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信息技术 第12课 声波测距避障碍教学设计
课题 声波测距避障碍 单元 第二单元 学科 信息技术 年级 三年级上
教材分析 教材以提高全体学生信息素养、养成学生自主学习意识和能力、培养学生数字化创新精神，从生活中发现问题、明确任务、确立目标、分析任务。在探究过程中逐步找到解决问题的方法。实用的小技巧，适时点拨关键操作。用学到的知识创新、实践、探索。记录、分享、表达创新与实践的过程。体现信息技术的育人价值，融合人文、科技和传统文化。同学们，让我们手拉手一起学习，团结合作，共同成长！发挥信息技术课程的独特育人价值，为数字强国培养优秀接班人和建设者。
教学目标 1、信息意识：学会能用所需材料组装小车模型，能通过程序实现小车的自动避障功能，了解超声波传感器的作用及小车避障的原理，感受人工智能技术的作用。2、计算思维：能根据需要选用合适的信息工具解决问题，并简单地说明理由。3、数字化学习与创新：通过学习使用超声波传感器，探索新的创新方法和思路。4、信息社会责任：用社会公认的行为规范进行网络交流,遵守相关的法律法规。
重点 1、学会能用所需材料组装小车模型。 2、能通过程序实现小车的自动避障功能。
难点 1、了解超声波传感器的作用及小车避障的原理，感受人工智能技术的作用。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 开头用超声波传感器的视频来引出今天教学内容声波测距避障碍，在开头观看视频可以提高学生对这堂课的兴趣，来增加他们对超声波传感器的深刻了解，激起他们对超声波传感器的兴趣。并介绍一些拓展知识和做一些课堂练习来巩固所学内容。 思考问题思考：驾车时如何对障碍物做出判断？ 激发学生对电脑的学习兴趣并快速进入学习状态
讲授新课 听说无人驾驶汽车已开始上路测试了，可它是怎么躲避障碍物的呢 主要靠超声波或红外线传感器来检测前方是否有障碍物。红外线会受光线和颜色的影响。用超声波传感器更好一些咱们一起做个小车吧，看看它的避障效果如何。思考：驾车时如何对障碍物做出判断？人们在驾驶汽车时，首先靠眼睛识别前方的障碍物，然后将信息传递给大脑，从而作出躲避或停车的判断。有了传感器技术和电脑控制处理系统后，这一切都可以通过程序进行控制，并对道路状况作出识别和判断，实现汽车的自动驾驶。一、组装感应避障车一辆能实现自动避障的小车，除了必需的控制器、马达、车轮、固定件之外，最重要的就是超声波传感器了。超声波传感器利用发射出去的高频声波能否反射回来来判断前方有无障碍物，并根据超声波的传输时间测出前方障碍物的距离。现在我们来做一辆玩具车，展现它的避障功能吧!只要两个车轮都向前旋转，小车就会向前行驶。安装在小车上的两个电机是镜像分布的。要让两个车轮都向前旋转，就需要让左车轮的电机顺时针旋转、右车轮的电机逆时针旋转。镜像分布就像一个人照镜子，当我伸出左手时，看到镜子里的我伸出的却是右手。课堂练习:1、用相关材料组装一个避障感应车模型。2、用DC-002F数据线将一个电机连接到Nano控制器的接口1，另一个电机连接到接口2。3、将Nano控制器固定到搭建好的避障感应车底座上。4、用Mini USB数据线将电脑与Nano控制器的通信USB接口连接起来。5、用PHB2.0数据线将RGB灯连接到接口上。拓展延伸:超声波传感器是由发射器和接收器组成的。发射器发出一束超声波信号，经过空气传播到障碍物上并被反射回来，然后被接收器接收到。根据声波的传播速度和往返时间，可以计算出障碍物与传感器的距离。二、编写避障程序当小车上的超声波传感器检测到前方有障碍物时，会返回一个距离数值。