依托STEAM教育模式開展無人機(jī)課程的可能性

林坤將 姚躍龍 莫煒民 鄭蘊(yùn)欣 丁群

摘 要：文章通過STEAM教育模式來對無人機(jī)課程進(jìn)行研究，思考兩者兼容的可能性，以及將無人機(jī)的課程進(jìn)行拆分，分成成初級、中級、高級課程。在具體課程當(dāng)中采用、創(chuàng)客教育、KWL反饋表格等新型教育模式，目的通過此課程培養(yǎng)出與優(yōu)秀的無人機(jī)人才，讓中國在無人機(jī)領(lǐng)域躋身世界前列，并且努力讓STEAM教育能夠在中國大地普及開來，讓整個(gè)教育行業(yè)都能受益。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)課程、STEAM教育、教育模式

The Possibility of UAV Curriculum based on? ? STEAM Educational Mode

Correspondence author：Ding Qun

Zhujiang College of South China Agricultural University? Guangzhou city? Guangdong province 510000

Abstracts：This thesis makes a research on UAV Curriculum through STEAM Educational Mode，consider the possibility of compatibility between the two， and divide the UAV Curriculum into elementary， intermediate and advanced courses.In the specific curriculum， the use of maker education， KWL feedback form and other new education model，In oider to cultivate outstanding talents related to UAV and make China become one of the world's leaders in the field of UAV， and make efforts to make STEAM education widely available in China for the benefit of the entire education industry.

Key words：UAV Curriculum，STEAM Education，Educational Mode

1引言

無人機(jī)在近些年來發(fā)展迅速，從最開始只用于軍事行動逐漸走向千家萬戶。目前無人機(jī)行業(yè)呈現(xiàn)爆炸式增長，無人機(jī)可以在農(nóng)業(yè)、植保、微型自拍、快遞運(yùn)輸、災(zāi)難救援等等領(lǐng)域發(fā)揮作用。所以越來越多的人開始學(xué)習(xí)使用無人機(jī)，無人機(jī)的學(xué)習(xí)重視實(shí)踐操作，對于傳統(tǒng)模式的理論書面教學(xué)并不能很好的讓學(xué)生對知識進(jìn)行掌握，還會讓一些學(xué)生產(chǎn)生厭倦心理。而近些年興起的STEAM教育模式則剛好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺失。

通過STEAM教育模式實(shí)現(xiàn)無人機(jī)課程的傳授和實(shí)際操作。并結(jié)合不同年齡段學(xué)生的特征給予適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，目的是能夠培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神的科技人才。

2 STEAM教育、無人機(jī)課程的背景和現(xiàn)狀

2.1 STEAM教育的發(fā)展背景和現(xiàn)狀

STEAM教育模式最早是在美國被提出，STEAM教育作為一個(gè)綜合體包括了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、和藝術(shù)。這一教育模式的提出是為了能夠培養(yǎng)孩子的綜合素養(yǎng)能力，從而使美國的人才儲備方面躋身世界前列，也間接提升全球競爭力。

綜合性的教學(xué)模式成為現(xiàn)代社會的主流，在生產(chǎn)活動和科技研發(fā)當(dāng)中，不同學(xué)科發(fā)揮著不同的作用，尤其遇到問題時(shí)單一學(xué)科往往不能解決所有問題。再比如大到航空母艦、小到電腦芯片，都需要各方的共同努力完成，而STEAM教育就符合這種綜合性教學(xué)模式，能夠激發(fā)和提升學(xué)生各方面的能力。

而在中國，STEAM教育模式還處在探索當(dāng)中，并沒有在全國范圍內(nèi)鋪設(shè)開來。在中國，學(xué)生們普遍在應(yīng)試方面能力較強(qiáng)，但與STEAM教育相對應(yīng)的軟實(shí)力則相對較差，比如在：“創(chuàng)新、交流、演講”等方面。并且受傳統(tǒng)教育長期影響下，在短時(shí)間內(nèi)很難讓廣大教育工作者和學(xué)生們接受這種新型教育模式。

2.2 無人機(jī)課程在STEAM模式中的可行性及優(yōu)勢

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對于未知領(lǐng)域的好奇，促使著人們對其進(jìn)行探索，而對于有些高風(fēng)險(xiǎn)、高難度的任務(wù)，人們大多利用無人機(jī)進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行。無人機(jī)的便捷性和執(zhí)行力強(qiáng)造成無人機(jī)行業(yè)呈井噴態(tài)勢。但現(xiàn)階段情況下中國缺少大量優(yōu)秀的無人機(jī)操作員和設(shè)計(jì)者。原因是一方面在中小學(xué)生當(dāng)中開設(shè)無人機(jī)學(xué)習(xí)課程的學(xué)校和教育機(jī)構(gòu)少之又少。另一方面，在對于在各高校當(dāng)中也只是將無人機(jī)針對某一學(xué)科的進(jìn)行應(yīng)用。所以一個(gè)合理的無人機(jī)課程規(guī)劃就顯得尤為重要。

無人機(jī)課程與STEAM教育模式兩者都是在近些年來才興起的，兩者之間的課程內(nèi)容也更匹配，其中STEAM中的“S”、“T”“E”“M”就包括了無人機(jī)的科學(xué)技術(shù)、內(nèi)部構(gòu)造以及編程算法。而“A”就代表了無人機(jī)的外觀設(shè)計(jì)、審美風(fēng)格。可以說STEAM教育模式與無人機(jī)課程量實(shí)現(xiàn)了完美貼合。

3 依托STEAM教育模式對無人機(jī)課程進(jìn)行設(shè)計(jì)

