第五单元探索4《无人驾驶智能车模型的设计与制作》教学设计-2026-2027学年苏科版初中信息科技九年级全一册

该初中信息科技教学设计聚焦无人驾驶智能车“感知—决策—执行”闭环，涵盖硬件模块功能、方案设计、组装与AI程序调试。通过校园无人配送小车视频导入，回顾AI三大流程，衔接单元前置理论，依托教材图表、硬件对照表等支架构建知识脉络。 特色为项目式实操融合工程与AI落地，异质分组实现硬件与编程优势互补。借助教材分步组装指引、故障排查表，培养计算思维与系统调试能力，数字化工具辅助方案设计提升创新素养。助力学生掌握软硬件协同，为教师提供标准化教学流程与评价体系。

《无人驾驶智能车模型的设计与制作》教学设计-2026-2027学年苏科版（新教材）初中信息技术九年级全一册 一、学情分析 本节课授课对象为九年级学生，学生已完成本单元探索 1 至探索 3 内容学习，掌握人工智能搜索推理、预测分类、环境感知基础理论，了解超声波、红外传感器基础工作原理，具备基础编程逻辑与简单硬件组装经验。九年级学生逻辑推理、动手实践能力显著提升，对无人驾驶、智能机器人等前沿科技具备浓厚探究兴趣，但存在工程设计思维薄弱、软硬件协同调试经验不足、难以将 AI 算法落地实物模型的共性问题。学生小组协作水平分层明显，部分学生擅长硬件搭建，部分学生擅长程序编写，可采用异质分组实现优势互补。同时学生能够理解生活中无人驾驶落地案例，但对智能车“感知—决策—执行”完整闭环工程流程缺乏系统认知，需要依托教材实操任务完成具象化建构。 二、教材分析 本节课为第五单元项目式学习核心实操课，承接单元前序理论探索内容，是将人工智能原理转化为实物作品的落地环节。教材正文分为四大板块：1. 无人驾驶智能车模型整体结构拆解（底盘、控制器、传感器、电机执行机构、供电模块）；2. 模型设计规范与功能方案撰写模板；3. 硬件组装分步流程与线路连接标准；4. 基础 AI 避障、巡线程序调试与故障排查方法。教材配套实物示意图、硬件参数对照表、简易程序流程图，设置课堂探究任务、拓展创新任务与评价量表。单元整体以“设计无人驾驶智能车”为驱动项目，本课承担理论到实践的转化作用，衔接后续单元综合优化拓展内容，落实新课标人工智能、小型系统模拟学习要求，融合工程实践、算法设计、数字化创新多重学习维度，是培育学生计算思维与数字化动手能力的关键课时。 三、核心素养目标 （一）信息意识 1.能够结合教材案例区分不同场景无人驾驶智能车功能需求，精准提取传感器、控制器匹配信息，判断硬件选型与任务需求的适配关系。 2.关注现实无人驾驶技术安全规范，识别智能车模型设计中信息采集、数据处理的合理边界，建立技术服务生活的正向信息认知。 （二）计算思维 1.依据教材模型搭建逻辑，将无人驾驶完整流程抽象为“环境感知—数据运算—指令输出”三层模型，掌握问题分解、系统建模思维方法。 2.结合教材流程图拆解避障、巡线算法逻辑，通过调试硬件线路、修改程序参数，完成故障溯源与方案迭代，提升算法优化、问题解决能力。 （三）数字化学习与创新 1.小组协作依据教材设计模板完成智能车功能方案、结构图纸绘制，熟练使用数字化绘图工具记录设计思路，规范完成工程方案文档。 2.在基础模型之上开展创新改装，新增多传感器协同、多模式切换功能，实现 AI 智能小车个性化创新设计。 （四）信息社会责任 1.理解无人驾驶技术的数据安全、隐私保护要求，在模型设计中规范传感器数据采集逻辑，树立技术伦理意识。 2.体会人工智能硬件研发的严谨工匠精神，小组协作中遵守工具使用规范、爱护实验器材，养成规范、安全的数字化实践习惯。 四、教学重难点 教学重点 1.熟读教材，掌握无人驾驶智能车五大硬件模块功能、连接方式与选型标准。 2.完整完成模型结构设计、硬件组装，读懂教材基础 AI 控制程序流程图。 3.实现智能车基础自动避障、巡线功能，掌握基础调试方法。 教学难点 1.建立硬件、程序、人工智能算法三者协同运行的系统思维，理解“感知数据输入—AI 决策运算—电机动作输出”闭环逻辑。 2.快速排查线路接触、传感器参数、程序逻辑三类综合故障，完成方案迭代优化。 