J02
机器人小卫士：躲开障碍大冒险
初中 · 7–9 年级 · 10 课时 × 40–45 分钟
核心问题：机器人怎样把“看见障碍”变成一套可靠的转向规则，并在一局比赛里安全通关？
🎮 趣味玩法：迷宫闯关「不碰墙回家」：三条难度递增的赛道，碰撞扣星、卡死重来，集齐三星解锁「避障达人」。
项目目标
- 理解数字量、模拟量与阈值的区别
- 能用条件判断组合多路传感器，写出可执行的避障规则表
- 能在迷宫赛中定位卡死原因并设计自救策略
- 能用碰撞数、通关时间与星级评价自己的方案
领域落点
AI：感知信号的阈值化处理——AI 感知的最简形式
硬件：红外避障、超声波测距、碰撞开关、双轮底盘
算法：条件判断、布尔逻辑、有限规则表
10 课时大纲
2 + 6 + 2| 课次 | 课题 / 驱动问题 | 关键知识点 | 学生任务 | 产出 |
|---|---|---|---|---|
| L01 | 小卫士上岗：赛道与规则 怎样算“安全到达终点”？ | 任务边界与验收指标；碰撞率、完成时间、卡死次数；场地与安全规则 | 发布任务：3 分钟内通过迷宫并清扫至少 6 处垃圾，碰撞不超过 3 次；小组讨论策略并写假设。 | 任务卡 + 初始策略 |
| L02 | 雷达校准：传感器读数与阈值 传感器说的“近”到底多近？ | 模拟电压与距离的关系；阈值设定与回差；串口/屏幕读数 | 用尺子逐厘米测量红外与超声波读数，绘制“读数—距离”曲线，选出可靠阈值区间。 | 传感器标定曲线 |
| L03 | 第一条转向规则：如果……那么…… 程序怎样做选择？ | if / else if / else；比较运算与逻辑运算；规则的优先级 | 把“前方有障碍”拆成三条带优先级的规则，用图形化积木实现并在仿真中验证。 | 三规则程序 |
| L04 | 双保险：红外 + 超声波 两种传感器谁更可靠？ | 红外受颜色/光照影响；超声波受角度/吸音材料影响；冗余与投票 | 设计“红外优先、超声波兜底”的组合逻辑，记录两种传感器各自误判的场景。 | 双传感器规则表 |
| L05 | 卡住时往哪转：随机还是固定 卡住时该往哪边转？ | 随机数与伪随机；固定转向的循环陷阱；按历史选择方向 | 对比固定右转、随机转向、交替转向三种策略，在 10 次运行中统计脱困率。 | 策略对比表 |
| L06 | 自救：连续碰撞怎么办 连续碰撞说明什么？ | 连续事件计数；计数器与状态记忆；后退—转向—再尝试 | 加入“连续碰撞 3 次就后退 20cm 并反向转”的自救逻辑，测试死角与桌腿场景。 | 自救程序 + 日志 |
| L07 | 贴边任务：墙边为什么最难走？ 墙边为什么最难走？ | 沿墙距离保持；单侧传感器；模式切换条件 | 实现“沿右侧墙前进”模式，在 L 形墙角测试，记录脱离墙边的次数。 | 沿边程序 |
| L08 | 规则表：多传感器决策 规则多了会不会打架？ | 规则优先级与冲突消解；决策表；可读性：给规则命名 | 把全部规则整理成决策表（条件→动作→优先级），据此重写程序并减少嵌套。 | 决策表 + 重构程序 |
| L09 | 迷宫闯关赛 同样的规则能过不同的迷宫吗？ | 规则泛化；边界情况；现场调试方法 | 在三条未公开的迷宫赛道上运行，记录通过率、碰撞数与平均时间，现场修正一条规则。 | 挑战赛成绩单 |
| L10 | 复盘：笨规则也能很可靠 为什么“笨”规则也能很可靠？ | 规则系统的优点与上限；数据驱动的差别；从规则到学习 | 每组用一张图对比“规则”和“学习”两种思路，提出一个规则解决不了、需要学习的场景。 | 复盘海报 |
说明：本页是教程副本（大纲级），不是完整课件。完整课件、教案、学案、代码与仿真场景按学校进度单独导出。