清华大学版（贵州）(2024)六年级下册（2024）第2课 无人驾驶汽车的工作过程——无人驾驶汽车的感知、决策与控制执行教案

这是一份清华大学版（贵州）(2024)六年级下册（2024）第2课 无人驾驶汽车的工作过程——无人驾驶汽车的感知、决策与控制执行教案，共8页。教案主要包含了教材分析，学情分析，核心素养目标，教学重难点，教学过程等内容，欢迎下载使用。
本节课是清华版（贵州）新教材小学信息技术六年级下册第二单元的核心课，承接上节课无人驾驶汽车的发展认知，聚焦“工作原理”核心内容，是单元知识的关键环节。教材以“感知—决策—控制执行”三大核心系统为框架，先介绍感知系统的硬件组成（摄像头、雷达、激光雷达、导航）及功能，再讲解决策系统的数据处理与路径规划逻辑，最后说明控制执行系统的动作执行原理，结合生活类比与案例拆解，将复杂技术原理具象化。内容衔接AI工作流程（输入—处理—输出），为后续无人驾驶小车项目设计提供理论支撑，侧重培养学生的系统思维与逻辑推理能力，符合六年级学生从认知到原理探究的学习进阶。
二、学情分析
六年级学生已掌握无人驾驶汽车的基本概念与发展分级，对其“如何工作”充满探究欲，具备基础的逻辑分析与类比思维能力。生活中了解摄像头、雷达、导航等设备的简单用途，能理解“感知—思考—行动”的基础逻辑，但对多设备协同、数据处理、算法决策等抽象原理理解困难，易混淆三大系统的功能边界。学生喜欢直观演示、案例拆解、动手模拟等学习方式，需要通过具象类比、动画演示、流程梳理降低原理理解难度，同时需强化系统间的关联认知，避免孤立理解各部分功能。
三、核心素养目标（2022版新课标）
信息意识：了解无人驾驶汽车感知、决策、控制执行三大系统的组成与功能，识别各核心硬件（摄像头、雷达等）的作用，理解数据在系统间的传递逻辑。
计算思维：通过拆解无人驾驶汽车工作流程，培养系统分析与逻辑推理能力；能梳理“感知数据—决策分析—执行动作”的闭环逻辑，类比人类驾驶行为理解技术原理。
数字化学习与创新：能借助动画、流程图等数字化工具探究工作原理，梳理系统协作流程；尝试模拟简单的感知、决策、执行过程，培养动手模拟与逻辑构建能力。
信息社会责任：理解无人驾驶汽车技术的综合性，体会科技研发的复杂性与创新性；认识技术安全的重要性，树立理性看待智能技术应用的意识。
四、教学重难点
教学重点：无人驾驶汽车感知、决策、控制执行三大系统的组成与核心功能；三大系统协同工作的基本流程。
教学难点：理解感知系统多设备数据融合的逻辑；理解决策系统算法规划路径、判断风险的原理；区分三大系统的功能边界与协作关系。
五、教学过程
复习导入，衔接新知
师：上节课我们了解了无人驾驶汽车的发展现状和愿景，谁能说说：L4级无人驾驶汽车的核心特点是什么？
生：高度自动驾驶，能应对大部分路况，不需要人类操控。
师：非常准确！那大家有没有想过，无人驾驶汽车没有司机，是怎么“看到”红绿灯、行人，怎么“判断”该加速还是刹车，怎么“控制”方向盘和车轮的？
（学生自由发言，提出猜想）
师：大家的猜想很有趣！其实无人驾驶汽车和我们人类驾驶一样，有一套完整的“感知—思考—行动”系统，对应就是感知系统、决策系统、控制执行系统。今天我们就一起揭开它的工作奥秘，探究无人驾驶汽车的工作过程。（板书课题：无人驾驶汽车的工作过程——感知、决策与控制执行）
【设计意图：复习上节课核心知识点，通过设问激发探究欲，类比人类驾驶逻辑引出三大系统，自然导入新课，衔接单元知识脉络，贴合教材导入逻辑。】
探究新知1：感知系统——无人驾驶汽车的“眼睛和耳朵”
师：首先我们学习感知系统，教材把它比作无人驾驶汽车的“眼睛和耳朵”，负责收集周围环境信息。打开教材对应页面，看看感知系统由哪些设备组成？
生：摄像头、雷达、激光雷达、北斗导航！
师：非常全面！我们逐个分析这些设备的作用，结合教材图片和案例理解。
师：第一个是摄像头，就像人类的眼睛，教材提到它能识别红绿灯、交通标志、车道线、行人、车辆。比如看到红灯，摄像头会把信息传给汽车；看到前方有行人，也能清晰捕捉。
（课件出示摄像头识别红绿灯、行人的图片）
师：第二个是雷达，像“耳朵”，能发射电磁波，探测远处车辆、障碍物的距离和速度，不受白天黑夜、晴天雨天影响，弥补摄像头在恶劣天气下的不足。
师：第三个是激光雷达，是“超级眼睛”，能发射激光，快速扫描周围环境，生成3D立体地图，精准定位障碍物的位置、大小，这是无人驾驶汽车精准感知的核心设备。
（课件出示激光雷达生成的3D环境图）
师：第四个是北斗导航，负责“定位”，告诉汽车自己在哪里、目的地在哪里、该走哪条路，规划基础路线。
