資源簡介

(共42張PPT)
第7單元 第2課
（湘科2024版）六年級
下
自動避障護安全
1
核心素養目標
3
活動目標
5
練習提升
7
拓展延伸
2
新知導入
4
新知講解
6
開拓視野
活動日志
8
01
核心素養目標
信息意識
計算思維
數字化學習與創新
信息社會責任
討論自動駕駛倫理（如保護行人優先），知道人類是技術責任主體，客觀看待智能設備的局限性，堅守安全底線。
動手搭建帶傳感器的小車模型，編寫避障程序并調試參數，嘗試擴展車燈警示、蜂鳴報警等創新功能。
能將避障分解為“感知-判斷-執行”步驟，用差速轉向邏輯編程控制小車轉彎，通過調試參數優化繞行路徑。
理解傳感器在避障中的作用，知道激光測距、超聲波測距獲取障礙物距離的原理，感知環境數據對智能決策的價值。
02
新知導入
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
駕駛員在駕駛汽車行進的過程中，如果遇到前方有障礙物或慢行的車輛，能在保證安全的情況下避讓和繞行。自動駕駛汽車也應具備這樣的基本功能。那么，自動駕駛汽車是如何發現障礙物并進行避讓和繞行的呢？
02
新知導入
機器更適合處理哪種類型的避障場景？
規則明確的突發障礙，例如固定物體的突然出現，機器能毫秒級響應預設方案。
02
新知導入
思考
為什么說完全自動駕駛仍需要人類制定倫理規則？
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
機器無法自主判斷“保護行人還是乘客”等道德困境，必須由人類預設優先策略。
02
新知導入
在我看來，計算機計算機依靠傳感器來接收外界的信息。就像我們的眼睛和耳朵一樣，傳感器可以感知光、聲音、溫度、壓力等各種物理量，并將這些信息轉化為電信號。例如，攝像頭就是一種圖像傳感器，它可以將外界的圖像轉化為數字信號，讓計算機能夠處理和分析。編碼就像是一個神秘的密碼世界。它雖然看不見摸不著，卻在計算機的世界里起著非常重要的作用。
汽車通過超聲波傳感器實時檢測前方障礙物距離，當小于20cm安全閾值時，主控板觸發左輪減速30%、右輪加速40%的差速轉向程序，持續1秒后恢復雙輪同速直行，完成閉環避障動作。
汽車自動避障需經歷“傳感器測距→判斷轉向方向→差速轉彎繞過障礙→恢復直行”的完整閉環控制過程。
02
新知導入
03
活動目標
了解小車避障的基本過程。
體驗編程實現自動控制避障的過程。
04
新知講解
一、分析避障的基本過程
汽車避障的基本過程可以分解為以下幾個步驟：
1.判斷與障礙物的距離；
2.轉向繞過；
3.繼續直行。
避障的基本過程
04
新知講解
在轉向繞行的過程中，汽車首先左轉，然后右轉，再恢復到原來的行駛狀況。
開動腦筋
小組討論：汽車怎樣實現自動繞行？如何判斷與障礙物的距離？
04
新知講解
小車就像聰明的遙控車——它用前端的“眼睛”（傳感器）發出聲波，碰到障礙物會彈回來，根據回聲時間算出距離（比如0.1秒≈17厘米）。當距離太近時，小車會左轉繞開（左輪慢轉，右輪快轉，像畫個半圓），繞過后再直行繼續前進，就像我們騎自行車繞過水坑一樣簡單！
04
新知講解
二、實現小車模型的轉彎
汽車轉彎時，外側車輪走過的路徑比內側更長，所以外側車輪的轉速比內側車輪快才能實現轉彎。
小車模型的轉彎
04
新知講解
