基于學(xué)情分析的“無人機技術(shù)與應(yīng)用”課程混合式教學(xué)設(shè)計研究

譚力寧　金國棟　蘆利斌　王偉光

摘 要 信息化時代對無人機人才的培養(yǎng)提出了更高要求。本文針對“無人機技術(shù)與應(yīng)用”課程開展混合式教學(xué)設(shè)計研究。首先通過學(xué)情分析梳理當(dāng)前教學(xué)中存在的突出矛盾;然后結(jié)合對線上教學(xué)資源的分類和特點分析，對該課程混合式教學(xué)模型進行了設(shè)計。從實踐效果來看，混合式教學(xué)的應(yīng)用提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)了創(chuàng)新意識，提升了課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 混合式教學(xué) 學(xué)情分析 線上教學(xué)資源 翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.059

Abstract The information age needs higher-quality UAV talents. This paper focuses on hybrid teaching design based on student situation analysis of the UAV Technology and Application course. First the problems in current teaching is analyzed through student analysis; then the hybrid teaching mode is designed based on classification and analysis of online resources. Practice show such mode has improved the positivity and innovation of students， and the course teaching quality.

Keywords hybrid teaching; student analysis; online teaching resources; flipped classroom

1 學(xué)情分析

1.1學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與課程學(xué)時存在矛盾

“無人機技術(shù)與應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容涉及傳感器、導(dǎo)航與控制、計算機視覺等多個領(lǐng)域的相關(guān)知識，這些教學(xué)內(nèi)容需要各領(lǐng)域大量基礎(chǔ)知識作為支撐，這對某個專業(yè)的學(xué)生來說是不現(xiàn)實的。因此必須在課堂上對相關(guān)基礎(chǔ)知識進行補充，這就導(dǎo)致在整個課程有限的課時內(nèi)，技術(shù)和應(yīng)用之間的學(xué)時分配難以平衡。一是講應(yīng)用必須建立在對相關(guān)技術(shù)牢固掌握的基礎(chǔ)上;二是崗位任職對無人機人才的需求又是以應(yīng)用為主，這是目前無人機技術(shù)與應(yīng)用課程傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的突出問題。

1.2能力培養(yǎng)與教學(xué)方法存在矛盾

崗位任職對無人機人才的需求是以應(yīng)用型人才為標(biāo)準(zhǔn)的，這就需要學(xué)生具備較強的主動作為意識，以達到任職后在實踐中消化、升華理論知識，提高綜合運用專業(yè)知識解決應(yīng)用中實際問題能力的目的。然而以往該課程的教學(xué)方法仍以傳統(tǒng)的講授式為主，課堂由教師主導(dǎo)，學(xué)生只是單方面的接受知識。如何較好的處理知識傳授與學(xué)生能力培養(yǎng)間的關(guān)系，讓知識傳授催化能力培養(yǎng)，是本課程堂教學(xué)要集中解決的一個難題。

1.3課堂教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度難以兼顧

無人機技術(shù)更新?lián)Q代較快，并且無人機全系統(tǒng)涉及多個前沿領(lǐng)域，在兼顧課堂教學(xué)內(nèi)容廣度的同時，很難在有限學(xué)時內(nèi)深挖相關(guān)領(lǐng)域的最新成果。在以往的教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)，一個班次的學(xué)生往往都有自己感興趣的方向，愿意在這些方向上投入精力長期跟蹤、深度挖掘，并參加相關(guān)學(xué)科競賽。但目前的該課程教學(xué)很難滿足學(xué)生這方面的需求：一是教學(xué)內(nèi)容廣度不夠，學(xué)生也就難以發(fā)現(xiàn)自己的興趣點;二是目前以講授為主的教學(xué)模式在顧及廣度的同時又很難兼顧深度，難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。

2 線上教學(xué)資源發(fā)展現(xiàn)狀分析

按照知識傳授的方式，當(dāng)前主流的線上教學(xué)資源可分為慕課、公開課、自媒體、直播、線上實驗和社區(qū)等六類。慕課作為線上教學(xué)資源的代表，典型產(chǎn)品有中國大學(xué)MOOC、學(xué)堂在線等，優(yōu)點是課程體系較為完備，但學(xué)習(xí)所耗費的時間和精力都相對較大，同時內(nèi)容上更偏基礎(chǔ)重理論，在前沿、應(yīng)用和實踐等方面?zhèn)戎剌^少。而其他五類線上教學(xué)資源恰恰能夠在領(lǐng)域前沿、實際應(yīng)用和實踐操作三個方面對慕課形成補充。

以TED（Talking EveryDay）為代表的公開課具有內(nèi)容前沿，學(xué)習(xí)門檻低、感染力強的優(yōu)點，但內(nèi)容多為科普程度，在深度上有所不足;嗶哩嗶哩、知乎專欄等自媒體資源形式生動，專業(yè)性、前沿性較強，但數(shù)據(jù)量龐大，質(zhì)量良莠不齊;將門創(chuàng)投、深藍學(xué)院等直播資源內(nèi)容聚焦，專業(yè)性、前沿性和可操作性較強，但幾乎所有高質(zhì)量內(nèi)容都屬于收費范疇;Github等線上代碼倉庫能夠提供實驗代碼、環(huán)境，專業(yè)性、前沿性較強，但學(xué)習(xí)操作門檻較高;知乎、CSDN等知識社區(qū)能夠開展高質(zhì)量的多方討論，但內(nèi)容質(zhì)量參差不齊，需要一定知識門檻進行篩選和甄別。因此，一個解決教學(xué)中存在問題的思路就是將多樣化的線上教學(xué)資源融入課程教學(xué)。

