高等學校無人機課程的跨學科教學研究

曾舒婷 夏慶鋒

摘要：依據(jù)2015-2020年中國無人機行業(yè)研究分析及市場前景預測報告，無人機市場的重點細分領域包括航拍及娛樂、農(nóng)林、安防、電力。南京大學金陵學院緊跟無人機行業(yè)發(fā)展前景，以各學院學生全面發(fā)展為培養(yǎng)向?qū)?，建立跨學科跨領域的無人機課程群。通過兩學年的無人機選修課的教學實踐，初步探索出較為合理的跨學科的無人機課程群。

關鍵詞：無人機；跨學科；教學研究

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）29-0168-02

Abstract： According to the research analysis and market outlook forecast report of China's uav industry from 2015 to 2020， the key segments of the uav market include aerial photography and entertainment， agriculture， forestry， security and electricity. Following the development prospect of uav industry， jinling college of nanjing university sets up an interdisciplinary and cross-disciplinary uav course group with the guidance of students' comprehensive development. Through the teaching practice of uav elective course in two academic years， a reasonable interdisciplinary uav course group is preliminarily explored.

Key words： UAV； interdisciplinary； teaching research

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，無人機應用領域日益廣泛，其無人機市場的重點細分領域包括航拍及娛樂、農(nóng)林、安防、電力。航拍領域應用主要包括新聞拍攝、電影廣告拍攝，農(nóng)林領域主要為植物監(jiān)測，安防領域主要包括災情檢查，交通巡邏指揮調(diào)度，電力領域主要為電力巡檢，其他領域主要為城市規(guī)劃、資源勘探、水利監(jiān)測、地圖測繪。所涉及的學科包括信息科學、傳媒、藝術(shù)、城市資源等[1]。南京大學金陵學院以信息科學與工程學院、傳媒學院、藝術(shù)學院、城市與資源學院為試點對象，圍繞“新聞智能無人機”開展的應用及科學研究，各學院的專業(yè)教師根據(jù)相關專業(yè)的需求共同開發(fā)“新聞智能無人機”課程，開展跨學科、跨專業(yè)、跨領域的科研教學探索性改革[2]。

1 高等學校無人機課程現(xiàn)狀分析

近年來，隨著無人機價格的降低，操控的人性化發(fā)展，社會對無人機航拍產(chǎn)業(yè)需求量增大。高校通過開設無人機課程可以培養(yǎng)無人機相關人才，提高就業(yè)率；再者理論結(jié)合實踐，提高學生相關領域的學習興趣。但目前高校無人機課程往往局限于某一學科應用或局限于無人機航拍課程。

無人機航拍課程建設現(xiàn)狀分析如下，高校無人機航拍領域的課程研究建設，面向全校開設無人機航拍公共選修課。無人機航拍課程主要內(nèi)容涵蓋無人機基本構(gòu)造、無人機相關法規(guī)、無人機飛行實踐操作、無人機航拍圖像影片后期處理等。其無人機航拍課程主要涉及的是對無人機的操控及無人機航拍圖像影片處理，無人機其他重點應用領域未見涉及；主要培養(yǎng)學生的無人機航拍技能及藝術(shù)素養(yǎng)，培養(yǎng)內(nèi)容未見廣泛[3]。

2 跨學科無人機課程教學策略

由于“新聞智能無人機”涉及多學科的綜合知識，需要通過各學科聯(lián)合培養(yǎng)，達到課程融合，實現(xiàn)跨學科無人機課程教學目標。為建立一套完善的跨學科無人機教學方案，以培養(yǎng)全面發(fā)展學生及建立一支跨學科無人機教師團隊為宗旨，經(jīng)過兩學年的無人機教學實踐，探索出了一套較為合理的跨學科無人機教學策略。跨學科無人機教學主要從無人機平臺建設、無人機課程建設著手，通過無人機講座、無人機網(wǎng)絡教學、無人機比賽、無人機項目研究、無人機相關畢業(yè)設計等多個方面來確?？鐚W科無人機教學有效實施[4]。