利用这个特性就可以通过程序实时监控超声波传感器的值，并根据测得的数值指挥小车做出前进、后退或转弯的动作。以实现自动避障。安全距离内检测不到障碍物时，可以放心大胆地前进。一旦检测到前方出现障碍，需马上做出停车、后退或转弯的动作。人工智能技术就是靠传感器和程序一点点实现的。真正的无人驾驶汽车在真实的环境下会更复杂。课堂练习：1、添加“setup”，到脚本区。2、将“如果......那么......否则”的“积木”添加到Loop中。3、对超声波传感器读取到的距离进行判断，并将相应的控制“积木”添加到条件内。4、选择Nano控制器和相应的串口。5、点击功能按钮，切换离线模式。6、单击按钮，上传程序。打开控制器上的电源，观察小车避障效果。小提示：轮式转向控制和差速转向控制是应用在车辆上常见的两种转向控制方式。轮式转向控制是利用轮子的偏向角度来改变行驶的方向，差速转向控制是利用两个轮子的速度差来改变车身的方向。当右轮转速大于左轮时，车辆左转:当左轮转速大于右轮时，车辆右转。1、完善活动中的程序，让小车遇到障碍时能左转或右转。2、修改活动中的程序，当检测到前方一定距离出现障碍物时，让小车慢慢减速、停止再后退。3、设计一款盲人避障器，使其能为盲人朋友的出行提供安全保障。拓展延伸：超声波避障的实现方法主要包括以下六个步骤：1、初始化超声波传感器：将超声波传感器连接到智能小车的控制系统，进行初始化设置。设置超声波传感器的工作模式和参数。2、发射超声波信号：通过控制系统发出超声波信号。控制系统会发送一个触发信号给超声波传感器，使其发射一束超声波信号。3、接收超声波信号：超声波传感器接收到反射回来的超声波信号。传感器会将接收到的信号转换成电信号，并传输给控制系统。4、计算距离：控制系统根据接收到的信号，计算出障碍物与传感器的距离。根据声波的传播速度和往返时间的关系，可以通过简单的计算得到距离值。5、判断是否避障：根据计算得到的距离值，判断是否存在障碍物。如果距离值小于设定的安全距离，就说明存在障碍物，需要进行避障动作。6、执行避障动作：当判断存在障碍物时，智能小车会执行相应的避障动作。比如停下来、后退、转向等。经过多次尝试与实验，才能获得相对准确的电机转速值，更好地控制转向角度。小车的转向是依靠两个电机带动车轮的转动来实现的。因为电机的镜像分布，两个电机的数值相反，小车才会向前行驶呀。 通过思考问题，以小组合作的方式，开展探讨交流，完成任务通过做课堂练习，以动手操作来解决问题。这里通过一些拓展知识来激发同学们的学习兴趣学生通过所学知识来做课堂练习，巩固今天所学内容通过小提示，来解决所遇到的问题。这里通过一些拓展知识来激发同学们的学习兴趣 通过小组合作，加强学生组内团结、共同完成任务培养学生解决实际问题的能力。培养学生的学习兴趣培养独立思考的能力，并巩固所学知识培养学生解决实际问题的能力。培养学生的学习兴趣
布置作业 1、你还可以为小车加上哪些传感器来让它实现更多的功能 完成作业 培养学生查阅资料的能力，分析解决问题的能力，培养动手能力
课堂小结 通过本次教学，我们学会了用所需材料组装小车模型，能通过程序实现小车的自动避障功能，了解了超声波传感器的作用及小车避障的原理，感受到了人工智能技术的作用，提高了安全防范意识，养成了良好的计算机使用习惯。同时，还培养了独立思考和解决问题的能力，提高了信息意识和数字化学习与创新能力。 分组总结归纳 锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。
板书 一、组装感应避障车二、编写避障程序课后作业:1、你还可以为小车加上哪些传感器来让它实现更多的功能 学习、记忆及勾画知识点 明确教学内容及重点和难点
