【內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)】

3～4年級：意識到使用工具可以更加精確、便利、快捷。

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.認(rèn)識了解激光雷達(dá)的應(yīng)用。

2.了解激光雷達(dá)的工作原理。

3.了解避障小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

4.認(rèn)識了解激光發(fā)射的角度與距離。

【教學(xué)過程】

課堂上，教師先展示智能避障小車，激起學(xué)生們了解它的興趣。

展示場景一：在小車前面擺放一塊長方體障礙物并將目標(biāo)點(diǎn)設(shè)置在障礙物后方。啟動小車，小車成功地繞開障礙物到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

展示場景二：在小車兩邊用障礙物圍出一條彎曲通道并將目標(biāo)點(diǎn)設(shè)置在通道盡頭。啟動小車，小車成功地沿著障礙物圍成的通道到達(dá)了目標(biāo)點(diǎn)。

學(xué)生們看過小車的功能后都很好奇，詢問教師：“這個小車是怎么知道前面有東西擋住了，需要繞開的呢？”這時，教師就可以很自然地向?qū)W生們介紹激光雷達(dá)的工作原理：“這臺小車使用了激光雷達(dá)來探測障礙物，小車上這個黑色的小盒子就是激光雷達(dá)。激光雷達(dá)的工作原理是由雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個信號,打到地面的樹木、道路、橋梁和建筑物上，引起散射，經(jīng)目標(biāo)反射后被接收系統(tǒng)收集，通過測量反射光的角度和時間差來確定目標(biāo)的方位和距離?！?/p>

在簡單介紹激光雷達(dá)的工作原理后，教師引導(dǎo)學(xué)生動手操作，以此來加深對激光雷達(dá)的理解。打開激光雷達(dá)的可視化界面，讓學(xué)生進(jìn)行以下操作：

1.改變小車附近障礙物的位置，觀察可視化界面，可以看見隨著障礙物位置的改變，激光雷達(dá)探測形成的線條也隨之改變。教師在旁邊講解：“這些線條就是激光雷達(dá)探測到的周邊障礙物的輪廓，將這些信息傳遞給小車內(nèi)置的避障算法，就可以實(shí)現(xiàn)小車的自動避障了?！?/p>

2.將障礙物從小車附近移動到離小車較遠(yuǎn)的位置，觀察可視化界面，發(fā)現(xiàn)激光雷達(dá)探測形成的線條從近到遠(yuǎn)，從清晰到模糊變化，直到消失。教師在旁邊講解：“激光雷達(dá)的探測并不是沒有距離限制的，如果障礙物離的很遠(yuǎn)，那么激光雷達(dá)就無法探測到它。就拿小車上的激光雷達(dá)來說，它的探測距離在6-8米左右。”

【案例評析】

教師先用較簡單和較困難的兩個場景來演示智能避障小車，既能由淺入深地讓學(xué)生了解小車的避障能力有多強(qiáng)，又能激發(fā)起學(xué)生的興趣，讓他們好奇小車是怎么做到智能避障的，這有助于培養(yǎng)學(xué)生思考能力和探究能力。

在講解完激光雷達(dá)的基本原理后，教師讓學(xué)生動手操作和觀察，并通過直觀的現(xiàn)象來解釋激光雷達(dá)背后的原理，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和科學(xué)態(tài)度，也讓學(xué)生對知識點(diǎn)了解得更直觀透徹。