高職院校開設(shè)無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)公選課的探索

雷英棟 吳湘蓮 周樂

摘 要：無人機行業(yè)的快速發(fā)展，對高素質(zhì)無人機專業(yè)技能人才的需求量巨大，高職院校開展無人機相關(guān)教學(xué)對行業(yè)發(fā)展具有重要意義。本文從分析開設(shè)無人機專業(yè)的難點出發(fā)，結(jié)合筆者學(xué)校實際情況分析開設(shè)無人機相關(guān)課程的可行性，對開設(shè)無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)公選課進行教學(xué)探索，確定課程教學(xué)內(nèi)容、方法、考核評價標準，注重學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為高職院校開展無人機相關(guān)教學(xué)提供參考，為開設(shè)無人機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)鋪路。

關(guān)鍵詞：高職院校無人機公選課 可行性 教學(xué)探索

近年來，無人機的發(fā)展和應(yīng)用受到了世界各國的普遍重視，無人機使用成本低，效率高，機動性能好，應(yīng)用范圍廣，在各行各業(yè)越來越被廣泛認可，并發(fā)揮了不可替代的作用。無人機市場的快速膨脹催生了對高素質(zhì)無人機專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的迫切需求，越來越多的青年學(xué)生對無人機技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，培養(yǎng)無人機專業(yè)技術(shù)人才勢在必行。推動無人機相關(guān)教學(xué)在高校的開展具有十分重要的意義。

一、開設(shè)無人機專業(yè)的難點

1.師資問題

無人機綜合集成了航空技術(shù)、控制技術(shù)、機械設(shè)計等多學(xué)科技術(shù)，開設(shè)無人機專業(yè)需要專業(yè)的師資隊伍。而目前多數(shù)的教師隊伍以機電一體化、自動控制專業(yè)為主，向無人機專業(yè)轉(zhuǎn)型需要時間。同時行業(yè)發(fā)展迅速，無人機高技能人才就業(yè)前景光明，學(xué)校受制于吸引力、政策等因素，引進相關(guān)專業(yè)教師難度較大，師資問題困擾院校無人機專業(yè)建設(shè)。

2.設(shè)備問題

無人機實訓(xùn)場地建設(shè)投入較大，實訓(xùn)場地需要建設(shè)模擬飛行機房、室內(nèi)組裝實訓(xùn)實驗室、室外試飛場等，另外實訓(xùn)器材和耗材的價格不菲，在學(xué)生訓(xùn)練過程中的損耗也較大。在招生人數(shù)不確定、師資隊伍建設(shè)不成熟的情況下，大資金、單一專業(yè)的設(shè)備投入，對于一般院校而言不符合實際。

3.就業(yè)問題

目前，已開設(shè)無人機專業(yè)的高職院校畢業(yè)生，就業(yè)多去無人機應(yīng)用服務(wù)型企業(yè)，從事飛行工作。企業(yè)普遍要求學(xué)生持有無人機飛行駕照。市面上較為認可的無人機駕照有三類：AOPA、ASFC和大疆慧飛。企業(yè)更為認可AOPA頒發(fā)的無人機駕照，但是AOPA考證價格高昂，培訓(xùn)周期長，學(xué)生可能無法承擔(dān)，從而對就業(yè)產(chǎn)生影響。

4.安全問題

無人機課程多是理實一體化課程，實訓(xùn)教學(xué)需要學(xué)生動手組裝并調(diào)試無人機，電機轉(zhuǎn)速高，螺旋槳鋒利，容易造成安全事故。另外，在進行飛行訓(xùn)練時，學(xué)生本身基礎(chǔ)薄弱，初次接觸無人機激動又緊張，容易產(chǎn)生錯誤操作，導(dǎo)致飛機失控。無人機飛行本身容易受到天氣、磁場等客觀因素的影響，一旦失控必然對人員、財產(chǎn)等造成損害。因此，實訓(xùn)教學(xué)必須制定嚴格的安全行為規(guī)范，同時選擇人少空曠或者封閉的室內(nèi)進行訓(xùn)練。

二、開設(shè)無人機相關(guān)課程的意義

1.有助于探索高職院校無人機教學(xué)模式

高職院校開設(shè)無人機專業(yè)是一個新的發(fā)展方向，通過開設(shè)無人機相關(guān)課程，例如開設(shè)無人機公選課，制定課程標準，選擇確定課程教學(xué)內(nèi)容;完成無人機公選課的教學(xué)設(shè)計和實踐;制定無人機公選課的教學(xué)考核評價標準。從而探索適合高職院校無人機教學(xué)的新模式，為今后開設(shè)無人機相關(guān)專業(yè)及課程積累經(jīng)驗。

