【內容標準】

3～4年級：意識到使用工具可以更加精確、便利、快捷。

【學習目標】

1.認識了解激光雷達的應用。

2.了解激光雷達的工作原理。

3.了解避障小車的結構設計。

4.認識了解激光發射的角度與距離。

【教學過程】

課堂上，教師先展示智能避障小車，激起學生們了解它的興趣。

展示場景一：在小車前面擺放一塊長方體障礙物并將目標點設置在障礙物后方。啟動小車，小車成功地繞開障礙物到達目標點。

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點設置在通道盡頭。啟動小車，小車成功地沿著障礙物圍成的通道到達了目標點。

學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學生們介紹激光雷達的工作原理：“這臺小車使用了激光雷達來探測障礙物，小車上這個黑色的小盒子就是激光雷達。激光雷達的工作原理是由雷達發射系統發送一個信號,打到地面的樹木、道路、橋梁和建筑物上，引起散射，經目標反射后被接收系統收集，通過測量反射光的角度和時間差來確定目標的方位和距離。”

在簡單介紹激光雷達的工作原理后，教師引導學生動手操作，以此來加深對激光雷達的理解。打開激光雷達的可視化界面，讓學生進行以下操作：

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探測到的周邊障礙物的輪廓，將這些信息傳遞給小車內置的避障算法，就可以實現小車的自動避障了。”

2.將障礙物從小車附近移動到離小車較遠的位置，觀察可視化界面，發現激光雷達探測形成的線條從近到遠，從清晰到模糊變化，直到消失。教師在旁邊講解：“激光雷達的探測并不是沒有距離限制的，如果障礙物離的很遠，那么激光雷達就無法探測到它。就拿小車上的激光雷達來說，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生了解小車的避障能力有多強，又能激發起學生的興趣，讓他們好奇小車是怎么做到智能避障的，這有助于培養學生思考能力和探究能力。

在講解完激光雷達的基本原理后，教師讓學生動手操作和觀察，并通過直觀的現象來解釋激光雷達背后的原理，這有助于培養學生的觀察能力和科學態度，也讓學生對知識點了解得更直觀透徹。

來源: 中國機械工程學會