信息技术项目化学习案例八-人工智能之无人驾驶

信息技术项目化学习案例八一一人工智能之无人驾驶

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教学内容分析

本节课属于机器人模块中的一课，旨在借助于Robosim虚拟机器

人平台模拟无人驾驶功能。首先从无人驾驶在生活中的应用入手，通

过对比人类驾驶汽车和无人驾驶汽车的过程，分析得出无人驾驶的工

作原理。接着通过认识AI视觉传感器、分析小车行驶情况、利用偏移

值、左边宽度和右边宽度等参数识别道路情况，编写程序实现了小车

沿路走、识别路口，最后通过简化程序控制小车行驶到了终点。

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学情分析

在此之前，学生通过五年级Scratch的学习已经掌握了程序的三大

结构，能够根据实际问题分析出条件与执行内容。对于本节课使用的

平台，学生已经掌握了平台的界面组成和基本操作，实现了小车巡线

行走效果，并具有强烈的学习兴趣。此外，六年级的学生生活经验丰

富，观察能力强，对无人驾驶或机器人的运用有一定生活经历或亲身

体验。

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教学目标

1.认识无人驾驶在生活中的应用实例，了解其工作原理。

2.掌握利用AI视觉传感器识别道路和路口的方法。

3.能够根据AI视觉传感器识别的数值，写出对应的条件，并控制

小车直行和转弯。

4.能够利用自定义函数来简化程序，并体会其意义°

4

教学重难点

重点：AI视觉传感器的用法、小车行驶中的路况分析。

难点：能够利用AI视觉传感器的数值编写程序的执行条件、自制

函数的运用。

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教学准备

Robosim是为STEM教育开发的虚拟机器人教育软件。通过软件

可以实现机器人三维模型还原、模拟现实环境、结合Python或图形化

编程等方式，可实现机器人在虚拟场景中的应用。通过学习，学生可以

掌握基础操作、传感器原理与应用、机器人运动、编程结构与算法等知

识。

课前，学生需要添加机器人、地图和初始程序。本课中使用的机器

人是装载有AI视觉传感器的“探索II型”机器人，地图是“自动驾驶

主题地图、初始程序中提供了实现马达控制、转弯和直行功能的自制

函数。

地图

机器人

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教学流程

（1）情境导入

提问：同学们你们知道视频中是什么车吗？

提问：你在哪里也曾见过无人驾驶的车子？

学生回答后出示生活中应用无人驾驶的。

分析与总结：人驾驶和无人驾驶进行对比，分析得出无人驾驶的

原理与过程。

在Robosim虚拟机器人平台，通过程序设计与控制，也能实现简

单的无人驾驶效果，大家想不想来试一试？出示课题《人工智能之无

人驾驶》。

设计意图

设疑引发学生联系生活中见到过的无人驾驶场景展开联想，通过

无人驾驶和人类驾驶的实现方式进行比较，帮助学生大概理解其原理。

（2）认识AI视觉传感器

提问：（出示虚拟地图）小车怎么感知道路情况呢？

总结学生回答：可以使用多种传感器来识别道路，今天我们使用

AI视觉传感器来帮助小车完成无人驾驶。

播放AI视觉传感器的使用方法。

总结：AI视觉传感器可以识别小车偏移情况，参数的名字叫做“偏

移值:在使用偏移值之前，我们先来分析一下小车行驶中的情况。

提问：上节课，我们实现了让小车环线行走，小车一直直行会怎么

样？

总结：小车行驶中的3种情况，并用偏移值来表示条件。

设计意图

通过视频了解AI视觉传感器的用法，知道识别时是通过“偏移值”

来识别道路的。通过对小车的3种行驶情况进行讨论，引导学生以阈

值区分不同的情况，从而做出相应的动作与对策，帮助机器人回到道

路中央。

（3）智能沿路走

提问：小车的3种情况在程序中怎么表示呢？

学生示范：请1位同学上台来编写一下。（提示偏移值模块在哪里

找，举例说明偏左怎么表示）

出示任务一：

学生参考易加学院课程内容，完成任务一“智能沿路走”的程序编

写，并进行仿真，最后完成自评。

演示学生作品，发现问题，提示解决方法。

设计意图

在已有分析的基础上，引导学生搭建程序框架、填充条件与执行

语句，帮助学生体会沿路走的逻辑关系，并在自主探究中不断调试.

