2.5 自动驾驶教学设计小学信息技术（信息科技）小学版（2024）人工智能通识（清华大学版）

2.5自动驾驶教学设计小学信息技术（信息科技）小学版（2024）人工智能通识（清华大学版）学校授课教师课时授课班级授课地点教具教学内容一、教学内容本节课选自清华大学版小学信息技术（信息科技）小学版2024“人工智能通识”第2章“人工智能与生活”第2.5节“自动驾驶”。主要内容包括：自动驾驶的定义与基本原理（通过传感器感知环境、智能决策控制车辆）；常见传感器（摄像头、雷达、超声波传感器）的作用；自动驾驶在生活中的应用（如自动驾驶汽车、智能扫地机器人）；体验简单的自动驾驶模拟活动，感受人工智能技术的便捷性。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过认识自动驾驶的定义、传感器作用及生活应用，培养学生对人工智能技术的信息意识，感受技术发展与社会生活的联系。在理解自动驾驶原理和参与模拟活动中，初步形成分析问题、解决问题的计算思维。通过体验自动驾驶模拟操作，提升数字工具使用与信息处理的数字素养与技能。结合自动驾驶的安全应用，引导学生认识技术伦理，树立合理使用人工智能的信息社会责任。教学难点与重点1.教学重点，①理解自动驾驶的定义及基本工作原理（传感器感知环境、智能决策控制车辆）；②掌握常见传感器（摄像头、雷达、超声波）在自动驾驶中的作用；③认识自动驾驶在生活中的具体应用（如自动驾驶汽车、智能扫地机器人）。

2.教学难点，①理解“智能决策控制”中传感器数据与车辆行动的关联逻辑；②在模拟活动中准确操作自动驾驶模拟工具，体验感知-决策-控制的过程；③区分不同传感器（如摄像头与雷达）在环境感知中的功能差异与应用场景。教学资源软硬件资源：电脑/平板设备、自动驾驶模拟操作软件、传感器实物模型（摄像头、雷达、超声波）。

课程平台：学校智慧课堂教学平台。

信息化资源：自动驾驶应用场景短视频、传感器工作原理动画演示、自动驾驶技术科普图文。

教学手段：小组合作探究、实物观察演示、模拟操作体验。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对自动驾驶的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“同学们，你们见过会自己‘走路’的汽车吗？或者家里有没有能自己打扫卫生的‘小帮手’？它们是怎么自己‘看’路、‘干活’的呢？”

展示自动驾驶汽车、智能扫地机器人的短视频片段（如车辆自动避让行人、扫地机器人规划房间路线），引导学生观察“这些设备为什么不用人操作就能自己动？”

简短介绍：“今天我们要认识的‘自动驾驶’，就像给机器装上了‘眼睛’‘大脑’和‘手脚’，让它们能自己感知世界、做出判断，这就是人工智能的神奇力量！”

2.自动驾驶基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解自动驾驶的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解定义：“自动驾驶是指利用人工智能技术，让车辆或设备像人一样，通过‘感知’周围环境，‘思考’如何行动，然后‘控制’自己完成任务，不需要人一直操作。”

组成部分与功能：结合传感器实物模型（摄像头、雷达、超声波）和示意图介绍——

①摄像头：像“眼睛”，能拍下道路、红绿灯、行人的图像，识别颜色和形状；

②雷达：像“耳朵”，发射无线电波，探测周围物体的距离和速度，即使在黑暗中也能“听”到障碍物；

③超声波传感器：像“小触角”，近距离发出声波，遇到障碍物反弹回来，帮助车辆“摸”清周围有没有障碍物。

原理流程：用箭头图演示“传感器收集信息→电脑‘大脑’分析信息→发出指令→车辆控制行动”（如摄像头拍到红灯→电脑判断“停下”→车辆刹车）。

实例：以教室里的智能风扇为例，“风扇的‘眼睛’是红外传感器，‘看到’有人靠近就吹风，人走了就停，这就是简单的‘自动驾驶’原理。”

3.自动驾驶案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解自动驾驶的特性和重要性。

过程：

案例一：自动驾驶汽车

背景：展示城市道路中自动驾驶汽车的图片（如百度Apollo、特斯拉Autopilot），介绍“它能在高速公路上自动保持车道、跟车，遇到突发情况会刹车”。

特点：①不用司机握方向盘，能实时监测路况；②通过摄像头+雷达+超声波多传感器配合，比人反应更快；③可连接交通系统，减少拥堵。

意义：“如果路上都是自动驾驶汽车，就不会有司机疲劳驾驶、闯红灯导致的交通事故，老人、小孩也能安全出行。”