3.结合实际应用场景完成创新功能拓展设计，平衡模型实用性与创新性。 五、教学过程 （一）情境导入，回顾单元前置知识 教师活动：播放校园无人配送小车实景视频，展示教材第 96 页项目总述图文，面向全班发起系列问答。 师：同学们，前几节课我们学习了人工智能实现的三大核心环节，谁能结合教材内容说一说，完整的无人驾驶包含哪三大流程？ 生 1：感知环境、算法决策、执行动作。 师：回答准确，对应教材中 AI 模拟人的视觉、大脑、四肢。视频里校园配送小车需要避开行人、沿道路行驶，大家思考，仅依靠理论算法能不能直接造出实物小车？ 生 2：不能，需要硬件设备配合，把程序安装到小车上才能运行。 师：非常好，今天我们进入单元实操核心课——探索 4《无人驾驶智能车模型的设计与制作》，本节课我们将严格按照教材步骤，从方案设计到硬件组装、程序调试，亲手搭建一台具备 AI 避障功能的智能小车。 设计意图：依托真实校园场景串联旧知与新课，以教材原文问答夯实理论基础，明确本节课项目实操主线，激发学生动手实践欲望，快速聚焦课堂核心任务。 （二）研读教材新知，拆解智能车模型系统结构 教师活动：分发教材，引导学生齐读教材“模型整体结构”板块，出示硬件结构分类图表，逐模块结合教材示意图讲解。 表 1 无人驾驶智能车硬件模块对照表（教材配套拓展图表） 模块名称 教材定义 核心功能 课堂选用硬件 控制器（大脑） 教材 98 页：接收传感器数据，运行 AI 程序，下发控制指令 数据运算、算法决策 Arduino 开发板 传感器（感知器官） 教材 99 页：采集外界距离、路面灰度信息 感知障碍物、识别行驶路线 超声波避障传感器、灰度巡线传感器 执行机构（四肢） 教材 99 页：接收控制器指令完成移动动作 前进、转向、后退 减速电机 + 驱动模块、万向轮 底盘载体 教材 100 页：承载全部硬件，固定安装结构 整合各模块，保障行驶稳定 标准四轮小车底盘 供电模块 教材 100 页：为控制器、电机、传感器持续供电 提供稳定电压 锂电池电源组 师：请大家对照教材示意图，说一说超声波传感器对应人体什么器官？它采集的是什么信息？ 生 3：对应眼睛，采集小车前方障碍物的距离数据。 师：灰度传感器呢？它如何识别行驶路线？ 生 4：识别地面黑色引导线，区分路面灰度差值，判断小车是否偏离路线。 师：控制器作为核心，大家阅读教材思考：传感器采集到距离数据后，控制器需要完成哪些 AI 运算？ 生 5：对比设定安全距离，判断前方是否有障碍物，再向电机发送转向、后退指令。 教师补充讲解教材关键原文：教材明确提出，完整无人驾驶模型必须形成闭环数据流：传感器采集环境数据→传输至控制器→内置 AI 判断程序运算→输出控制信号驱动电机。缺少任意模块，小车无法实现自主智能行驶。随后组织小组讨论：如果我们要设计图书馆图书搬运智能小车，需要额外增加什么传感器？各小组推选代表发言，教师结合教材硬件选型标准点评。 设计意图：以表格可视化梳理教材硬件知识点，通过分层师生问答拆解系统结构，引导学生精读教材原文，建立模块化、系统化工程思维，区分各硬件功能逻辑，突破硬件认知基础重点。 （三）依据教材模板，完成智能车方案设计 教师活动：展示教材 101 页《智能车设计方案撰写模板》，讲解方案四大必填板块：应用场景定位、硬件选型清单、核心 AI 功能、结构布局草图，组织学生以 4 人异质小组开展方案设计，每组配备草稿纸、绘图工具。 师：教材要求设计方案首先明确应用场景，大家可以选择校园配送、教室巡线、仓库避障三类场景，小组先确定使用场景，再匹配对应传感器。谁能举例说明，选择校园巡线场景，硬件该如何搭配？ 生 6：必须搭配灰度巡线传感器，超声波传感器作为辅助避障，控制器选用基础开发板即可。 师：如果设计仓库搬运小车，障碍物较多，硬件需要做出哪些调整？ 生 7：增加双超声波传感器，前后各一组，全方位检测障碍物，电机选用扭矩更大的减速电机。 教师巡回指导各组方案撰写，针对存在硬件选型不匹配、功能设计脱离实际的小组，引导回归教材硬件对照表自查修改。完成方案初稿后，选取 2-3 组上台展示设计图纸与方案文本，全班依据教材评价要点互评。 