2.1 跨學科無人機平臺建設

跨學科無人機智能實驗室由無人機理論教學與模擬器訓練區(qū)、無人機拆裝機操作區(qū)與生物傳感、影視測評與虛擬現(xiàn)實體驗區(qū)三大部分構(gòu)成。

從實訓教學的角度上來看，新聞無人機及智能實驗室群的實訓層次可以分為基礎技能訓練模塊、綜合性技能訓練模塊、創(chuàng)新性實驗模塊、科研訓練實驗模塊。

基礎技能訓練模塊：學生主要掌握無人機硬件基本知識、飛控基本原理與技術(shù)、航空基本氣象學知識、航拍基本技能。該模塊是跨學科無人機課程中基礎理論知識部分的平臺。

綜合性技能訓練模塊：學生進一步掌握航拍技術(shù)，深入了解無人機的硬件系統(tǒng)，完成專業(yè)的航拍無人機搭建。該模塊是跨學科無人機課程中飛行技巧實訓部分的平臺。

創(chuàng)新性實驗模塊：學生須進一步了解無人機航拍中的新技術(shù)、新手段，每個專業(yè)的學生都將進入高階的實訓課程。該模塊是跨學科無人機課程中專業(yè)應用部分的平臺。

科研訓練實驗模塊：學生們除進一步進行新聞智能無人機的基本原理與創(chuàng)新技術(shù)的學習，還須進行相關傳播效果技術(shù)手段的學習，在此實驗階段中，教學項目須以“項目帶動教學”的模式進行，學生們將參與“生物傳感技術(shù)”、“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”相關的影視效果測評項目，完成一次新聞無人機的設計實現(xiàn)及航拍應用與測繪。該模塊是跨學科無人機課程中課程融合部分的平臺。

2.2 跨學科無人機課程建設

跨學科無人機選修課主要面向信息科學與工程學院、傳媒學院、藝術(shù)學院、城市與資源學院的學生開設。其選修課內(nèi)容包括基礎理論知識、飛行技巧實訓與專業(yè)應用三大部分構(gòu)成，其師資隊伍包括了四個學院的專職教師，跨學科無人機課程將各學院課程融合在一個實訓教學體系里是本實訓課程研究的課程目標。

1） 基礎理論知識部分，主要包括無人機的飛行基本原理、構(gòu)造原理與無人機飛行的基本倫理道德與法律規(guī)范，使學生在掌握無人機基本專業(yè)知識。

2） 飛行技巧實訓部分，學生通過模擬訓練、基礎知識訓練，掌握無人機的專業(yè)操作技巧。

3） 專業(yè)應用部分，不同院系的學生在該院系專業(yè)教師的指導下完成應用實訓，使學生提高專業(yè)分析問題和解決問題的實際能力。

信息科學與工程學院的無人機專業(yè)應用教學課程為例，課程內(nèi)容包括航拍無人機硬件結(jié)構(gòu)、多旋翼無人機的數(shù)學模型和性能估算、無人機控制系統(tǒng)、無人機續(xù)航技術(shù)、航拍無人機圖傳系統(tǒng)設計。

課程內(nèi)容涉及信息科學領域的計算機應用基礎、大學物理、電路分析基礎、數(shù)字電路、模擬電路、程序設計語言、微處理器、嵌入式系統(tǒng)、自動控制原理等跨專業(yè)課程。無人機專業(yè)應用教學課程不僅可以提高學生專業(yè)課學習興趣，還能夠通過無人機課程與實踐鞏固所學專業(yè)課程。

課程授課方式包括理論講授、創(chuàng)新實驗、應用實訓、應用講座，授課課時分別為12個課時、12個課時、18個課時、9個課時。課程考核方式為理論考試和實踐考試，考核比例分別為40%、60%，其中實踐考試可以是參與中國機器人無人機比賽、主持無人機相關大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目或無人機相關畢業(yè)設計。

