資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第7.2課《自動避障護安全》教學設計
課題 自動避障護安全 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。計算思維：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。數字化學習與創新：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。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。
教學重點 掌握通過超聲波傳感器感知障礙物距離，并運用差速轉向編程實現小車自動避障的完整邏輯鏈條。
教學難點 精準調試左右輪速差與轉彎角度的匹配關系，以及理解機器決策中倫理規則的實際應用困境。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 第7.2課 自動避障護安全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？想一想：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。思考：為什么說完全自動駕駛仍需要人類制定倫理規則？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。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。播放視頻《小車演示》。 課程新知導入完成思考題。觀看教學視頻。 幫助學生理解自動駕駛的基本原理。引導學生理解傳感器在避障中的作用，感知環境數據對智能決策的價值。通過視頻吸引學生的注意力。
講授新課 新知講解：一、分析避障的基本過程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。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？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！二、實現小車模型的轉彎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。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。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。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。4.實驗過程：（1）搭建并連接好小車模型，編寫程序。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。三、實現小車模型的自動避障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。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。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。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。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。實驗過程：1、將超聲波傳感器安裝在小車正前方。實驗過程：2、編寫程序。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。四、練習提升1.以下關于控制小車左轉彎的方法，錯誤的是（）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。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。五、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。六、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）。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。 小組協作通過分析避障的基本過程理解自動避障的基本原理。分組完成探究繞行轉彎速度控制，并分享本組遇到的問題與解決方法。小組合作完成實踐項目。完成練習題。了解不同的自動駕駛等級與對應等級的要求。討論還有那些機器決策與人類安全的關系。 培養學生協作解決問題的能力。培養學生的協作與表達能力。引導學生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。培養學生的動手能力與協作能力。鞏固對本節課課堂知識的掌握。幫助學生了解自動駕駛的不同等級，讓學生理解不同自動駕駛的功能。引導學生思考機器與人類的關系，掌握初步的機器倫理觀念。
課堂小結 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 總結回顧 對本節課內容進行總結概括。
課后作業 根據本課型。學完本節功能。完成PPT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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