资源简介

(共42张PPT)
第7单元 第2课
（湘科2024版）六年级
下
自动避障护安全
1
核心素养目标
3
活动目标
5
练习提升
7
拓展延伸
2
新知导入
4
新知讲解
6
开拓视野
活动日志
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
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。
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。
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。
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。
02
新知导入
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
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？
02
新知导入
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。
02
新知导入
思考
为什么说完全自动驾驶仍需要人类制定伦理规则？
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
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。
02
新知导入
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
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。
02
新知导入
03
活动目标
了解小车避障的基本过程。
体验编程实现自动控制避障的过程。
04
新知讲解
一、分析避障的基本过程
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。
避障的基本过程
04
新知讲解
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？
04
新知讲解
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！
04
新知讲解
二、实现小车模型的转弯
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。
小车模型的转弯
04
新知讲解
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。
04
新知讲解
探究实践
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。
04
新知讲解
探究实践
探究绕行转弯速度控制
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。
04
新知讲解
探究实践
探究绕行转弯速度控制
4.实验过程：（1）搭建并连接好小车模型，编写程序。
04
新知讲解
探究实践
探究绕行转弯速度控制
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。
04
新知讲解
序号 初始速度 M1 转速 M2 转速 转向效果
1 4 2 3 减慢
04
新知讲解
三、实现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。
小车模型的自动避障
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。
04
新知讲解
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。
04
新知讲解
探究实践
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。
04
新知讲解
探究实践
探究实现自动避障的控制方法
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。
04
新知讲解
探究实践
探究实现自动避障的控制方法
实验过程：1、将超声波传感器安装在小车正前方。
04
新知讲解
探究实践
探究实现自动避障的控制方法
实验过程：2、编写程序。
04
新知讲解
探究实践
探究实现自动避障的控制方法
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。
04
新知讲解
05
练习提升
以下关于控制小车左转弯的方法，错误的是（ D ）
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
05
练习提升
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。
05
练习提升
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。
06
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。
07
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）。
07
拓展延伸
机器决策与人类安全的关系
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。
07
拓展延伸
机器决策与人类安全的关系
机器的“学习盲区”：
通过数据训练的机器可能不懂特殊场景（如消防车逆行救人时是否要让行）。
人类监督不可替代：
自动驾驶仍需人类观察路况，就像老师用AI批改作业后还要亲自检查。
07
活动日志
活动日志 班级：XX 姓名：XX 活动名称 自动避障护安全
活动环节 1口实现小车模型的转弯 2口实现小车模型的自动避障
（在对应环节画V）
活动完成内容 模拟控制自动行驶的转弯与避障过程
活动完成度 口口口口口口口口口(100%)
活动小结 问题与反思：语法错误、编辑错误。
改进的方法：加强对自动行驶的转弯与避障理解。
08
板书设计
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
09
课后作业
01
根据本课内容，完成绕行转弯速度控制模型。
09
课后作业
02
学完本节课，尝试实现自动避障的控制功能。
09
课后作业
1、我们为自动驾驶小车添加了什么，让它在遇到障碍时能发出声音提醒？（ ）
A. 闪光灯 B. 蜂鸣器 C. 喇叭（指汽车喇叭，非报警用） D. 彩灯
2、蜂鸣器响起是因为自动驾驶小车的哪个部分检测到了障碍物？（ ）
A. 传感器 B. 车轮 C. 电池 D. 车灯
3、蜂鸣器应该连接到控制板的哪种引脚上才能正常工作？（ ）
A. 输入引脚 B. 输出引脚 C. 电源引脚 D. 接地引脚
4、当自动驾驶小车靠近障碍物时，蜂鸣器会做出什么反应？（ ）
A. 闪烁灯光 B. 加速小车 C. 发出响声 D. 停止工作
5、以下哪个不是自动驾驶小车使用蜂鸣器报警的好处？（ ）
A. 提醒驾驶员注意障碍物 B. 增加行驶安全性 C. 及时避免碰撞 D. 让小车看起来更酷
B
A
C
D
B
09
课后作业
6、为什么自动驾驶小车需要蜂鸣器报警功能？
7、蜂鸣器只有在自动驾驶小车遇到障碍物时才会响起。（ ）
8、连接蜂鸣器的引脚必须是输出引脚，否则蜂鸣器无法工作。（ ）
9、蜂鸣器不连接控制板也能直接响。（ ）
自动驾驶小车需要蜂鸣器报警功能，因为当小车检测到前方有障碍物时，蜂鸣器可以发出响声提醒驾驶员或周围的人注意，从而增加行驶的安全性，及时避免碰撞。
错
对
对
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