無人機專業(yè)基礎(chǔ)課程教學方法探討與實踐

鄭翌潔 齊曉慧

摘 ?要 專業(yè)基礎(chǔ)課程是基礎(chǔ)課程向?qū)I(yè)課程深入過程中的過渡課程，在基礎(chǔ)到專業(yè)之間架起一座橋梁。鑒于其地位和重要性，以飛行器原理這門專業(yè)基礎(chǔ)課的教學實踐為例，對專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學方法進行探討，以期探索更加適合專業(yè)基礎(chǔ)課程教學的實施方法，最大限度提高教學質(zhì)量并發(fā)揮專業(yè)基礎(chǔ)課的作用和優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞 無人機;專業(yè)基礎(chǔ)課;教學方法;飛行器原理;示教系統(tǒng)

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）18-0078-04

Discussion and Practice of Teaching Methods of Basic Courses for UAV Majors//ZHENG Yijie， QI Xiaohui

Abstract The professional basic course is the transition course from

the basic course to the in-depth course， which builds a bridge between

basic and professional. In view of its status and importance， taking

the teaching practice of the professional basic course of Aircraft Prin-

ciple as an example， this paper discusses the teaching methods of the basic courses of the major， in order to explore the implementation methods more suitable for the teaching of the basic courses of the major， to maximize the teaching effect and to play the role and advantages of the basic courses of the major.

Key words UAV; professional basic courses; teaching methods; air-craft principle; teaching system

1 前言

近年來，陸軍工程大學石家莊校區(qū)為陸軍無人機部隊培養(yǎng)了大量無人機相關(guān)專業(yè)的軍官和士官，開設(shè)了各類課程為培養(yǎng)無人機相關(guān)人才服務(wù)。這些課程當中主要包含基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課三大類：前期的基礎(chǔ)課主要為學員奠定必要的基礎(chǔ)理論知識;后期的專業(yè)課主要進行裝備理論和實踐方面的學習;而專業(yè)基礎(chǔ)課作為連接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁，在學員的縱向?qū)W習歷程中起到承上啟下的作用，將學員已有的基礎(chǔ)理論知識進行專業(yè)化的同時，培養(yǎng)學員必要的專業(yè)素養(yǎng)，為學員后續(xù)的專業(yè)課程學習奠定深厚的專業(yè)理論基礎(chǔ)，因此地位重要。但是在專業(yè)基礎(chǔ)課教學過程中還存在不少問題，特別是教學方法上，為了提升教學質(zhì)量，有必要展開針對性的研究和實踐。為此，以飛行器原理這門專業(yè)基礎(chǔ)課程為例，對無人機相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學方法展開研究。

2 飛行器原理課程特點和教學中面臨的問題

飛行器原理當中專業(yè)基礎(chǔ)知識的范圍較廣，內(nèi)容模塊多，涉及飛行原理、飛機系統(tǒng)組成及飛機系統(tǒng)性能三大模塊內(nèi)容;每個模塊當中又包含多個小模塊，且部分內(nèi)容原理較為復雜，對學員的學習能力提出較高的要求。目前，在飛行器原理教學過程中存在以下問題。

內(nèi)容模塊多，部分理論內(nèi)容晦澀難懂，學員掌握知識困難 ?學員在接觸飛行器原理這門課程之前，所學習的全部是基礎(chǔ)理論知識，初次接觸內(nèi)容模塊多的專業(yè)性理論課程，會因為接觸的知識面突然變得廣泛而感到迷茫，產(chǎn)生畏難情緒。此外，飛機系統(tǒng)性能分析相關(guān)內(nèi)容理論性強且抽象難懂，僅僅為學員分析公式、過多地講授理論方法，直接帶來的結(jié)果就是學員感到枯燥乏味，課堂氛圍變得沉悶，從而導致學員對這門課程的興趣和學習積極性降低，進而對知識的接受和掌握變得更加困難。

理論課程和實踐課程脫節(jié)，不能達到所學為所用的效果 ?作為專業(yè)基礎(chǔ)課，飛行器原理這門課程希望能夠為后續(xù)裝備課程的順利開展提供理論支撐。學員學習裝備課程過程中如果遇到相關(guān)理論問題，剛好能夠運用飛行器原理相關(guān)理論知識解決，這是最理想的情況。但是現(xiàn)實情況是，一方面，學員在學習飛行器原理課程時全部是理論知識，理論內(nèi)容本身較抽象，難以理解深透，無法形成感性認識，因此，學以致用的能力較弱;另一方面，理論課程與裝備課程開課時間相隔較遠，當學員學習裝備課程遇到實際問題時，早已將相對應(yīng)的理論知識遺忘，因此，原理課程的學習最終很難體現(xiàn)在“用”上，也很難發(fā)揮其對裝備問題解釋的針對性，造成理論與實踐脫節(jié)的后果。