（一）初級課程

首先對年齡較小的7-10歲開設(shè)免費(fèi)的公開課堂，讓該年齡段的學(xué)生對無人機(jī)進(jìn)行一個(gè)初步的了解，其中包括無人機(jī)概述、系統(tǒng)組成及介紹、無人機(jī)巡航階段操作技術(shù)及相關(guān)知識等和簡單的理論性知識。除了理論認(rèn)識之外還要加上課外實(shí)踐。通過理論知識學(xué)習(xí)和動手操作兩部分，讓小朋友們在課堂上通過理論學(xué)習(xí)、案例分析、分組討論，深入掌握無人機(jī)的相關(guān)知識。同時(shí)通過對無人機(jī)的組裝、編程和飛行實(shí)操，融會貫通地理解無人機(jī)在生活中的應(yīng)用，充分體驗(yàn)STEAM教育與創(chuàng)客教育的樂趣。最后通過Tello Edu教育編程無人機(jī)虛擬模式，進(jìn)行飛行器操控、積木編程以及編程游戲等，讓青少年通過無人機(jī)編程體會到編程與飛行任務(wù)的樂趣與創(chuàng)造力。

在課后還會讓學(xué)生根據(jù)上課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和反思，通過KWL表格讓學(xué)生進(jìn)行填寫。通過這種方式能夠讓學(xué)生真正吸收所學(xué)內(nèi)容，并且在日后能夠加以致用。由于無人機(jī)內(nèi)容復(fù)雜，涉及的學(xué)科較廣，因此在每節(jié)新課之前，會進(jìn)行一個(gè)快速復(fù)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的有效性。

（二）中級課程

以11-15歲該年齡為主，制定對應(yīng)的中級課程。此課堂教學(xué)以學(xué)生主體 ，教師引導(dǎo)的方式來培養(yǎng)學(xué)生的積極主動性，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。

本階段學(xué)生需以團(tuán)隊(duì)模式制作一架無人機(jī)（以小型四旋翼飛行器為例），此過程中，學(xué)生需要了解組裝飛機(jī)的使用材料、組裝順序、CC3D 的使用方法，以及在組裝中的注意事項(xiàng)等。無人機(jī)組裝完畢后，學(xué)生需要進(jìn)行試飛，試飛包括熟悉美國手遙控器的搖桿模式、飛行操作步驟、空中懸停操作、飛行注意事項(xiàng)等。

在課程的末尾階段，運(yùn)用Tello Edu教育軟件，使用可視化積木編程控制飛行器，實(shí)現(xiàn)對飛行器起降、俯仰、橫滾、偏航、速度及翻滾多項(xiàng)飛行參數(shù)的設(shè)定，甚至可以設(shè)計(jì)飛行器的翻轉(zhuǎn)、彈跳等飛行"特技"。

在中級課程當(dāng)中將沿用KWL模式，讓學(xué)生進(jìn)行反思和鞏固。這些體現(xiàn)了STEAM教育模式的整體化特點(diǎn)，讓無人機(jī)課程充分浸透到STEAM課程當(dāng)中。

（三）高級課程

高級課程需要該學(xué)生完成初中級的課程或者通過高級課程的入門考試。進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)無人機(jī)的理論知識是高級課程的目標(biāo)之一。由于無人機(jī)理 論知識涵蓋力學(xué)、空氣動力學(xué)、數(shù)學(xué)等多維度和跨學(xué)科領(lǐng)域的知識，如何將抽象的知識拆分、理解、內(nèi)化再關(guān)聯(lián)將貫穿于整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)推崇學(xué)生自主探究、團(tuán)隊(duì)協(xié)作，以解決復(fù)雜、有意義的現(xiàn)實(shí)問題或運(yùn)作實(shí)際項(xiàng)目為目標(biāo);無人機(jī)高級課程的項(xiàng)目化可以引導(dǎo)學(xué)生主動投入學(xué)習(xí)，對無人機(jī)理論概念、構(gòu)造原理、飛行等理論知識在實(shí)際應(yīng)用的過程中形成更深度的理解。

在課程結(jié)束后，以小組為單位完成一份航拍作品，具體內(nèi)容可參考《航拍中國》，作品完成后由專業(yè)老師進(jìn)行打分以及對其作品做出評價(jià)。最后向每位同學(xué)頒發(fā)結(jié)業(yè)證書。

4 結(jié)語

無人機(jī)在現(xiàn)代社會當(dāng)中扮演著重要的角色，但無人機(jī)從業(yè)人數(shù)相比于無人機(jī)實(shí)際需要的人數(shù)相差甚遠(yuǎn)，因此能夠培養(yǎng)出大量的優(yōu)秀人才成為關(guān)鍵。現(xiàn)如今STEAM教育模式則剛好能夠解決這一問題。面向未來，STEAM教育模式還將使除無人機(jī)之外的科技產(chǎn)品受益，讓廣大青少年參與進(jìn)來，為國家提供未來國家發(fā)展依靠具有創(chuàng)新精神的科技人才。

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作者簡介：

林坤將（1995.12.13），男，漢族，福建省泉州人， 本科在讀， 教育學(xué)（研究方向）。

林坤將，男（1995.12-）廣東中山，在讀本科，教育學(xué)。

姚躍龍，男（1999.7-）廣東深圳，在讀本科，傳播學(xué)。

莫煒民，男（2000.2-）廣東東莞，在讀本科，語言學(xué)。

鄭蘊(yùn)欣，女（1998.7-）廣東廣州，在讀本科，教育學(xué)。

通訊作者簡介：丁群（1981-），女，漢，湖南，教師，講師，碩士，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

基金項(xiàng)目：本論文得到廣東省“創(chuàng)新強(qiáng)校工程”專項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目資助和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院經(jīng)費(fèi)資助。項(xiàng)目名稱《“Steam”+“無人機(jī)”教育》，編號201912623008S。