案例二：智能扫地机器人

背景：播放扫地机器人工作的视频（如自动充电、避开家具、规划清扫路线）。

特点：①能“记住”房间布局，不会重复清扫；②遇到楼梯、墙壁会自动转向；③扫完自己回到充电座“休息”。

意义：“妈妈不用再弯腰扫地，机器人能帮我们分担家务，让生活更轻松。”

小组讨论：

主题：“自动驾驶还能用在哪些地方？它未来能变成什么样？”

要求：每组选1个方向（如“自动驾驶快递车”“自动驾驶校车”“自动驾驶农业机器人”），讨论“现在的现状是什么？可能遇到什么问题？有什么解决办法？”（如快递车现状：快递员很累；问题：找不到地址；解决办法：机器人用摄像头识别门牌号，导航到门口）。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

分组：将学生分为4-5人一组，每组发放讨论任务卡（如“自动驾驶校车”“自动驾驶农业机器人”“自动驾驶快递车”）。

讨论内容：

①选定的自动驾驶设备现在用在哪些地方？

②使用时可能遇到什么困难？（如自动驾驶校车：天气不好时摄像头看不清路；农业机器人：田地不平容易摔倒）

③有什么好办法解决这些困难？（如校车：增加雷达辅助探测；农业机器人：安装轮子适应地形）

每组记录讨论结果，选出1名代表准备展示。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对自动驾驶的认识和理解。

过程：

小组展示：各组代表依次上台，用1-2分钟介绍讨论成果（如“我们组讨论的是自动驾驶校车，现在有些学校试点了，但下雨时摄像头会模糊，解决办法是在校车上装更多雷达，像‘蝙蝠’一样用声音探测障碍物”）。

提问与点评：其他学生可提问（如“自动驾驶校车怎么识别要下车的学生？”），教师引导思考“这个办法能不能解决所有问题？还有没有更安全的方法？”

教师总结：

亮点：“各组都想到了用‘多传感器配合’解决问题，比如摄像头+雷达，和课本里讲的一样，说明大家真正理解了自动驾驶的原理！”

不足：“有些办法忽略了实际成本，比如给扫地机器人装5个摄像头太贵了，可以选性价比高的传感器。”

建议：“未来设计自动驾驶设备，既要考虑‘能不能做到’，也要考虑‘好不好用’‘花不花钱’。”

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调自动驾驶的重要性和意义。

过程：

回顾：“今天我们认识了自动驾驶，知道了它靠‘传感器感知、智能决策、控制行动’工作，还了解了自动驾驶汽车、扫地机器人等应用案例。”

强调：“自动驾驶是人工智能的重要应用，它能让生活更安全（减少交通事故）、更方便（帮我们做家务）、更高效（减少交通拥堵），未来还会有更多神奇的自动驾驶设备走进我们的生活。”

布置作业：“请同学们课后写一篇100字左右的短文，题目是‘我眼中的自动驾驶’，可以写你最喜欢的自动驾驶设备，或者你希望未来有什么样的自动驾驶发明，下节课分享！”学生学习效果###一、知识掌握效果

1.**准确理解自动驾驶的核心概念**

学生能清晰表述“自动驾驶”的定义，即“利用人工智能技术，通过传感器感知环境、智能决策并控制车辆或设备自主完成任务的过程”，并能区分“自动驾驶”与“人工操作”的本质差异（如无需持续人工干预、依靠机器自主决策）。

2.**系统掌握自动驾驶的组成与原理**

学生能完整列举自动驾驶的三大核心环节——“感知-决策-控制”，并结合传感器实物模型与示意图，说明各环节的作用：

-感知环节：摄像头（识别图像颜色、形状，如红绿灯、行人）、雷达（探测距离与速度，不受光线影响）、超声波传感器（近距离障碍物检测，如扫地机器人避开家具）；

-决策环节：电脑“大脑”分析传感器数据，判断路况并制定行动方案（如“红灯停”“障碍物绕行”）；

-控制环节：执行指令（如车辆刹车、转向，机器人启动清扫）。

3.**清晰识别自动驾驶的生活应用场景**

学生能结合教材案例，列举至少3种自动驾驶技术的具体应用：

-自动驾驶汽车（高速公路自动跟车、城市道路避障）；

-智能扫地机器人（自动规划清扫路线、识别充电座）；

-其他创新应用（如自动驾驶快递车、农业机器人），并能说明其功能特点（如“快递车用摄像头识别门牌号，导航到门口”）。

###二、能力发展效果

1.**计算思维与问题解决能力提升**

-在模拟操作体验中，学生能独立使用自动驾驶模拟软件，完成简单避障任务（如控制虚拟车辆绕开行人、障碍物），理解“传感器数据输入→分析→决策→行动”的逻辑流程；

-小组讨论中，能针对自动驾驶应用的挑战（如“雨天摄像头模糊”“农业机器人田地易摔倒”），提出具体解决方案（如“增加雷达辅助探测”“安装适应地形的轮子”），体现分解问题、分析原因、设计策略的思维过程。

