湘科版（2024）信息科技六下-7单元-活动2《自动避障护安全》 教案
文档属性
| 名称 | 湘科版（2024）信息科技六下-7单元-活动2《自动避障护安全》 教案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 482.0KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 湘科版 | ||
| 科目 | 信息技术（信息科技） | ||
| 更新时间 | 2025-04-16 18:24:24 | ||
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文档简介
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第7.2课《自动避障护安全》教学设计
课题 自动避障护安全 单元 第七单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：理解传感器在避障中的作用，知道激光测距、超声波测距获取障碍物距离的原理，感知环境数据对智能决策的价值。计算思维：能将避障分解为“感知-判断-执行”步骤，用差速转向逻辑编程控制小车转弯，通过调试参数优化绕行路径。数字化学习与创新：动手搭建带传感器的小车模型，编写避障程序并调试参数，尝试扩展车灯警示、蜂鸣报警等创新功能。信息社会责任：讨论自动驾驶伦理（如保护行人优先），知道人类是技术责任主体，客观看待智能设备的局限性，坚守安全底线。
教学重点 掌握通过超声波传感器感知障碍物距离，并运用差速转向编程实现小车自动避障的完整逻辑链条。
教学难点 精准调试左右轮速差与转弯角度的匹配关系，以及理解机器决策中伦理规则的实际应用困境。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第7.2课 自动避障护安全驾驶员在驾驶汽车行进的过程中，如果遇到前方有障碍物或慢行的车辆，能在保证安全的情况下避让和绕行。自动驾驶汽车也应具备这样的基本功能。那么，自动驾驶汽车是如何发现障碍物并进行避让和绕行的呢？想一想：机器更适合处理哪种类型的避障场景？规则明确的突发障碍，例如固定物体的突然出现，机器能毫秒级响应预设方案。思考：为什么说完全自动驾驶仍需要人类制定伦理规则？机器无法自主判断“保护行人还是乘客”等道德困境，必须由人类预设优先策略。汽车通过超声波传感器实时检测前方障碍物距离，当小于20cm安全阈值时，主控板触发左轮减速30%、右轮加速40%的差速转向程序，持续1秒后恢复双轮同速直行，完成闭环避障动作。汽车自动避障需经历“传感器测距→判断转向方向→差速转弯绕过障碍→恢复直行”的完整闭环控制过程。播放视频《小车演示》。 课程新知导入完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解自动驾驶的基本原理。引导学生理解传感器在避障中的作用，感知环境数据对智能决策的价值。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、分析避障的基本过程避障的基本过程汽车避障的基本过程可以分解为以下几个步骤：1.判断与障碍物的距离；2.转向绕过；3.继续直行。在转向绕行的过程中，汽车首先左转，然后右转，再恢复到原来的行驶状况。开动脑筋小组讨论：汽车怎样实现自动绕行？如何判断与障碍物的距离？小车就像聪明的遥控车——它用前端的“眼睛”（传感器）发出声波，碰到障碍物会弹回来，根据回声时间算出距离（比如0.1秒≈17厘米）。当距离太近时，小车会左转绕开（左轮慢转，右轮快转，像画个半圆），绕过后再直行继续前进，就像我们骑自行车绕过水坑一样简单！二、实现小车模型的转弯小车模型的转弯汽车转弯时，外侧车轮走过的路径比内侧更长，所以外侧车轮的转速比内侧车轮快才能实现转弯。转弯的角度与小车的初始速度和两个车轮的速度差相关。在绕行的过程中，转弯的角度既不能太大也不能太小。