（4）智能识别路口

提问：通过仿真，你发现小车行驶中还存在什么问题吗？

生回答：小车到路口时会有部分车身脱离路面，就无法沿路走了。

进入仿真界面，师生共同观察小车快到路口时，AI视觉传感器的

数值变化，得到表示路口的参数为第1和第3个数值。

梳理思路：小车一直沿路走，直到检测到右转路口，则进行右转。

那么程序应该怎么改呢？还是一直重复执行沿路走吗？进入程序中，

示范如何修改。

出示任务二：

学生参考易加学院，完成任务二“智能识别路口”程序的编写，并

进行仿真，最后完成自评。

设计意图

参数的突然增加与路口的关联是关键，通过提示关键信息，生能

够主动探究得出哪一侧有路口，则检测宽度二127,从而确定了检测路

口的条件。

提问：你的小车能够通过路口吗？

师生讨论：通过仿真，小车仍然不能正确通过路口，那小车究竟检

测到没有呢？添加停止程序试试。发现小车已经识别到路口。

程序分析：小车“看到“路口时，是否已经到达路口？如何到达路

□?因此要先走到路口，然后再转弯。

学生优化程序，自行调试，修改直行中的速度与时间值，让小车能

够走到路口的合适位置在转弯。

演示学生作品。

设计意图

通过“看”的方式调动学生的生活经验，从而理解“看”到路口但

还并未到达路口，需要再直行一段距离才能到达，并完成转弯动作，综

合运用前学与新知，促进内化。

（5）拓展任务

提问：现在小车已经能够顺利通过第一个路口了，下一个路口怎

么行驶呢？

生回答：复制程序。

师生进入程序中，通过复制发现程序很长，提出建立自制函数的

需求。同时交流，哪段程序需要编程自制函数呢？

学生分小组简化程序，根据任务单中路线的提示试着控制小车到

达终点。

展示小组实现效果，重点分析左转路口和终点的条件。

简化前程序示例

简化后程序示例

设计意图

利用前面已经学过的自制函数来优化程序。通过迁移，自己写出

左转路口的条件。借助任务单，帮助学生整理思路，分段编写程序，控

制小车走到路口。

(6)小结与拓展

师生一起回顾本节课的活动过程和实现无人驾驶的方法。

提问：现实生活中，无人驾驶汽车还有哪些问题需要处理？

结合学生回答总结：真实环境中，要实现无人驾驶，还需要获取更

多的道路信息，也就是还需要多种传感器的协同工作，以及更优化的

算法。希望，今天学到的知识能引发你更多的思考。

设计意图

从仿真中回答实际生活，思考实际问题，促进学生对原理的迁移，

培养问题意识。

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教学反思

本课隶属于机器人模块，需要学生综合运用程序设计三大结构、

关系表达式、传感器等知识，控制小车实现无人驾驶。从整体效果看，

学生学习兴趣浓厚，任务完成度高，学习目标基本达成。课后，我从多

个方面反思了本节课，认为还存在以下不足。

1.教学内容设置还需进一步优化。虽然只有两个任务加一个拓展

任务，但其实每个任务中都包含了几个小任务。比如任务一可以分为

沿路走的逻辑结构分析、循环语句的添加、小车转弯的速度设置。任务

二中可以分为识别路口、识别后直行到路口时速度和时间的设置。任

务三可分为简化程序、设置不同路口的条件、提升小车的行驶速度等。

2.给学生更多自主探究的时间。本课的重点是AI视觉传感器的用

法，怎么用它读取数值应该让学生自己去探究，以便学生直观理解读

取到的数值代表什么含义，有何特点。比如在完成任务一时，看完视频

之后，应该让学生自己在地图中控制小车，看看偏移值的变化效果。任

务二中如何识别路口可以让学生自己把小车放在路口，看看哪个数值

能够帮助小车来判断路口。

3.鼓励用多样的方式解决问题。比如任务一中，直行的判断条件可

以写，也可以不写；小车的直行速度和转弯速度也可自行设置。拓展任

务中，自制函数的写法也可有多种，小车到达终点时的条件可以有多

种写法。

名师点评

文萃小学

周菊明名师工作坊主持人

这是一节依托借助Robosim虚拟机器人平台的人工智能体验课，

这一平台最大的优点是学生编程的结果直接可以在虚拟仿真环境中进

行模拟测试，这极大激活了学生编程学习的积极性。

整节课的设计通过完成智能沿路走和智能识别路口两个任务的探

索，让学生以程序设计的方式来模拟实现了简单的无人驾驶。学生通

过两人一小组协助学习的方式，在易加学院平台课程的支撑下开展比

较有效的探究活动，一节课下来对AI视觉传感器在感性的基础上有了