2.**合作探究与表达能力增强**

-小组讨论中，学生能分工协作（如记录员、发言人、补充者），围绕“自动驾驶未来应用”主题，整理讨论结果并形成结构化观点（如“现状-问题-解决办法”）；

-课堂展示时，代表能用简洁语言表达小组观点（如“我们组设计的自动驾驶校车，用雷达+摄像头双传感器，雨天也能看清路”），并回应同学提问（如“校车通过人脸识别确认学生下车”），表达逻辑清晰、观点明确。

3.**数字工具使用与信息处理能力**

-能操作自动驾驶模拟软件，调整传感器参数（如切换摄像头/雷达模式），观察不同传感器对车辆行动的影响，记录实验现象（如“摄像头模式下能识别红绿灯，但黑暗中失效；雷达模式下能测距，但无法识别颜色”）；

-能筛选教材与信息化资源中的关键信息（如短视频中的扫地机器人避障过程、图文中的传感器功能），提取与主题相关的内容用于讨论与展示。

###三、素养提升效果

1.**信息意识：感知技术与社会生活的联系**

学生能主动观察生活中的自动驾驶技术应用（如家长汽车的辅助驾驶功能、家中的扫地机器人），并分析其对生活的影响（如“减少妈妈家务负担”“降低交通事故率”），认识到“人工智能技术能让生活更安全、便捷、高效”。

2.**信息社会责任：树立技术伦理与安全意识**

在讨论自动驾驶的潜在问题时（如“紧急情况下车辆如何选择碰撞对象”“数据隐私保护”），学生能提出合理观点（如“车辆应优先保护行人”“个人位置数据需加密”），初步形成“技术发展需兼顾安全与伦理”的责任意识。

3.**数字素养与技能：提升信息时代适应能力**

学生能通过模拟操作体验，理解“数据是人工智能的‘燃料’”（如传感器收集的环境数据是决策的基础），认识到数字工具在解决问题中的作用（如用软件模拟可降低真实测试风险），为后续学习人工智能相关内容奠定基础。

###四、情感态度效果

1.**激发对人工智能技术的兴趣与探索欲**

导入环节的短视频与提问（“会自己‘走路’的汽车怎么做到的？”）使学生表现出强烈好奇心，课后主动询问“自动驾驶飞机什么时候能普及”“机器人能帮我写作业吗”，并愿意通过阅读科普书籍、观看纪录片等方式进一步了解人工智能。

2.**增强对技术发展的信心与认同感**

3.**培养积极应用技术的态度**

课后作业中，学生撰写的短文《我眼中的自动驾驶》体现出积极的应用意识，如“希望有自动驾驶校车，每天安全接我上学”“想发明自动驾驶书包，自己跟着我走”，表明学生愿意将技术视为解决生活问题的工具，而非单纯“玩”的对象。

综上，本节课通过“感知-理解-应用-创新”的教学设计，使学生不仅掌握了自动驾驶的核心知识，更在思维能力、合作能力、信息素养及情感态度上得到全面发展，实现了“知识传授”与“素养培育”的统一，为后续人工智能学习奠定了坚实基础。典型例题讲解1.例题：请简述自动驾驶的基本工作原理。

答案：自动驾驶通过传感器感知环境（如摄像头拍图像、雷达测距离），电脑“大脑”分析数据并做出决策（如“红灯停”），最后控制车辆或设备执行行动（如刹车、转向）。

2.例题：扫地机器人遇到家具时能自动避开，这主要依靠哪种传感器？它有什么作用？

答案：超声波传感器。作用：近距离发出声波，遇到障碍物反弹回来，机器人接收反弹信号判断距离，从而转向避开。

3.例题：自动驾驶汽车在高速公路上自动保持车道行驶，主要用到哪些传感器？各起什么作用？

答案：摄像头和雷达。摄像头识别车道线颜色、形状；雷达探测周围车辆距离和速度，辅助保持安全距离。

4.例题：如果下雨时摄像头看不清红绿灯，自动驾驶汽车可以用什么办法解决？为什么？

答案：用雷达辅助探测。因为雷达不受光线和雨水影响，能发射无线电波探测红绿灯位置和距离，补充摄像头的不足。

5.例题：请按顺序写出自动驾驶汽车遇到行人时的处理流程。

答案：①摄像头拍到行人图像；②电脑分析判断行人位置和移动方向；③发出“减速或刹车”