2.有利于選拔學(xué)生參與無人機專業(yè)競賽

每年國內(nèi)都有不同類型的無人機專業(yè)競賽，各類大賽舉辦多年，影響力巨大，吸引各個高校成百上千支隊伍參與其中。通過無人機相關(guān)課程的開設(shè)，學(xué)生有機會參與無人機的設(shè)計、制作、調(diào)試和維修等環(huán)節(jié)，為選拔學(xué)生參與競賽做好人員儲備，由競賽帶動教學(xué)，教學(xué)輔助競賽。

3.有助于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)無人機知識的激情

無人機雖小卻足以體現(xiàn)現(xiàn)代飛機的主要技術(shù)特征與原理。通過無人機相關(guān)課程的開設(shè)，課堂教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合，讓學(xué)生獲取無人機相關(guān)技術(shù)理論知識，有助于普及航空知識，并極大地提升學(xué)生對無人機的興趣和熱情。通過無人機的模擬器訓(xùn)練，讓學(xué)生體驗飛行感覺，鍛煉學(xué)生的模擬飛行能力，具備基本的無人機操控能力，增加將來操控?zé)o人機的信心和能力。

三、開設(shè)無人機相關(guān)課程的可行性

1.師資隊伍

為開展無人機教學(xué)，筆者學(xué)校對無人機課程建設(shè)高度重視，集合學(xué)院各學(xué)科的中堅力量組建課程開發(fā)團隊，充分吸收了應(yīng)用電子技術(shù)、機械電子工程、車輛工程等方面的師資力量，其中有課改和教學(xué)經(jīng)驗豐富的資深教師，還有充滿活力、富有創(chuàng)造力的青年教師，培養(yǎng)了具備無人機飛行執(zhí)照的實訓(xùn)指導(dǎo)教師，同時擁有豐富工程實踐經(jīng)驗的企業(yè)導(dǎo)師，建立了一支結(jié)構(gòu)合理、多學(xué)科融合的師資隊伍。

2.設(shè)備條件

筆者學(xué)校已經(jīng)完成了無人機實驗室一期建設(shè)，主要購買了成品植保機、航拍機、工程訓(xùn)練機等，初步建立了無人機模擬飛行機房、組裝調(diào)試實驗室、飛行實訓(xùn)場等。依托校內(nèi)電子創(chuàng)新實驗室、機械創(chuàng)新實驗室、機械加工實訓(xùn)室等，實驗室具備多旋翼、固定翼無人機數(shù)字建模仿真，激光切割與線切割等設(shè)計和加工條件，為教師服務(wù)地方經(jīng)濟、學(xué)生科技創(chuàng)新、參與競賽搭建平臺。

另外，筆者學(xué)校聯(lián)合國內(nèi)多家無人機企業(yè)，已成功申報建設(shè)無人機技術(shù)應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心，打造連接學(xué)校、政府、企業(yè)、研究機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會為一體的，以無人機系統(tǒng)集成與技術(shù)應(yīng)用為任務(wù)的產(chǎn)學(xué)研開放式標準化協(xié)同創(chuàng)新平臺，重點面向農(nóng)業(yè)噴藥、航拍、物流、巡檢等行業(yè)領(lǐng)域，開展無人機制造及應(yīng)用的技術(shù)研究和人才培養(yǎng)。

3.學(xué)生基礎(chǔ)

筆者學(xué)校內(nèi)學(xué)生參與航模、無人機競賽氛圍濃厚，學(xué)生積極參與了科研類全國航空航天模型錦標賽，浙江省青少年航空航天模型錦標賽，以科研類全國航空航天模型錦標賽為例，參賽隊伍主要集中在本科及航空類院校，省內(nèi)少有高職院校參加，筆者學(xué)校學(xué)生首次參賽就取得了優(yōu)異成績。

另外，筆者學(xué)校建立了無人機社團，廣納對無人機感興趣的學(xué)生參與到社團活動中來，學(xué)習(xí)無人機的知識和技能。無人機社團為學(xué)生創(chuàng)新提供平臺，對普及無人機知識，幫助學(xué)生參與航模、無人機相關(guān)競賽提供幫助。教師也積極參與社團培訓(xùn)指導(dǎo)，協(xié)助建設(shè)所需的培訓(xùn)教材、資料、視頻等資源。