探究实践探究绕行转弯速度控制实验目的：探究绕行转弯速度控制。实验设计：通过调整小车的速度以及设置左右两个轮子的不同转速，设置合适的绕行参数。实验准备：主控板、扩展板、直流减速电机、小车底座、编程计算机、USB连接线。4.实验过程：（1）搭建并连接好小车模型，编写程序。4.实验过程：（2）运行程序，调整初速度和速度差，观察并记录转向情况。三、实现小车模型的自动避障小车模型的自动避障要实现“自动避障”功能，需要检测小车与障碍物的距离。系统根据感知结果，控制执行“绕行”等驾驶操作，主动避开障碍，保证车辆安全行驶。信息链接激光测距传感器的工作原理激光测距传感器利用激光来测量到被测物体的距离，其工作原理与超声波测距原理类似。由激光发射器向被测目标发射激光反射回来的激光由激光接收器接收。根据激光从激光器到被测目标之间的往返时间，就可以算出待测目标的距离。探究实践探究实现自动避障的控制方法实验目的：探究实现自动避障的控制方法。实验设计：利用超声波传感器测量小车与障碍物之间的距离，控制小车在行驶中遇到障碍物时，自动绕行。实验准备：小车模型、主控板、扩展板、超声波传感器、编程计算机。实验过程：1、将超声波传感器安装在小车正前方。实验过程：2、编写程序。实验过程：3、上传并运行程序。在小车行进路线上设置障碍，调整车速、左右轮转速和探测距离等参数，直到小车能正确完成自动绕行。四、练习提升1.以下关于控制小车左转弯的方法，错误的是（）A.左侧轮子向后转，同时右侧轮子向前转B.左侧轮子不动，右侧轮子向前转C.左侧轮子慢速向前转，右侧轮子快速向前转D.左侧轮子快速向前转，右侧轮子慢速向前转2.为自动驾驶小车装上小灯，并实现左转弯亮左后灯，右转弯亮右后灯停车时两个后灯同时亮起。我们可以使用控制板连接两个后灯（左后灯和右后灯），然后编写一个简单的程序。程序会根据小车的行驶状态（左转弯、右转弯、停车）来控制灯的开关。左转弯时亮左后灯，右转弯时亮右后灯，停车时两个后灯同时亮起。通过传感器检测小车的行驶状态，并根据状态控制灯的亮灭。3.为自动驾驶小车添加遇到障碍蜂鸣器报警功能。我们可以为自动驾驶小车添加一个蜂鸣器，并通过编程来实现遇到障碍时蜂鸣器报警的功能。具体思路是：将蜂鸣器连接到控制板的一个输出引脚，然后在程序中设置条件判断。当小车通过传感器检测到前方有障碍物时，控制板会发送信号给蜂鸣器，使其发出警报声，提醒使用者注意。五、开拓视野自动驾驶的等级L0级是无自动化，驾驶员完全操控车辆。L1级为驾驶辅助，车辆能在特定功能上协助，如定速巡航，驾驶员仍要掌控大部分操作。L2级是部分自动化，像自动跟车和车道保持可以同时实现，但驾驶员要时刻监督。L3级是有条件自动化，在特定场景下车辆可自行驾驶，但遇复杂情况要驾驶员接管。L4级是高度自动化，在多数场景下车辆能自动驾驶，很少需要人干预。L5级则是完全自动化，车辆能在所有环境和条件下自动驾驶，无须驾驶员介入。六、拓展延伸机器决策与人类安全的关系机器的“快速反应”优势：当危险突然出现时，机器能比人类更快刹车或转向（例如自动刹车系统避免追尾）。机器的“无情绪”特性：机器不会像人类一样分心或疲劳驾驶，但可能无法应对意外事件（如路上突然滚出的足球）。紧急情况的选择难题：若事故无法避免，机器需提前设定规则（例如优先保护行人还是车内乘客）。人类才是最终责任人：即使机器做出决策，汽车制造商、程序员和车主仍需对安全负责。 小组协作通过分析避障的基本过程理解自动避障的基本原理。分组完成探究绕行转弯速度控制，并分享本组遇到的问题与解决方法。小组合作完成实践项目。完成练习题。了解不同的自动驾驶等级与对应等级的要求。讨论还有那些机器决策与人类安全的关系。 培养学生协作解决问题的能力。培养学生的协作与表达能力。引导学生用差速转向逻辑编程控制小车转弯，通过调试参数优化绕行路径。培养学生的动手能力与协作能力。巩固对本节课课堂知识的掌握。帮助学生了解自动驾驶的不同等级，让学生理解不同自动驾驶的功能。引导学生思考机器与人类的关系，掌握初步的机器伦理观念。
