激光雷达智能避障

【内容标准】

3～4年级：意识到使用工具可以更加精确、便利、快捷。

【学习目标】

1.认识了解激光雷达的应用。

2.了解激光雷达的工作原理。

3.了解避障小车的结构设计。

4.认识了解激光发射的角度与距离。

【教学过程】

课堂上，教师先展示智能避障小车，激起学生们了解它的兴趣。

展示场景一：在小车前面摆放一块长方体障碍物并将目标点设置在障碍物后方。启动小车，小车成功地绕开障碍物到达目标点。

展示场景二：在小车两边用障碍物围出一条弯曲通道并将目标点设置在通道尽头。启动小车，小车成功地沿着障碍物围成的通道到达了目标点。

学生们看过小车的功能后都很好奇，询问教师：“这个小车是怎么知道前面有东西挡住了，需要绕开的呢？”这时，教师就可以很自然地向学生们介绍激光雷达的工作原理：“这台小车使用了激光雷达来探测障碍物，小车上这个黑色的小盒子就是激光雷达。激光雷达的工作原理是由雷达发射系统发送一个信号,打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的角度和时间差来确定目标的方位和距离。”

在简单介绍激光雷达的工作原理后，教师引导学生动手操作，以此来加深对激光雷达的理解。打开激光雷达的可视化界面，让学生进行以下操作：

1.改变小车附近障碍物的位置，观察可视化界面，可以看见随着障碍物位置的改变，激光雷达探测形成的线条也随之改变。教师在旁边讲解：“这些线条就是激光雷达探测到的周边障碍物的轮廓，将这些信息传递给小车内置的避障算法，就可以实现小车的自动避障了。”

2.将障碍物从小车附近移动到离小车较远的位置，观察可视化界面，发现激光雷达探测形成的线条从近到远，从清晰到模糊变化，直到消失。教师在旁边讲解：“激光雷达的探测并不是没有距离限制的，如果障碍物离的很远，那么激光雷达就无法探测到它。就拿小车上的激光雷达来说，它的探测距离在6-8米左右。”

【案例评析】

教师先用较简单和较困难的两个场景来演示智能避障小车，既能由浅入深地让学生了解小车的避障能力有多强，又能激发起学生的兴趣，让他们好奇小车是怎么做到智能避障的，这有助于培养学生思考能力和探究能力。

在讲解完激光雷达的基本原理后，教师让学生动手操作和观察，并通过直观的现象来解释激光雷达背后的原理，这有助于培养学生的观察能力和科学态度，也让学生对知识点了解得更直观透彻。