路協同對交通效率的影響，辯證看待技術替代人工駕駛的倫理問題。
教學重點 掌握雙灰度傳感器檢測黑線原理與"檢測-判斷-調整"閉環控制邏輯，實現小車沿黑線穩定巡線。
教學難點 精準協調傳感器數據與電機轉向參數，解決轉彎幅度過大導致的晃動及十字路口誤判問題。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 在生活實際中，汽車要在正確的道路上行駛才能保證安全。道路除了有直線部分以外，還有曲線部分。駕駛員通過觀察路面狀況、周邊場景和交通標志，能將汽車保持在道路中間行駛。汽車在無人操控的情況下，也要能實現這一功能。想一想：小車是如何知道要沿著黑線行駛的呢？小車通過底部的灰度巡線傳感器來檢測道路顏色，當傳感器識別到黑線時，就會向控制中心發送信號，從而引導小車沿著黑線行駛。思考：自動巡線技術有哪些實際應用？自動巡線技術在工業自動化、智能家居、自動駕駛等領域都有廣泛應用，如物料搬運機器人、掃地機器人、自動駕駛等。想象一下，小車通過內置的灰度巡線傳感器，能夠智能識別道路，自動沿著黑線軌跡行駛，這就是自動巡線技術的神奇之處。灰度巡線傳感器，作為小車的“智慧之眼”，通過感知道路顏色變化，引導小車沿著黑線安全、穩定地前行。播放視頻《自動巡線小車測試》。 課程新知導入。完成思考題。觀看教學視頻。 幫助學生理解自動巡線要實現的功能引導學生理解灰度傳感器通過反射光強度識別黑線與白地，關注多傳感器協同工作對自動駕駛的必要性。通過視頻吸引學生的注意力。
講授新課 新知講解：一、分析自動巡線的基本原理自動巡線的原理在生活中，汽車要保持在路中間行駛，都是通過以下方法來實現的：（1）觀察前方道路；（2）根據道路兩側的交通標志線，判斷中間位置；（3）如果發現自己偏離中間位置，就調整前行的方向，回到中間位置繼續前進。為了保證交通安全，道路一般都有清晰的標識。開動腦筋小組討論：汽車如何自動感知道路“中間”并保持沿著車道中間行駛呢？自動駕駛汽車上的“眼睛”如攝像頭、顏色傳感器等，可以辨別車道線。根據傳感器采集到的數據，計算出道路的“中心線”，并指揮汽車沿著“中心線”行駛。具體來說，當汽車向左或向右偏離了“中心線”時，就指揮車向相反的方向轉一定角度，回到“中心線”上，讓汽車盡量保持沿著道路中間行駛。這種控制汽車沿著某條“線”行駛的方法，叫作巡線行駛。二、模擬控制自動巡線的過程自動巡線的過程在小車模型的基礎上，增加“灰度巡線傳感器”作為輸入設備，通過運算控制小車的行駛狀態，讓小車自動沿道路中間行駛，實現自動巡線功能如下圖所示。信息鏈接灰度巡線傳感器上安裝有一個發光二極管和一個光敏電阻，發光二極管發出光線遇到檢測面后反射至光敏電阻。在此過程中，不同顏色的檢測面對光線的反射程度不同，淺色的檢測面反射較多光線，而深色的檢測面反射較少光線。光敏電阻檢測反射光線的強度，并將其轉換為信號傳遞給控制中心，從而判斷當前檢測面的顏色。開動腦筋根據前面的知識，小組討論：如何結合“巡線行駛”的方法與灰度巡線傳感器的原理，控制小車沿著黑線行駛呢？①如何用兩個灰度傳感器區分黑線與白地？②當左/右傳感器檢測到黑線時，小車該往哪邊轉彎？③程序需要循環判斷還是單次執行？④怎樣讓小車轉彎幅度不晃悠？⑤遇到十字交叉線怎么辦？⑥如果小車跑偏，可能是什么原因？結合實驗數據和小車模型，像偵探一樣一步步解決問題！如果小車上裝有P1和P2兩個灰度巡線傳感器，實現“巡線功能”的方法見下表。