课堂小结 自动避障护安全1.进行新知引入2.实现小车模型的转弯3.实现小车模型的自动避障4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 根据本课型。学完本节功能。完成PPT的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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第7.2课《自动避障护安全》教学设计
课题 自动避障护安全 单元 第七单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：理解传感器在避障中的作用，知道激光测距、超声波测距获取障碍物距离的原理，感知环境数据对智能决策的价值。计算思维：能将避障分解为“感知-判断-执行”步骤，用差速转向逻辑编程控制小车转弯，通过调试参数优化绕行路径。数字化学习与创新：动手搭建带传感器的小车模型，编写避障程序并调试参数，尝试扩展车灯警示、蜂鸣报警等创新功能。信息社会责任：讨论自动驾驶伦理（如保护行人优先），知道人类是技术责任主体，客观看待智能设备的局限性，坚守安全底线。
教学重点 掌握通过超声波传感器感知障碍物距离，并运用差速转向编程实现小车自动避障的完整逻辑链条。
教学难点 精准调试左右轮速差与转弯角度的匹配关系，以及理解机器决策中伦理规则的实际应用困境。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第7.2课 自动避障护安全驾驶员在驾驶汽车行进的过程中，如果遇到前方有障碍物或慢行的车辆，能在保证安全的情况下避让和绕行。自动驾驶汽车也应具备这样的基本功能。那么，自动驾驶汽车是如何发现障碍物并进行避让和绕行的呢？想一想：机器更适合处理哪种类型的避障场景？规则明确的突发障碍，例如固定物体的突然出现，机器能毫秒级响应预设方案。思考：为什么说完全自动驾驶仍需要人类制定伦理规则？机器无法自主判断“保护行人还是乘客”等道德困境，必须由人类预设优先策略。汽车通过超声波传感器实时检测前方障碍物距离，当小于20cm安全阈值时，主控板触发左轮减速30%、右轮加速40%的差速转向程序，持续1秒后恢复双轮同速直行，完成闭环避障动作。汽车自动避障需经历“传感器测距→判断转向方向→差速转弯绕过障碍→恢复直行”的完整闭环控制过程。播放视频《小车演示》。 课程新知导入完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解自动驾驶的基本原理。引导学生理解传感器在避障中的作用，感知环境数据对智能决策的价值。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、分析避障的基本过程避障的基本过程汽车避障的基本过程可以分解为以下几个步骤：1.判断与障碍物的距离；2.转向绕过；3.继续直行。在转向绕行的过程中，汽车首先左转，然后右转，再恢复到原来的行驶状况。开动脑筋小组讨论：汽车怎样实现自动绕行？如何判断与障碍物的距离？小车就像聪明的遥控车——它用前端的“眼睛”（传感器）发出声波，碰到障碍物会弹回来，根据回声时间算出距离（比如0.1秒≈17厘米）。当距离太近时，小车会左转绕开（左轮慢转，右轮快转，像画个半圆），绕过后再直行继续前进，就像我们骑自行车绕过水坑一样简单！二、实现小车模型的转弯小车模型的转弯汽车转弯时，外侧车轮走过的路径比内侧更长，所以外侧车轮的转速比内侧车轮快才能实现转弯。转弯的角度与小车的初始速度和两个车轮的速度差相关。在绕行的过程中，转弯的角度既不能太大也不能太小。探究实践探究绕行转弯速度控制实验目的：探究绕行转弯速度控制。实验设计：通过调整小车的速度以及设置左右两个轮子的不同转速，设置合适的绕行参数。实验准备：主控板、扩展板、直流减速电机、小车底座、编程计算机、USB连接线。4.实验过程：（1）搭建并连接好小车模型，编写程序。4.实验过程：（2）运行程序，调整初速度和速度差，观察并记录转向情况。