傳媒學院的無人機專業(yè)應用教學課程為例，課程內(nèi)容包括無人機新聞概論、無人機新聞選題策劃、無人機航拍攝影攝像基礎、無人機航拍攝影攝像技巧與創(chuàng)意。涉及專業(yè)課程包括新聞學概論、廣告學概論、攝影攝像基礎、新聞節(jié)目策劃、影視包裝與特效。

藝術(shù)學院的無人機專業(yè)應用教學課程為例，課程內(nèi)容包括無人機航拍技巧、無人機影視編導。涉及專業(yè)課程包括影視編導、視覺傳達、影視藝術(shù)。

城市與資源學院的無人機專業(yè)應用教學課程為例，課程內(nèi)容包括無人機航空攝影測量基礎、無人機航空攝影測量在城鄉(xiāng)規(guī)劃應用，無人機航測在物流管理應用。涉及專業(yè)課程包括地理信息系統(tǒng)、測量學、氣象學。

4） 課程融合部分，各學院學生一起設計完成無人機并實現(xiàn)一次無人機的新聞及測繪應用。信息科學與工程的專業(yè)實訓課程內(nèi)容指導學生完成帶有GPS定位系統(tǒng)與高清圖像采集功能的新聞無人機的硬件設計、新聞無人機管控平臺的研發(fā)；傳媒學院與藝術(shù)學院完成一次新聞無人機的航拍應用；城市與資源學院的應用實踐類實訓完成一次無人機測繪，將幾個學院的專業(yè)教學目標與內(nèi)容融合在一個實訓教學體系里。

3 跨學科無人機教學效果

跨學科無人機教學效果評價，主要從學生無人機比賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、無人機相關畢業(yè)設計及發(fā)表論文等指標評判。

信息科學與工程學院無人機教學效果顯著，學生參與2016年中國機器人續(xù)航無人機比賽獲三等獎；學生主持航拍無人機的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目順利結(jié)題；學生航拍無人機圖傳畢業(yè)設計獲校畢業(yè)設計二等獎；已發(fā)表無人機相關論文五篇。

傳媒學院邀請美國密蘇里新聞學院知名教授Bill Allen舉辦為期一周的無人機新聞培訓，培訓內(nèi)容為無人機的商業(yè)運用以及無人機報道對于社會智能的承擔；了解密蘇里新聞學院的無人機課程設置以及教學效果；討論無人機使用的安全問題及隱私入侵問題；并且指導無人機操作。培訓結(jié)束后，學院在全校范圍組織無人機操控及無人機航拍比賽，各學科師生們都親身體驗了整個無人機課程及實踐過程，受益匪淺。

各學科學生完成了一次航拍無人機設計實現(xiàn)及航拍應用。

4 結(jié)語

綜上所述，本文總結(jié)了一套較合理的跨學科無人機教學方案。南京大學金陵學院以信息科學與工程學院、傳媒學院、藝術(shù)學院、城市與資源學院為試點對象，圍繞“新聞智能無人機”建設了跨學科的無人機課程群，各學科學生完成了一次航拍無人機設計實現(xiàn)及航拍應用?？鐚W科無人機教學課程建設調(diào)動了全校教師及學生的無人機學習興趣，為學生全面發(fā)展及就業(yè)提供了更廣闊的平臺。

參考文獻：

[1] 謝春茂.無人機系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及市場研究[J].科技傳播，2013（11）：107-109

[2] 陳勇.無人機在新聞中的應用[J].新聞前哨，2013（8）：37

[3] 吳亞明.論高校無人機航拍公選課程的設置與優(yōu)化[J].西部素質(zhì)教育，2017（12）：136-137

[4] 沈張果.以學科競賽為平臺培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新實踐能力[J].教育教學論壇，2016，（16）：75-76.

【通聯(lián)編輯：梁書】