授課內(nèi)容及側(cè)重點與學員將來任職崗位的針對性不強 ?現(xiàn)有授課內(nèi)容主要集中在空氣動力學、飛機（無人機）結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)性能上，授課過程中只注重通用理論知識的講解，忽視了教學內(nèi)容應(yīng)指向任職崗位。例如，學員在進入部隊以后需要經(jīng)常操控裝備，在無人機發(fā)射回收時都需要掌握風速、風向信息，而在授課過程中沒有針對無人機發(fā)射回收過程中風速、風向?qū)o人機的影響等情況進行闡述，只是講授了通常情況的氣流特性。這樣傳授給學員的知識范圍較為寬泛，不夠具備崗位指向性和針對性，不利于培養(yǎng)學員的崗位任職能力。

3 飛行器原理課程教學方法探討與實踐

基于飛行器原理課程特點及培養(yǎng)目標要求，進行有針對性的教學方法研究和實踐。

依托示教系統(tǒng)，貫穿啟發(fā)思想，進行討論式教學 ?以“升力的產(chǎn)生”一講為例，教員依托示教系統(tǒng)進行實驗，在實驗授課過程中將啟發(fā)式思想貫穿全程，適時引導學員討論實驗現(xiàn)象與結(jié)果，并從中歸納總結(jié)出相關(guān)知識。簡要流程如圖1所示，具體展開過程如下。

教員將制作好的兩塊平面面積相同的泡沫板（一個是平板形狀，另一個是機翼剖面形狀）放入實驗用小型風洞中，并對實驗裝置作簡要介紹。在實驗正式開始之前，引導學員猜想：接通電源后會出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？兩塊泡沫板會發(fā)生怎樣的變化？由此帶動學員思維，使其對實驗觀察重點了然于胸。實驗正式開始之后，學員觀察到實驗現(xiàn)象，教員針對實驗現(xiàn)象，按照“你們看到了什么→為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象→從這個現(xiàn)象能夠得出什么結(jié)論→推廣到飛機上，要想使飛機產(chǎn)生升力，應(yīng)具備什么條件→飛機上的升力到底從何而來”這樣一條主線來引導學員觀察、討論和歸納結(jié)論。學員在此過程中適當?shù)亟Y(jié)合成若干個小組，針對主線中的各個問題展開討論，并由小組不同成員給出階段性問題的結(jié)果反饋。最后，學員集中討論“飛機上的升力到底從何而來”。討論之前可增加一個小實驗，再次依托空氣動力學演示裝置，測量較大翼型上下表面的壓強大小，結(jié)合最初的實驗，再加上這個實驗結(jié)果，引導學員歸納得出結(jié)論。

在此授課過程中始終以學員為主體、教員為主導，學員是課堂實際參與者，教員是流程（主線）控制者，更確切來說是引導者。首先，教員結(jié)合適當?shù)囊龑Ш蛦l(fā)，使學員在很大程度上參與課堂，并最大限度發(fā)揮自主性，最初在實驗中發(fā)現(xiàn)問題;其次，學員在討論中思考問題，提出解決辦法，在此過程中還包含各種思維的碰撞，批判性思維得到培養(yǎng);最后，學員在歸納總結(jié)中將知識內(nèi)化并解決問題。整個教學過程從知識學習走向問題解決，學習動機從淺層引領(lǐng)轉(zhuǎn)向深度喚醒。

實施項目驅(qū)動教學，培養(yǎng)學員的工程實踐能力及創(chuàng)新精神 ?為了檢驗并加深學員對飛機飛行中所涉及的空氣動力學部分、飛機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)性能等方面內(nèi)容的理解，設(shè)計一個能綜合研究并運用這些內(nèi)容的任務(wù)：根據(jù)所學理論，實現(xiàn)小飛機的起飛降落，保證其穩(wěn)定性和操縱性良好。