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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第12课 声波测距避障碍
泰山出版社第3册
教学目标
1、信息意识：通过学习能用所需材料组装小车模型，能通过程序实现小车的自动避障功能，了解超声波传感器的作用及小车避障的原理，感受人工智能技术的作用，提高安全防范意识，养成良好的计算机使用习惯。
2、计算思维：通过实际操作，培养独立思考和解决问题的能力。在学习超声波传感器的过程中，运用计算思维，进行数据处理、逻辑推理和决策制定，并通过实践不断提高自己的计算思维能力。
3、数字化学习与创新：通过学习使用超声波传感器，探索新的创新方法和思路，提高数字化学习和创新的能力。
4、信息社会责任：在使用电脑时应当关注版权保护和信息道德规范，了解如何正确地使用电脑、遵守版权规定和尊重他人的知识产权，积极维护信息社会责任感和道德价值观。
新知导入
新知讲解
听说无人驾驶汽车已开始上路测试了，可它是怎么躲避障碍物的呢
红外线会受光线和颜色的影响，用超声波传感器更好一些。咱们一起做个小车吧，看看它的避障效果如何。
主要靠超声波或红外线传感器来检测前方是否有障碍物。
思考：驾车时如何对障碍物做出判断？
新知讲解
新知讲解
人们在驾驶汽车时，首先靠眼睛识别前方的障碍物，然后将信息传递给大脑，从而作出躲避或停车的判断。有了传感器技术和电脑控制处理系统后，这一切都可以通过程序进行控制，并对道路状况作出识别和判断，实现汽车的自动驾驶。
12.1组装感应避障车
新知讲解
一辆能实现自动避障的小车，除了必需的控制器、马达、车轮、固定件之外，最重要的就是超声波传感器了。超声波传感器利用发射出去的高频声波能否反射回来来判断前方有无障碍物，并根据超声波的传输时间测出前方障碍物的距离。现在我们来做一辆玩具车，展现它的避障功能吧!
新知讲解
只要两个车轮都向前旋转，小车就会向前行驶。
安装在小车上的两个电机是镜像分布的。要让两个车轮都向前旋转，就需要让左车轮的电机顺时针旋转、右车轮的电机逆时针旋转。
镜像分布就像一个人照镜子，当我伸出左手时，看到镜子里的我伸出的却是右手。
活动指导
1、用相关材料组装一个避障感应车模型。
2、用DC-002F数据线将一个电机连接到Nano控制器的接口1，另一个电机连接到接口2。
3、将Nano控制器固定到搭建好的避障感应车底座上。
4、用Mini USB数据线将电脑与Nano控制器的通信USB接口连接起来。
5、用PHB2.0数据线将RGB灯连接到接口上。
活动指导
1、用相关材料组装一个避障感应车模型。
活动指导
2、用DC-002F数据线将一个电机连接到Nano控制器的接口1，另一个电机连接到接口2。
活动指导
3、将Nano控制器固定到搭建好的避障感应车底座上。
活动指导
4、用Mini USB数据线将电脑与Nano控制器的通信USB接口连接起来。
活动指导
5、用PHB2.0数据线将RGB灯连接到接口上。
拓展延伸
超声波传感器是由发射器和接收器组成的。发射器发出一束超声波信号，经过空气传播到障碍物上并被反射回来，然后被接收器接收到。根据声波的传播速度和往返时间，可以计算出障碍物与传感器的距离。
12.2编写避障程序
新知讲解
当小车上的超声波传感器检测到前方有障碍物时，会返回一个距离数值。利用这个特性就可以通过程序实时监控超声波传感器的值，并根据测得的数值指挥小车做出前进、后退或转弯的动作。以实现自动避障。
新知讲解
安全距离内检测不到障碍物时，可以放心大胆地前进。
一旦检测到前方出现障碍，需马上做出停车、后退或转弯的动作。
人工智能技术就是靠传感器和程序一点点实现的。真正的无人驾驶汽车在真实的环境下会更复杂。
活动指导
1、添加 ，到脚本区。