四、無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)公選課的初步探索

1.課程性質(zhì)

無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)課程是自然科學(xué)類的一門公共選修課，適用于機電一體化、電氣自動化技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)等工科專業(yè)的學(xué)生。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握固定翼、多旋翼無人機的基本知識及制作方法，具備固定翼、多旋翼無人機的操控技能，在此過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新設(shè)計能力及實踐能力，以做中學(xué)的方式進行課程學(xué)習(xí)，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，同時為學(xué)生參加各類航空航天模型、無人機競賽打下堅實基礎(chǔ)。

2.教學(xué)內(nèi)容

無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)公選課設(shè)定3學(xué)分，總學(xué)時數(shù)48學(xué)時，包含理論教學(xué)和課內(nèi)實踐各24學(xué)時，將理論教學(xué)與課內(nèi)實踐充分地結(jié)合。參考市面上已有教材，結(jié)合筆者學(xué)校無人機實驗室現(xiàn)有設(shè)備條件，依據(jù)國內(nèi)無人機相關(guān)競賽要求，確定該課程內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握無人機結(jié)構(gòu)和工作原理，通過練習(xí)能夠基本熟悉無人機的操控，并且學(xué)生能夠獨自完成無人機的組裝和調(diào)試。

理論教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配：無人機系統(tǒng)概述（2學(xué)時）、無人機結(jié)構(gòu)與飛行原理（4學(xué)時）、無人機電子設(shè)備（6學(xué)時）、無人機組裝與調(diào)試（6學(xué)時）、無人機行業(yè)應(yīng)用及競賽解讀（6學(xué)時）。

課內(nèi)實踐教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配：無人機結(jié)構(gòu)認知（2學(xué)時）、飛行模擬器操控訓(xùn)練（8學(xué)時）、真機飛行體驗操作（4學(xué)時）、無人機組裝與調(diào)試（10學(xué)時）。

3.教學(xué)方法

充分利用實驗室現(xiàn)有設(shè)備和現(xiàn)代化教學(xué)手段，采用情景引入和任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法，學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作探究的學(xué)習(xí)方法，做到課堂教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，由易到難，層層遞進，實現(xiàn)階段遞進式教學(xué)。

課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師每次課布置任務(wù)，課上講授并指導(dǎo)學(xué)生完成，學(xué)生小組合作，共同探索，完成任務(wù);課下通過開放實驗室和學(xué)生社團，建立學(xué)習(xí)平臺，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

實踐環(huán)節(jié)則是在學(xué)生已經(jīng)掌握無人機相關(guān)基礎(chǔ)知識后，讓學(xué)生參與無人機模擬器飛行訓(xùn)練，完成無人機的組裝與調(diào)試。由教師和社團成員共同制作無人機實踐教學(xué)指導(dǎo)書并拍攝教學(xué)視頻，指導(dǎo)學(xué)生參與課內(nèi)實踐。

4.教學(xué)考核評價標準

通過教學(xué)考核評價標準的制定，檢驗學(xué)生對于課程內(nèi)容的掌握程度，同時也是檢驗教師教學(xué)目的是否達成的手段。教學(xué)考核評價項目分為：考勤評分（10%），課堂表現(xiàn)評分（20%）學(xué)生互評成績（10%），實踐成績（40%），理論考試成績（20%），五個維度全面考評學(xué)生學(xué)習(xí)掌握情況。

五、小結(jié)

在無人機行業(yè)飛速發(fā)展的有利形勢下，本文從師資、設(shè)備、就業(yè)、安全四個方面分析了高職院校開設(shè)無人機專業(yè)的難點，從教學(xué)探索、學(xué)生競賽等方面闡述了開設(shè)無人機相關(guān)課程的重要意義。同時，結(jié)合筆者所在學(xué)校的實際情況，分析了筆者學(xué)校開設(shè)無人機相關(guān)課程的可行性。另外，對開設(shè)無人機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)公選課進行教學(xué)探索，確定了理實一體化的教學(xué)內(nèi)容;通過教師情景引入、任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究的學(xué)習(xí)方法，注重學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng);建立了“五位一體”的教學(xué)考核評價標準，全面評價學(xué)生學(xué)習(xí)掌握情況;為高職院校開展無人機相關(guān)教學(xué)提供參考，為開設(shè)無人機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)鋪路。

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（作者單位：嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院）