雖是小飛機設(shè)計，但是麻雀雖小，五臟俱全。支持飛機成功飛行和實現(xiàn)穩(wěn)定操縱的部件，小飛機都具備，這就要求學員從整體上去進行設(shè)計，從全局上去把握系統(tǒng)，而不是僅僅局限于某一部分。學員除了查閱飛機設(shè)計相關(guān)書籍之外，還需要熟練掌握各個系統(tǒng)相關(guān)知識，在熟悉各種相關(guān)理論知識的前提下再展開對小飛機的設(shè)計。

設(shè)計當中又包含多方面內(nèi)容：首先是機體的設(shè)計，這當中包括設(shè)定合理的起飛重量，設(shè)計飛機的氣動布局以使其氣動性較好，設(shè)計舵面及其操縱問題;其次是動力裝置的選取，需要根據(jù)飛機起飛重量和其他影響因素設(shè)計動力裝置，或者計算動力裝置所需各項參數(shù)以選取合適的動力;除此之外，學員還需要查閱相關(guān)編程資料，進行飛行控制方面的設(shè)計，抑或結(jié)合舵機相關(guān)知識進行舵機的選取和設(shè)計，總之，最終是為了解決飛機穩(wěn)定性和操縱性問題。

當整個飛機組裝完成后，還需要進行一系列試驗和調(diào)試、改進，提高飛機飛行性能和飛行品質(zhì)，最終實現(xiàn)飛機的穩(wěn)定飛行和安全操縱，至此任務(wù)才被完成。在完成任務(wù)的過程中，單單靠一個人不能解決所有問題，所以教員需要適時地鼓勵學員互相合作，共同完成小飛機的制作，共同對知識進行理解和應(yīng)用。具體實施流程如圖2所示。

在解決這種具備實用性、適度復雜性和整合性的真實性任務(wù)過程中[1]，學員從任務(wù)本身出發(fā)，在任務(wù)的驅(qū)動下確立學習目標、查閱相關(guān)資料、尋求合作伙伴、嘗試探索改變，最終完成任務(wù)、解決問題，在親身經(jīng)歷中獲得經(jīng)驗和知識，形成飛機全系統(tǒng)的概念，加深對各系統(tǒng)工作原理的認識。同時，學員提高了工程實踐能力，在探索中培養(yǎng)了創(chuàng)新精神，為后續(xù)飛機系統(tǒng)裝備學習打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

基于案例教學，培養(yǎng)學員學習興趣和分析解決問題能力 ?為拓寬學員視野，提高學員學習積極性，緊貼教學內(nèi)容，給定具備示范性和敘事性教學案例，讓學員從案例入手，或探討提取出的案例問題，或綜合所學知識分析和處理案例難題，鍛煉分析并解決問題的能力。

飛機的操縱性相關(guān)知識較抽象、晦澀且理論分析多，學員理解起來困難。鑒于此種情況，教員可設(shè)計相應(yīng)的案例，開展案例教學，以此加深學員對這部分內(nèi)容的理解。將飛機失事的部分事件作為給定案例拋給學員，要求學員用所學知識去分析事故發(fā)生的原理以及相應(yīng)的預防措施。

給定案例1：暴風雪導致的空難。以視頻形式給出。給出案例后，可組織學員對此案例涉及的原因及預防措施進行討論，所涉及的原因關(guān)乎飛機的操縱性以及除此之外的其他本課程已有知識，如空氣動力學相關(guān)知識、航空發(fā)動機相關(guān)知識等，對學員綜合運用知識的能力提出要求，學員在綜合運用知識解決案例涉及的問題的同時，加深對飛機操縱性的認識，甚至對整門課程重新有一個深入且系統(tǒng)的認識。

給定案例2：一個螺帽導致的空難。課堂上學員對案例的分析及討論流程與案例1相同，不同之處在于，要求學員課下思考和請教裝備課教員：案例2當中涉及的是客機的情況，若是無人機，一個螺帽對飛機的影響會不會也如此惡劣呢？一個螺帽的正常與否是怎樣影響無人機的操縱性的？這些后續(xù)對知識深入的挖掘以及與裝備的結(jié)合，都需要學員利用課下時間完成，這恰恰也體現(xiàn)了案例教學開放性的一面。如此一來，通過案例教學，不僅增加了課堂的互動性，加深了學員對所學知識的理解深度，還給學員創(chuàng)造了一定的自主學習空間，為培養(yǎng)學員的裝備素養(yǎng)和崗位能力奠定基礎(chǔ)。

案例教學的具體實施流程見圖3。

4 飛行器原理課程教學對無人機相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程教學的啟示

通過近幾期飛行器原理課程的教學方法研究與實踐，感到基于討論式教學法、任務(wù)驅(qū)動教學法、案例教學法等教學方法，再貫之以啟發(fā)思想，教學效果要好于傳統(tǒng)教學。