轉彎的角度與小車的初始速度和兩個車輪的速度差相關。在繞行的過程中，轉彎的角度既不能太大也不能太小。
探究實踐
探究繞行轉彎速度控制
實驗目的：探究繞行轉彎速度控制。
04
新知講解
探究實踐
探究繞行轉彎速度控制
實驗設計：通過調整小車的速度以及設置左右兩個輪子的不同轉速，設置合適的繞行參數。
04
新知講解
探究實踐
探究繞行轉彎速度控制
實驗準備：主控板、擴展板、直流減速電機、小車底座、編程計算機、USB連接線。
04
新知講解
探究實踐
探究繞行轉彎速度控制
4.實驗過程：（1）搭建并連接好小車模型，編寫程序。
04
新知講解
探究實踐
探究繞行轉彎速度控制
4.實驗過程：（2）運行程序，調整初速度和速度差，觀察并記錄轉向情況。
04
新知講解
序號 初始速度 M1 轉速 M2 轉速 轉向效果
1 4 2 3 減慢
04
新知講解
三、實現小車模型的自動避障
要實現“自動避障”功能，需要檢測小車與障礙物的距離。系統根據感知結果，控制執行“繞行”等駕駛操作，主動避開障礙，保證車輛安全行駛。
小車模型的自動避障
信息鏈接
激光測距傳感器的工作原理
激光測距傳感器利用激光來測量到被測物體的距離，其工作原理與超聲波測距原理類似。由激光發射器向被測目標發射激光反射回來的激光由激光接收器接收。根據激光從激光器到被測目標之間的往返時間，就可以算出待測目標的距離。
04
新知講解
探究實踐
探究實現自動避障的控制方法
實驗目的：探究實現自動避障的控制方法。
04
新知講解
探究實踐
探究實現自動避障的控制方法
實驗設計：利用超聲波傳感器測量小車與障礙物之間的距離，控制小車在行駛中遇到障礙物時，自動繞行。
04
新知講解
探究實踐
探究實現自動避障的控制方法
實驗準備：小車模型、主控板、擴展板、超聲波傳感器、編程計算機。
04
新知講解
探究實踐
探究實現自動避障的控制方法
實驗過程：1、將超聲波傳感器安裝在小車正前方。
04
新知講解
探究實踐
探究實現自動避障的控制方法
實驗過程：2、編寫程序。
04
新知講解
探究實踐
探究實現自動避障的控制方法
實驗過程：3、上傳并運行程序。在小車行進路線上設置障礙，調整車速、左右輪轉速和探測距離等參數，直到小車能正確完成自動繞行。
04
新知講解
05
練習提升
以下關于控制小車左轉彎的方法，錯誤的是（ D ）
A.左側輪子向后轉，同時右側輪子向前轉
B.左側輪子不動，右側輪子向前轉
C.左側輪子慢速向前轉，右側輪子快速向前轉
D.左側輪子快速向前轉，右側輪子慢速向前轉
05
練習提升
2.為自動駕駛小車裝上小燈，并實現左轉彎亮左后燈，右轉彎亮右后燈停車時兩個后燈同時亮起。
我們可以使用控制板連接兩個后燈（左后燈和右后燈），然后編寫一個簡單的程序。程序會根據小車的行駛狀態（左轉彎、右轉彎、停車）來控制燈的開關。左轉彎時亮左后燈，右轉彎時亮右后燈，停車時兩個后燈同時亮起。通過傳感器檢測小車的行駛狀態，并根據狀態控制燈的亮滅。
05
練習提升
3.為自動駕駛小車添加遇到障礙蜂鳴器報警功能。
我們可以為自動駕駛小車添加一個蜂鳴器，并通過編程來實現遇到障礙時蜂鳴器報警的功能。具體思路是：將蜂鳴器連接到控制板的一個輸出引腳，然后在程序中設置條件判斷。當小車通過傳感器檢測到前方有障礙物時，控制板會發送信號給蜂鳴器，使其發出警報聲，提醒使用者注意。
06
開拓視野
自動駕駛的等級