2、将“如果......那么......否则”的“积木”添加到Loop中。
3、对超声波传感器读取到的距离进行判断，并将相应的控制“积木”添加到条件内。
4、选择Nano控制器和相应的串口。
5、点击功能按钮 ，切换离线模式。
6、单击按钮 ，上传程序。
打开控制器上的电源，观察小车避障效果。
活动指导
1、添加 ，到脚本区。
活动指导
2、将“如果......那么......否则”的“积木”添加到Loop中。
活动指导
3、对超声波传感器读取到的距离进行判断，并将相应的控制“积木”添加到条件内。
活动指导
3、对超声波传感器读取到的距离进行判断，并将相应的控制“积木”添加到条件内。
活动指导
3、对超声波传感器读取到的距离进行判断，并将相应的控制“积木”添加到条件内。
活动指导
4、选择Nano控制器和相应的串口。
活动指导
5、点击功能按钮 ，切换离线模式。
活动指导
6、单击按钮 ，上传程序。
小提示：
轮式转向控制和差速转向控制是应用在车辆上常见的两种转向控制方式。轮式转向控制是利用轮子的偏向角度来改变行驶的方向，差速转向控制是利用两个轮子的速度差来改变车身的方向。当右轮转速大于左轮时，车辆左转:当左轮转速大于右轮时，车辆右转。
练一练
1、完善活动中的程序，让小车遇到障碍时能左转或右转。
2、修改活动中的程序，当检测到前方一定距离出现障碍物时，让小车慢慢减速、停止再后退。
3、设计一款盲人避障器，使其能为盲人朋友的出行提供安全保障。
拓展延伸
超声波避障的实现方法主要包括以下六个步骤：
1、初始化超声波传感器：将超声波传感器连接到智能小车的控制系统，进行初始化设置。设置超声波传感器的工作模式和参数。
2、发射超声波信号：通过控制系统发出超声波信号。控制系统会发送一个触发信号给超声波传感器，使其发射一束超声波信号。
3、接收超声波信号：超声波传感器接收到反射回来的超声波信号。传感器会将接收到的信号转换成电信号，并传输给控制系统。
拓展知识
4、计算距离：控制系统根据接收到的信号，计算出障碍物与传感器的距离。根据声波的传播速度和往返时间的关系，可以通过简单的计算得到距离值。
5、判断是否避障：根据计算得到的距离值，判断是否存在障碍物。如果距离值小于设定的安全距离，就说明存在障碍物，需要进行避障动作。
6、执行避障动作：当判断存在障碍物时，智能小车会执行相应的避障动作。比如停下来、后退、转向等。
拓展知识
小车的转向是依靠两个电机带动车轮的转动来实现的。
因为电机的镜像分布，两个电机的数值相反，小车才会向前行驶呀。
经过多次尝试与实验，才能获得相对准确的电机转速值，更好地控制转向角度。
拓展知识
本课总结
通过本次教学，我们学会了用所需材料组装小车模型，能通过程序实现小车的自动避障功能，了解了超声波传感器的作用及小车避障的原理，感受到了人工智能技术的作用，提高了安全防范意识，养成了良好的计算机使用习惯。同时，还培养了独立思考和解决问题的能力，提高了信息意识和数字化学习与创新能力。
板书设计
声波测距避障碍
一、组装感应避障车
二、编写避障程序
课后作业:
1、你还可以为小车加上哪些传感器来让它实现更多的功能
课后作业
1、你还可以为小车加上哪些传感器来让它实现更多的功能
课后作业
答：
1、温度传感器：可以监测环境温度，用于自动调节车内温度或者触发相应的动作。
2、光线传感器：可以检测光线强度，用于自动调节车内照明或者根据光线强度进行相应的行为。
3、 声音传感器：可以检测环境中的声音强度，用于声音控制小车的行为，例如根据声音指令进行操作。
4、GPS模块：可以获取车辆的位置信息，用于导航、定位或者跟踪等功能。
谢谢
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