实践性的认识，对无人驾驶实现过程中偏移值、左边宽度和右边宽度

等参数有了更进一步的理解，在程序的搭建、调试及仿真环境的模拟

中，基本完成了小车巡线行驶到终点的任务。

本节课比较成功的地方：

1.小组协助学习的方式比较有效，课堂上一位学生负责程序搭建

调试，一位学生负责看易加学院的课程任务指导，参与程序设计与调

试的过程，课堂上两人小组的讨论交流学生比较投入，效果良好。这也

为以后类似的课堂组织模式提供了范例。

2.注重任务探究过程的指导。学生在任务探究过程中，存在以下几

种情况：第一种情况是任务没完成，程序是错的，探究不出来；第二种

情况是任务完成了，但有不一样的实现方法；第三种情况是程序还有

需要优化完善的地方。本课在小车行进的探究过程中，很好地体现了

过程指导，比如为什么小车走不到想要到的位置，是因为没有进行重

复的判断；再如判断到路口检测到宽度值127后走几秒的调试等。

3.对任务进行了有效地取舍。类似这样的课例，作为一个完整的项

目来说，是不可能一节课得了的，可能需要两节课甚至多节课来探索。

本节课在40分钟的课堂时间内对要探究的内容作了一定的取舍，主要

侧重在实现基本的巡线行走，让学生体验在虚拟仿真的环境中是可以

通过自己的程序设计来控制小车行走的，感受智能判断识别的原理，

激发后续学习的兴趣。

居冰莹

苏州工业园区星洋学校

闫老师的这节选题新颖，课堂中讲解细致，任务设计层层深入。对

比有人驾驶和无人驾驶，引导学生思考无人驾驶算法，耐心地带领学

生分析小口在行驶过程中各类数据的变化，一步步帮助学生分析问题

解决问题，值得借鉴,可能是因为学生新接触这个平台软件的原因，闫

老师讲解的部分稍微多了一点，可以尝试让学生小组合作，借助易加

资源等方式，留更多的时间让学生自主探究，锻炼学生的自主学习能

力，提高学生的主体地位。如果时间充裕，易加平台中的评价部分可以

反馈一下。

钱丹

苏州工业园区青剑湖小学

《人工智能之无人驾驶》一课教学难度较大，需要学生有较好的

机器人学习经验，但是课堂中学生的完成度比较高。这节课课堂情境

从现实到虚拟，从生活中的无人驾驶应用到平台中的虚拟机器人。教

学过程从细节到整体，从优化程序的角度提升学生的思维。有效使用

表格这样的教学支持工具，设计任务分析表，帮助学生对照思路拼搭

脚本。本节课主要用到AI视觉传感器实现巡航功能，实际生活中无人

驾驶需要几十种传感器协同工作，拓展部分可以通过视频等方式展示

给学生观看。

宋颖超

苏州工业园区跨塘实验小学

本节课设计新颖，无人驾驶也是人工智能领域很贴近生活的，学

生对其很感兴趣，本课使用的平台很丰富，学生使用积极性高。在导入

环节，进行了驾驶工作原理分析，用人眼睛大脑手脚等进行类比，让学

生了解传感器算法控制器的作用。建议在学生进行尝试前，先进行整

体任务分析，例如对地图整体分析，路线分为沿路走，右转左转这几种

情况，让学生能对整体任务有一个明确的了解，这样更利于后续每一

个小任务的理解与完成。在任务一和任务二中，更多的是教师先讲授，

学生后验证，这样让学生有了扎实的原理，建议可以增加先探究，教师

后验证环节，让学生体验感更好，记忆更深刻。整体内容太多，项目开

展完成度没有达到大多数，在内容上要简化，不宜过复杂。在平台中有

类似星星闯关得分的概念，是一个比较好的反馈，以及任务是否完成

的标志，可以加以利用，让学生更有成就感。

徐刘志

苏州工业园区翰林小学

闫老师的《人工智能之无人驾驶》这节课，遵循“体验——应用一

一设计”的三个层次进行课堂教学的，从生活中的真实案例切入，通过

无人驾驶和人类驾驶进行比较，激发学生学习兴趣，课堂中，闫老师带

领学生从AI视觉传感器入手，判断偏移值的变化来识别道路，学生通

过小组讨论，借助易加自学等方式尝试智能沿线走，智能识别路口，最

后通过拓展任务进一步巩固对AI传感器的应用，让学生学会用计算思

维解决生活中的实际问题，可以说的整节课是学生自主认知——动手

实践——再学习的过程。在任务二，小车如何调整方向，以及如何用偏

移值表示偏左还是偏右，闫老师直接讲解了如果那么并嵌套了如果那

么否则，这里小建议，可以让学生思考用三个如果那么，和嵌套使用如

果那么否则有什么区别，进一步强化学生的计算思维。

石芮辰

苏州工业园区东沙湖小学

亮点：1,导入部分的案例贴合学生的实际生活，学生有类似的生活

经验，有利于学生进入学习场景。2.任务推进自然顺畅。本节课的学习

任务是按照地图的情况来设计的，沿线走和识别路口，在做的