基于課程的無人機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

林勤／上海市市西中學(xué)

那是幾年前的一個(gè)中午，一位高一年級(jí)的學(xué)生拿著從家里帶來的無人機(jī)，在操場上進(jìn)行著操控飛行。無人機(jī)時(shí)而升空，時(shí)而盤旋，呼嘯著從操場上一圈圈掠過。在當(dāng)時(shí)無人機(jī)尚不普及的情況下，飛行表演吸引了眾多學(xué)生觀看，也引來了陣陣歡呼。學(xué)生會(huì)社團(tuán)部長激動(dòng)地來到我面前說：“老師，學(xué)校能建一個(gè)無人機(jī)實(shí)驗(yàn)室嗎？這可是我們大家都挺感興趣的活動(dòng)??！”看著學(xué)生們殷切的目光，經(jīng)學(xué)校組織的跨學(xué)科教師研討，建設(shè)無人機(jī)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)意誕生了！

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是上海市課程教材改革中的突破性舉措。它重構(gòu)了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)的環(huán)境，豐富了學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐的內(nèi)容，也撬動(dòng)了教與學(xué)方式的變革。而在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的主題確定中，與科技發(fā)展接軌的、能激發(fā)學(xué)生濃厚興趣的內(nèi)容，正是我們應(yīng)該首選的方向。

無人機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)就是讓學(xué)生學(xué)會(huì)簡單的操控飛行嗎？還能夠?yàn)閷W(xué)生設(shè)計(jì)怎樣的學(xué)習(xí)內(nèi)容呢？我們幾位科技老師開始了討論。

學(xué)生初中時(shí)已經(jīng)了解了固定翼飛機(jī)的升力，高中也學(xué)過了固定翼飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力，但無人機(jī)的升力與轉(zhuǎn)彎又是什么原理？不同旋翼的無人機(jī)有什么不同？無人機(jī)通訊方式有哪幾類？實(shí)驗(yàn)室還能增加哪些學(xué)生動(dòng)手的內(nèi)容……在有關(guān)專業(yè)公司的支持下，我們編寫了由九章內(nèi)容組成的無人機(jī)實(shí)驗(yàn)室教材，完成了課程的設(shè)計(jì)。分別為：航空史話和航天器分類、無人機(jī)原理、多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)、飛行控制器、調(diào)試與飛行技巧、建模與四旋翼飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型、控制率與仿真、飛控通訊系統(tǒng)、航空器的未來發(fā)展趨勢(shì)。

課程，是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基礎(chǔ)，也是上海市“基于課程的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)”目標(biāo)的指向。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的活力和延續(xù)性，正是體現(xiàn)在課程的各個(gè)要素上。

隨著課程的建構(gòu)，無人機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)很快也完成了。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室看到一架架不同類型的無人機(jī)時(shí)，那種興奮真的無以言表。但是，面對(duì)教師提出的“三旋翼飛機(jī)與四旋翼、六旋翼飛機(jī)的飛行差異在哪里”“單層旋翼與雙層旋翼飛機(jī)的飛行差異有哪些”等問題，學(xué)生們都愣住了?！罢?qǐng)大家網(wǎng)上查找并進(jìn)行討論”，隨著老師的提示，學(xué)生們?nèi)迦艘唤M圍繞到了電腦旁。這也形成了以后教學(xué)的模式——上課首先開展問題的學(xué)習(xí)討論。為此，學(xué)生們帶來了《無人機(jī)手冊(cè)》《青少年無人機(jī)制作指南》《玩轉(zhuǎn)無人機(jī)40 講》等資料，配合網(wǎng)上資源，形成了自主學(xué)習(xí)的模式。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)室課程中的飛行活動(dòng)也是不可缺少的，如定點(diǎn)投擲、超低空飛行、穿越障礙等。組裝小型練習(xí)機(jī)也是必須完成的任務(wù)，而航拍后的3D校園模型制作，則成為了學(xué)生最為自豪的作品。

似乎，無人機(jī)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)進(jìn)入了常態(tài)軌道。然而，學(xué)生在課上又提出了新的問題：無人機(jī)為什么要采取控制器控制，能用聲音控制或采用手勢(shì)控制嗎？也許這是AI 技術(shù)對(duì)學(xué)生的影響，或是學(xué)生對(duì)遙控器使用中的挑戰(zhàn)。但不論問題是怎樣激發(fā)出來的，這都是實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生提供的創(chuàng)造性思維的啟迪。

很快，在專業(yè)公司的支持下，我們第一架聲控飛機(jī)試飛了。隨著“起飛、向前、左轉(zhuǎn)”的口令，利用手機(jī)的APP 和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了聲控操作?，F(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)室中手勢(shì)控制的飛機(jī)、飛控程序的編寫、芯片的寫入等探究，仍在進(jìn)行中。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，給學(xué)校的創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教師專業(yè)素養(yǎng)提升，帶來了新的發(fā)展契機(jī)。