三、实现小车模型的自动避障小车模型的自动避障要实现“自动避障”功能，需要检测小车与障碍物的距离。系统根据感知结果，控制执行“绕行”等驾驶操作，主动避开障碍，保证车辆安全行驶。信息链接激光测距传感器的工作原理激光测距传感器利用激光来测量到被测物体的距离，其工作原理与超声波测距原理类似。由激光发射器向被测目标发射激光反射回来的激光由激光接收器接收。根据激光从激光器到被测目标之间的往返时间，就可以算出待测目标的距离。探究实践探究实现自动避障的控制方法实验目的：探究实现自动避障的控制方法。实验设计：利用超声波传感器测量小车与障碍物之间的距离，控制小车在行驶中遇到障碍物时，自动绕行。实验准备：小车模型、主控板、扩展板、超声波传感器、编程计算机。实验过程：1、将超声波传感器安装在小车正前方。实验过程：2、编写程序。实验过程：3、上传并运行程序。在小车行进路线上设置障碍，调整车速、左右轮转速和探测距离等参数，直到小车能正确完成自动绕行。四、练习提升1.以下关于控制小车左转弯的方法，错误的是（）A.左侧轮子向后转，同时右侧轮子向前转B.左侧轮子不动，右侧轮子向前转C.左侧轮子慢速向前转，右侧轮子快速向前转D.左侧轮子快速向前转，右侧轮子慢速向前转2.为自动驾驶小车装上小灯，并实现左转弯亮左后灯，右转弯亮右后灯停车时两个后灯同时亮起。我们可以使用控制板连接两个后灯（左后灯和右后灯），然后编写一个简单的程序。程序会根据小车的行驶状态（左转弯、右转弯、停车）来控制灯的开关。左转弯时亮左后灯，右转弯时亮右后灯，停车时两个后灯同时亮起。通过传感器检测小车的行驶状态，并根据状态控制灯的亮灭。3.为自动驾驶小车添加遇到障碍蜂鸣器报警功能。我们可以为自动驾驶小车添加一个蜂鸣器，并通过编程来实现遇到障碍时蜂鸣器报警的功能。具体思路是：将蜂鸣器连接到控制板的一个输出引脚，然后在程序中设置条件判断。当小车通过传感器检测到前方有障碍物时，控制板会发送信号给蜂鸣器，使其发出警报声，提醒使用者注意。五、开拓视野自动驾驶的等级L0级是无自动化，驾驶员完全操控车辆。L1级为驾驶辅助，车辆能在特定功能上协助，如定速巡航，驾驶员仍要掌控大部分操作。L2级是部分自动化，像自动跟车和车道保持可以同时实现，但驾驶员要时刻监督。L3级是有条件自动化，在特定场景下车辆可自行驾驶，但遇复杂情况要驾驶员接管。L4级是高度自动化，在多数场景下车辆能自动驾驶，很少需要人干预。L5级则是完全自动化，车辆能在所有环境和条件下自动驾驶，无须驾驶员介入。六、拓展延伸机器决策与人类安全的关系机器的“快速反应”优势：当危险突然出现时，机器能比人类更快刹车或转向（例如自动刹车系统避免追尾）。机器的“无情绪”特性：机器不会像人类一样分心或疲劳驾驶，但可能无法应对意外事件（如路上突然滚出的足球）。紧急情况的选择难题：若事故无法避免，机器需提前设定规则（例如优先保护行人还是车内乘客）。人类才是最终责任人：即使机器做出决策，汽车制造商、程序员和车主仍需对安全负责。 小组协作通过分析避障的基本过程理解自动避障的基本原理。分组完成探究绕行转弯速度控制，并分享本组遇到的问题与解决方法。小组合作完成实践项目。完成练习题。了解不同的自动驾驶等级与对应等级的要求。讨论还有那些机器决策与人类安全的关系。 培养学生协作解决问题的能力。培养学生的协作与表达能力。引导学生用差速转向逻辑编程控制小车转弯，通过调试参数优化绕行路径。培养学生的动手能力与协作能力。巩固对本节课课堂知识的掌握。帮助学生了解自动驾驶的不同等级，让学生理解不同自动驾驶的功能。引导学生思考机器与人类的关系，掌握初步的机器伦理观念。
课堂小结 自动避障护安全1.进行新知引入2.实现小车模型的转弯3.实现小车模型的自动避障4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 根据本课型。学完本节功能。完成PPT的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
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