师：总结感知系统：摄像头、雷达、激光雷达、北斗导航协同工作，把周围的路况、障碍物、位置等信息，变成数据传给决策系统。
师：思考：为什么需要这么多设备一起感知，只用摄像头不行吗？
生：不行，摄像头晚上看不清，下雨会模糊，雷达和激光雷达能弥补缺点。
师：说得太对了！多设备协同，才能让无人驾驶汽车“看得清、听得准”，不遗漏任何环境信息。
【设计意图：紧扣教材感知系统内容，用“眼睛和耳朵”类比降低理解难度，结合图片、案例拆解各设备功能，通过问题引导理解多设备协同的必要性，落实信息意识与计算思维素养。】
探究新知2：决策系统——无人驾驶汽车的“大脑”
师：感知系统收集完信息，就传给决策系统，教材把它比作无人驾驶汽车的“大脑”，负责分析信息、做出判断、下达指令，是最核心的部分。
师：打开教材对应页面，看看决策系统是怎么工作的？教材说：决策系统先把感知系统传来的所有数据“融合”，再用预设的算法和程序，分析路况、判断风险、规划最优路径，最后下达行驶指令。
师：我们结合案例理解：感知系统传来“前方50米有红灯、左侧有行人、距离目的地还有2公里”的数据，决策系统会怎么做？
生：判断要减速停车，等红灯变绿，避开行人，继续按路线行驶。
师：完全正确！决策系统就像老司机，根据所有信息，快速做出正确决定：该加速、刹车、转向，还是停车避让。
（播放决策系统数据处理动画：感知数据→融合分析→路径规划→下达指令）
师：教材里提到，决策系统里有提前编写好的程序和海量的驾驶数据，能应对各种常见路况，遇到突发情况也能快速反应。
师：思考：如果感知系统传来错误数据，决策系统会做出错误判断吗？
生：会，所以感知系统要精准，多设备互相验证，减少错误。
师：没错！这就是为什么感知系统需要多设备协同，确保传给“大脑”的信息准确，决策才不会出错。
【设计意图：聚焦教材决策系统内容，用“大脑”类比突出核心地位，结合动画、案例拆解数据处理与决策逻辑，通过问题引导理解感知与决策的关联，落实计算思维与逻辑推理能力。】
探究新知3：控制执行系统——无人驾驶汽车的“手脚”
师：决策系统下达指令后，就轮到控制执行系统工作，教材把它比作无人驾驶汽车的“手脚”，负责执行指令，控制汽车行驶。
师：教材中明确了控制执行系统的组成：转向系统、制动系统、动力系统。我们分别看它们的作用：
转向系统：相当于“手”，控制方向盘，让汽车左转、右转、保持直线行驶；
制动系统：相当于“脚刹”，控制刹车，让汽车减速、停车；
动力系统：相当于“油门”，控制加速，让汽车前进、提速。
师：结合刚才的案例，决策系统下达“减速停车、右转避让行人”的指令，控制执行系统会怎么做？
生：制动系统刹车减速，转向系统控制方向盘右转，避开行人后再回正方向。
师：非常准确！控制执行系统精准执行每一个指令，确保汽车按照决策系统的要求安全行驶。
师：总结三大系统的关系：感知系统（眼睛耳朵）收集信息→决策系统（大脑）分析判断→控制执行系统（手脚）执行动作，形成一个完整的工作闭环，就像人类驾驶的全过程。
（课件出示三大系统协同工作流程图，清晰呈现数据传递与指令执行逻辑）
【设计意图：紧扣教材控制执行系统内容，用“手脚”类比直观易懂，结合案例拆解各子系统功能，通过流程图梳理三大系统闭环逻辑，强化系统关联认知，落实计算思维与系统分析能力。】
探究新知4：完整工作流程案例分析
师：我们结合教材中的完整案例，梳理无人驾驶汽车遇到“前方有行人过马路”时的全部工作过程，巩固三大系统的协作逻辑。
（课件出示案例场景图：无人驾驶汽车直行，前方路口有行人准备过马路）
师：第一步：感知系统工作。摄像头识别到行人，雷达探测到行人距离5米、速度缓慢，激光雷达精准定位行人位置，北斗导航确认当前路段，所有数据传给决策系统。
师：第二步：决策系统工作。融合所有数据，分析判断：行人即将过马路，存在安全风险，需立即减速停车，等待行人通过后再行驶，下达“紧急刹车→停车→行人离开后起步直行”指令。
师：第三步：控制执行系统工作。制动系统执行刹车，汽车快速减速停车；等待行人通过后，动力系统执行起步指令，汽车继续直行。
师：同桌互相说一说，这个案例中三大系统分别做了什么？完整的工作流程是怎样的？
【设计意图：依托教材典型案例，分步拆解完整工作流程，强化三大系统协同逻辑的理解，通过同桌互述巩固知识点，落实计算思维与逻辑表达能力。】
课堂练习：教材对应“试一试”
师：完成教材中的“试一试”：画出无人驾驶汽车工作过程的流程图，标注三大系统的名称和核心作用。
（学生独立完成，教师巡视指导，选取2份流程图展示订正，强调流程顺序与系统功能的准确性）
师：总结：流程图顺序为感知系统（收集环境信息）→决策系统（分析下达指令）→控制执行系统（执行行驶动作），三大系统缺一不可。