1）學員思維更加活躍，對于問題的探索意識更強烈，逐步開始習慣于獨立思考，而不是始終依賴教員“手把手”教。

2）通過任務(wù)驅(qū)動，在實踐操作過程中培養(yǎng)了學員發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和運用知識解決問題的能力，并初步具備裝備實踐能力。

3）通過相關(guān)案例拓展學員視野，學員亦在分析、研究案例的同時，將理性認識轉(zhuǎn)化為感性認識，激發(fā)學習興趣。

鑒于此，亦可根據(jù)飛行器原理這門課程的教學實踐，將有關(guān)經(jīng)驗推廣至其他無人機相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學中，為其他無人機專業(yè)基礎(chǔ)課教學提供一定的參考。

1）注重啟發(fā)式教學，調(diào)動學員學習積極性。啟發(fā)式教學注重科學引導學員思維并訓練學員思維方法、思維習慣，應(yīng)在教學活動中一以貫之。教員在提問時，要由簡單的啟發(fā)到復雜的啟發(fā)，讓學員用已有的知識和認識探索新的領(lǐng)域，逐漸完善自己的認知水平和知識結(jié)構(gòu)[2]。這樣，不管是枯燥的理論知識，還是更具吸引力的相關(guān)案例、實驗，都會給學員一種循序漸進、由淺入深的層次感，使教學活動處于師生協(xié)同活動、相互促進的狀態(tài)，對調(diào)動學員的學習積極性可謂行之有效。啟發(fā)式教學“貴在導航、妙在開竅、要在轉(zhuǎn)化”，無形中可使學員由傳統(tǒng)的被動學習變?yōu)橹鲃舆M取，學習質(zhì)量得到顯著提升。

2）突出學員主體作用，提升學員學習自主性。專業(yè)基礎(chǔ)課程理論性強，同時具備一定專業(yè)性，在應(yīng)用性較強的模塊可適當采用任務(wù)驅(qū)動式教學法、討論式教學法等學員參與度較高的教學方法，學員在教學過程中大多既能夠獨立思考，又能夠相互協(xié)作，直至解決問題，在自己全過程參與中收獲知識。通過全程參與，有助于增強學員的主體意識，更好地發(fā)揮學員的學習積極性。同時，在討論過程中的思維碰撞，或者是完成任務(wù)過程中不同完成方式的選擇，都能夠培養(yǎng)學員獨立思考能力、團隊合作意識和探索創(chuàng)新精神。由此，學員變傳統(tǒng)的“學會”為自主的“會學”，在直接參與教學活動中獲得直接的體驗而產(chǎn)生興趣[3]，學習自主性不斷被激發(fā)并加強。

3）加強教學實踐性，鍛煉學員裝備實踐能力。無人機相關(guān)專業(yè)課程的任務(wù)是通過系統(tǒng)學習，提高學員綜合運用基礎(chǔ)理論知識解決本專業(yè)學習過程中遇到的實際問題的能力[4]，增強學員的裝備素養(yǎng)。專業(yè)基礎(chǔ)課作為學員縱向?qū)W習中承上啟下的教學環(huán)節(jié)，首先是將基礎(chǔ)理論知識進行專業(yè)化，而歸根結(jié)底是要為學員能夠解決實際問題、具備裝備實踐素養(yǎng)服務(wù)。但是，專業(yè)基礎(chǔ)課大多為理論課，理論本身枯燥、抽象的特點導致學員的學習積極性不高。因此，在專業(yè)基礎(chǔ)課的教學過程中應(yīng)適當增加實踐學時，多為學員提供動手實踐的機會，鼓勵學員在做中學、學中做，激發(fā)學員興趣并加深學員對基礎(chǔ)理論的認識和理解。同時，初步鍛煉學員的裝備實踐能力，并為學員開展后續(xù)裝備研究奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

為最大限度發(fā)揮專業(yè)基礎(chǔ)課的作用和優(yōu)勢，提高學員學習質(zhì)量，陸軍工程大學石家莊校區(qū)無人機工程系積極致力于改進傳統(tǒng)教學手段，融合討論式教學、任務(wù)驅(qū)動式教學、案例式教學等教學方法，同時注意增強教學實踐性，變“教為主”為“學為主”，提升學員學習的積極性、自主性和裝備實踐能力，取得理想的教學效果。

參考文獻

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