设计意图：严格依托教材标准化模板开展设计任务，通过场景化问答引导学生建立“需求决定硬件”设计逻辑，落实数字化学习与创新素养，锻炼学生工程方案撰写与图样表达能力。 （四）教材分步指引，开展智能车硬件组装实操 教师活动：投影教材 102 页硬件组装分步流程图，明确组装总原则：从下到上、先固定底盘电机，再安装传感器，最后接线、固定控制器，同步演示工具安全使用规范。 师：教材第一步要求固定底盘电机，大家组装时螺丝力度需要注意什么？ 生 8：不能用力过猛，防止底盘碎裂，螺丝牢固不松动即可。 师：传感器支架安装在小车正前方，教材要求传感器与地面高度保持 2-3 厘米，为什么设定这个高度？ 生 9：高度过高会检测不到地面黑线，过低容易摩擦地面，影响数据采集精度。 教师分步拆解组装流程，同步穿插互动问答：接线环节，教材区分传感器信号线、电源线、地线，大家能否说出三根线路分别连接开发板哪类接口？学生结合教材接线示意图作答，教师纠正线路混淆、正负极接反等常见错误。实操过程中，小组内分工：1 人组装底盘、1 人固定传感器、1 人整理线路、1 人对照教材核查接线，教师巡回排查安全隐患，提醒禁止短路、带电插拔硬件。组装完成后，各组对照教材自检清单逐项核对硬件安装、线路连接是否规范。 设计意图：以教材分步流程作为实操唯一标准，穿插实操类师生问答规避组装常见错误，通过小组分工落实协作学习，强化学生规范、安全的工程实践习惯，落实本节课核心实操重点。 （五）结合教材程序流程图，编写调试 AI 控制程序 教师活动：展示教材 103 页智能避障基础程序流程图，拆解循环、条件判断两大核心 AI 逻辑，讲解程序与硬件的对应关系。 流程图核心逻辑（教材原文简化）：循环读取超声波距离数据→判断距离＜安全阈值（20cm）→触发电机后退、转向；距离＞20cm，电机保持直行。 师：程序中循环语句起到什么作用？对应无人驾驶的什么行为？ 生 10：持续不断检测前方路况，模拟车辆行驶中实时观察道路。 师：条件判断语句是人工智能决策核心，如果去掉判断分支，小车会出现什么问题？ 生 11：无论前方有无障碍物，小车只会一直直行，无法实现自动避障。 教师演示程序上传至控制器完整操作，指导各组将编写完成的程序上传硬件，开展实地测试。测试过程设置分层探究问题：小车遇到障碍物未转向、小车巡线偏离轨道、传感器无数据反馈，引导学生对照教材故障排查表自主溯源，区分线路、传感器、程序三类故障。基础调试完成后，鼓励小组拓展创新，修改程序参数，增加声光报警、多档行驶速度等拓展功能。 设计意图：将教材程序流程图转化为可视化逻辑讲解，通过问答打通硬件与程序的关联壁垒，攻克本节课软硬件协同难点，依托故障探究培养学生计算思维中的调试、迭代能力。 （六）作品展示与课堂综合评价 教师活动：依据教材配套课堂评价量表，从方案设计、硬件组装、程序功能、创新拓展、小组协作五个维度组织小组作品路演展示，每组演示智能车巡线、自动避障完整功能，讲解设计思路。 师：请展示小组结合教材设计标准，说明你们小组的创新改良点，以及改良依据。 各组学生依次作答，全班开展互评，教师结合教材知识点总结各组优势与可优化方向，记录优秀创新方案作为单元拓展素材。 设计意图：依托教材标准化评价体系开展成果展示，实现生生互评、师生评价结合，复盘整节课教材核心知识点，强化学生成果表达与反思优化能力。 六、课堂结语 本节课我们完整跟随教材完成无人驾驶智能车从方案设计、硬件搭建到 AI 程序调试的全流程实践，系统掌握了智能小车五大硬件模块功能与协同运行逻辑，读懂人工智能“感知—决策—执行”闭环的实物落地方式。我们应当认识到，课本中的简易智能车模型是现实无人驾驶汽车的微型缩影，真实道路上的自动驾驶融合了更多传感器、大数据与复杂 AI 算法，技术研发离不开严谨的工程设计与反复调试。课后请同学们完善小组设计方案，对照教材故障清单优化小车功能，结合生活场景思考无人驾驶技术的安全边界，下节课我们将基于本节课模型开展功能综合优化，进一步探索人工智能落地应用的更多可能性。 2 学科网（北京）股份有限公司 $