3 混合式教學(xué)模式設(shè)計

3.1利用線上教學(xué)資源補足基礎(chǔ)原理教學(xué)

結(jié)合專業(yè)前置課程和學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，通過多期教學(xué)班次實踐;總結(jié)出以下基礎(chǔ)原理是本專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的薄弱環(huán)節(jié)：空氣動力學(xué)基本概念;衛(wèi)星全球?qū)Ш较到y(tǒng)原理;慣性測量器件原理特性;自動控制基本原理;計算機視覺基本原理。在以往的授課中，對這些知識需要以專題的形式占用3到5學(xué)時進行講解，一是受限于學(xué)時難以達到良好的學(xué)習(xí)效果;二是占用了本就比較緊張的課程教學(xué)時間。

通過調(diào)研，這些基礎(chǔ)原理在線上教學(xué)平臺上都已有較好的教學(xué)資源，如清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等國內(nèi)知名高校均在主流慕課平臺上線了相關(guān)的慕課資源。因此在上述基礎(chǔ)原理教學(xué)中，采用學(xué)生課前利用慕課自主學(xué)習(xí)，課上進行內(nèi)容串講和針對性答疑的教學(xué)模式。通過這一舉措，在最近一期班次的教學(xué)中，講授基礎(chǔ)原理所用學(xué)時從原來的3到5學(xué)時減少到了1到2學(xué)時，在一定程度上緩解了課程內(nèi)容多、學(xué)時少的局面。并且學(xué)生反映對基礎(chǔ)理論掌握更為牢固，學(xué)習(xí)自由度更高。

3.2依托線上教學(xué)資源開展翻轉(zhuǎn)式教學(xué)

翻轉(zhuǎn)課堂將以學(xué)生為中心理念貫徹到教學(xué)中，提倡在課堂教學(xué)中讓學(xué)生成為舞臺的中心，能夠養(yǎng)成學(xué)生主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生主動思考、主動探究、主動作為的意識。[5]開展翻轉(zhuǎn)式教學(xué)的前提是學(xué)生在課前對大部分教學(xué)內(nèi)容完成自學(xué)，并根據(jù)要求能夠提出自己的見解或形成自己的觀點。而以往的教學(xué)中，由于教學(xué)資源的支持不夠，學(xué)生自學(xué)效果難以保證，導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)式教學(xué)中難以提出質(zhì)量較高的議題，教學(xué)效果大打折扣。

針對這一問題，充分發(fā)揮名校名師線上公開教學(xué)資源的作用，采用建立課前學(xué)習(xí)資源目錄、纂寫課前學(xué)習(xí)指南、進行課前問卷調(diào)查的方法，保證進行翻轉(zhuǎn)式教學(xué)課學(xué)生對授課內(nèi)容有相當(dāng)程度的理解。課堂時間以學(xué)生為中心，重點討論解決其疑難問題。這時課堂教學(xué)的重點不再是要求學(xué)生對知識點的掌握，而是要通過討論，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，并通過獨立思考能建立正確而完整的知識體系。實踐證明在翻轉(zhuǎn)式教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性有很大提高，對教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握也更為牢固。

3.3使用線上教學(xué)資源助力學(xué)生拓展創(chuàng)新

由于無人機系統(tǒng)涉及多個領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)，在以往的課堂授課時主要顧及課程理論體系的完整性，也就是教學(xué)內(nèi)容的寬度，難以兼顧教學(xué)內(nèi)容的深度。為緩解這一矛盾，在課堂教學(xué)后為學(xué)生推送相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展前沿的慕課資源。經(jīng)調(diào)研，目前麻省理工大學(xué)、斯坦福大學(xué)、卡內(nèi)基梅隆等國際知名院校都在無人機技術(shù)與應(yīng)用前沿領(lǐng)域建有公開課資源或?qū)＜抑v座，TED等講座網(wǎng)站也有無人機應(yīng)用領(lǐng)域的大師講座資源。通過精選此類資源推送給學(xué)生，使學(xué)生按照自身興趣結(jié)合自身實際進行學(xué)習(xí)，為學(xué)有余力的學(xué)生提供擴展視野和創(chuàng)新的知識支撐。通過這一措施，多名學(xué)生在無人機設(shè)計、無人機控制、無人機圖像處理等方向得到了鍛煉和發(fā)展，參加了多項科技創(chuàng)新競賽，取得了較好的成績。

4 結(jié)束語

在學(xué)情分析和線上教學(xué)資源分析的基礎(chǔ)上，通過將線上教學(xué)資源引入在基礎(chǔ)原理教學(xué)、開展翻轉(zhuǎn)式教學(xué)和助力學(xué)生拓展創(chuàng)新等教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)計了“無人機技術(shù)與應(yīng)用”課程的混合式教學(xué)模式，使學(xué)生在掌握無人機系統(tǒng)基本原理的基礎(chǔ)上，能夠發(fā)展自身興趣和特長，提高了課程教學(xué)質(zhì)量。下一步的主要工作是根據(jù)本專業(yè)學(xué)生實際和培養(yǎng)目標(biāo)，開展更具針對性的線上教學(xué)資源建設(shè)工作，進一步提高混合式教學(xué)的效果。

參考文獻

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