小車在行駛過程中一直執行“巡線功能”，就可以保持沿著黑線軌道行駛。探究實踐理解控制自動巡線的基本原理實驗目的：理解控制自動巡線的基本原理。實驗設計：小組合作，完善自動駕駛模擬小車模型，編寫程序，控制小車在模擬道路上，沿著黑線行駛。實驗準備：搭建好的小車模型、灰度巡線傳感器、巡線圖等。實驗過程：（1）搭建自動巡線小車模型。在小車模型上正確安裝好灰度巡線傳感器用連接線與主控板連接。實驗過程：（2）檢測黑白線。打開串口監視器將灰度巡線傳感器分別放在巡線圖的黑線與白色處，反復測試，完成下表，為后面的程序編寫做準備。實驗過程：（3）編寫程序。實驗過程：（4）運行程序，根據小車巡線的實際情況，修改完善程序。三、練習提升1.在“自動巡線”小車中，能“識別黑線”的傳感器是灰度巡線傳感器。2.以下關于“巡線的原理”說法正確的是（ C ）A.“巡線”巡的只能是黑線B.灰度巡線傳感器能直接識別顏色，并返回具體的顏色名稱給主控板C.灰度巡線傳感器檢測的是不同顏色對紅外線的反射強度差別D.只要可以識別到黑色，小車就可以巡線行駛3.思考并討論，“巡線行駛”會受哪些因素影響。巡線行駛主要受傳感器靈敏度、環境光線、小車硬件、程序算法和線路設計影響。比如傳感器不夠靈敏或安裝太高可能檢測不準，強光或反光會干擾數據，輪子打滑或電機反應慢導致控制不穩，程序參數沒調好會讓小車“搖頭晃腦”，而線太細、彎太急或有污漬也會讓小車迷路。簡單來說，得讓傳感器準、環境穩、小車靈活、程序聰明、線路清楚才行！四、拓展延伸現實中的自動駕駛技術探秘感知系統的“超級眼睛”：自動駕駛汽車通過激光雷達、攝像頭和毫米波雷達，像人類感官一樣實時捕捉道路信息。AI大腦的決策奧秘：車載計算機用人工智能算法分析數據，瞬間判斷加速、轉向或剎車動作。高精度地圖導航：比普通地圖精確到厘米級，車輛能提前“記住”彎道、紅綠燈位置和障礙物分布。安全冗余設計：關鍵系統（如剎車、供電）均配備雙備份，確保單一故障不會引發事故。真實路測與虛擬仿真：數百萬公里虛擬測試+真實道路試跑，不斷優化應對暴雨、擁堵等復雜場景的能力。未來交通的“車路協同”：車輛與紅綠燈、其他汽車聯網通信，形成全局智慧交通網絡，提升通行效率。單元回顧與評價：單元回顧交流評價：這次自動巡線課程真是讓我大開眼界。我學會了灰度巡線傳感器如何幫助小車“看見”道路，并沿著黑線前進。真的很有趣，也讓我對科技充滿了興趣！ 討論汽車如何自動感知道路“中間”并保持沿著車道中間行駛呢？完成理解控制自動巡線的基本原理實驗。完成練習題。暢想自動駕駛對未來生活的影響。回顧單元內容。 通過討論加強學生對自動巡線的理解。引導學生用雙傳感器狀態判斷偏離方向，分解巡線問題為“檢測-判斷-調整”邏輯步驟，通過實驗加強學生對知識點的掌握。通過問題鞏固所學知識點。拓展學生的知識點。幫助學生鞏固本單元的內容。
課堂小結 自動巡線守交規1.進行新知引入2.了解自動巡線的基本原理3.體驗編程模擬控制自動巡線的過程4.完成課堂練習5.進行知識拓展 總結回顧 對本節課內容進行總結概括。
課后作業 請編寫一個程序，實現自動巡線的過程。小組分享對控制自動巡線的基本原理的理解。完成PPT39-40頁的練習題。 布置作業 拓展學生的學習能力
課堂板書 觀看板書 強調教學重點內容。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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