L0級是無自動化，駕駛員完全操控車輛。L1級為駕駛輔助，車輛能在特定功能上協助，如定速巡航，駕駛員仍要掌控大部分操作。L2級是部分自動化，像自動跟車和車道保持可以同時實現，但駕駛員要時刻監督。L3級是有條件自動化，在特定場景下車輛可自行駕駛，但遇復雜情況要駕駛員接管。L4級是高度自動化，在多數場景下車輛能自動駕駛，很少需要人干預。L5級則是完全自動化，車輛能在所有環境和條件下自動駕駛，無須駕駛員介入。
07
拓展延伸
機器決策與人類安全的關系
機器的“快速反應”優勢：
當危險突然出現時，機器能比人類更快剎車或轉向（例如自動剎車系統避免追尾）。
機器的“無情緒”特性：
機器不會像人類一樣分心或疲勞駕駛，但可能無法應對意外事件（如路上突然滾出的足球）。
07
拓展延伸
機器決策與人類安全的關系
緊急情況的選擇難題：
若事故無法避免，機器需提前設定規則（例如優先保護行人還是車內乘客）。
人類才是最終責任人：
即使機器做出決策，汽車制造商、程序員和車主仍需對安全負責。
07
拓展延伸
機器決策與人類安全的關系
機器的“學習盲區”：
通過數據訓練的機器可能不懂特殊場景（如消防車逆行救人時是否要讓行）。
人類監督不可替代：
自動駕駛仍需人類觀察路況，就像老師用AI批改作業后還要親自檢查。
07
活動日志
活動日志 班級：XX 姓名：XX 活動名稱 自動避障護安全
活動環節 1口實現小車模型的轉彎 2口實現小車模型的自動避障
（在對應環節畫V）
活動完成內容 模擬控制自動行駛的轉彎與避障過程
活動完成度 口口口口口口口口口(100%)
活動小結 問題與反思：語法錯誤、編輯錯誤。
改進的方法：加強對自動行駛的轉彎與避障理解。
08
板書設計
自動避障護安全
1.進行新知引入
2.實現小車模型的轉彎
3.實現小車模型的自動避障
4.完成課堂練習
5.進行知識拓展
09
課后作業
01
根據本課內容，完成繞行轉彎速度控制模型。
09
課后作業
02
學完本節課，嘗試實現自動避障的控制功能。
09
課后作業
1、我們為自動駕駛小車添加了什么，讓它在遇到障礙時能發出聲音提醒？（ ）
A. 閃光燈 B. 蜂鳴器 C. 喇叭（指汽車喇叭，非報警用） D. 彩燈
2、蜂鳴器響起是因為自動駕駛小車的哪個部分檢測到了障礙物？（ ）
A. 傳感器 B. 車輪 C. 電池 D. 車燈
3、蜂鳴器應該連接到控制板的哪種引腳上才能正常工作？（ ）
A. 輸入引腳 B. 輸出引腳 C. 電源引腳 D. 接地引腳
4、當自動駕駛小車靠近障礙物時，蜂鳴器會做出什么反應？（ ）
A. 閃爍燈光 B. 加速小車 C. 發出響聲 D. 停止工作
5、以下哪個不是自動駕駛小車使用蜂鳴器報警的好處？（ ）
A. 提醒駕駛員注意障礙物 B. 增加行駛安全性 C. 及時避免碰撞 D. 讓小車看起來更酷
B
A
C
D
B
09
課后作業
6、為什么自動駕駛小車需要蜂鳴器報警功能？
7、蜂鳴器只有在自動駕駛小車遇到障礙物時才會響起。（ ）
8、連接蜂鳴器的引腳必須是輸出引腳，否則蜂鳴器無法工作。（ ）
9、蜂鳴器不連接控制板也能直接響。（ ）
自動駕駛小車需要蜂鳴器報警功能，因為當小車檢測到前方有障礙物時，蜂鳴器可以發出響聲提醒駕駛員或周圍的人注意，從而增加行駛的安全性，及時避免碰撞。
錯
對
對
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