基于STEAM 教學理念的無人機制作與飛行實踐訓練的課例探索與研究

翟磊

（南京新港中等專業(yè)學校，江蘇南京，210046）

自2018 年我校開辦無人機操控與維護專業(yè)以來，我始終在一線擔任該專業(yè)教學工作，做為專業(yè)負責人，在教學過程中不斷摸索和優(yōu)化專業(yè)課程的建設方案，每年通過教研組以及學科活動調整專業(yè)人才方案，從創(chuàng)辦專業(yè)至今課程體系內(nèi)容也出現(xiàn)了較大的調整。在我們教學過程中越來越多的發(fā)現(xiàn)無人機是很有趣味性和拓展性的專業(yè)，教學目標由原來的偏重于理論知識到現(xiàn)在的更多重視學生應用實踐技能的訓練。我們的教學一線團隊在進行《無人機航拍技術》、《第一人稱視角飛行》等專業(yè)課教學時發(fā)現(xiàn)學生基本功較差，平臺專業(yè)課程教學在多個層面上難以推進。教研活動中我們通過深入剖析和研討，發(fā)現(xiàn)是我們的教學一線團隊教師大家走進了教學的一種誤區(qū)，認為無人機只要能飛起來就行，甚至打開自動模式自動巡航也算會操作飛行作業(yè)了。其實無人機光會飛行是遠遠不夠的，如果不從源頭上對無人機的發(fā)展史，結構，原理，對機身上的每一個傳感器，螺旋槳，線路，電源進行針對性講解和拆裝，只能算是一個普通的愛好者。只有花更多的時間，系統(tǒng)地學習無人機基礎理論與實操課程才能幫助學生打開無人機專業(yè)領域知識的大門。從而提升學生機械設計能力、部件制作能力、整機裝配能力、整機調試能力、試飛調整能力、飛行操控等方面的專業(yè)實踐水平具有重要的意義。針對課程目標,從教學理念實戰(zhàn)化、教學內(nèi)容模塊化、教學方法多樣化等方面對小型無人機制作與飛行訓練課程的教學設計進行了分析,并研究了小型無人機飛行訓練的優(yōu)化方法。

通過同事介紹，我們有機會深入地接觸到STEAM 教育理念，發(fā)現(xiàn)無人機操控與維護也是一個綜合性很強的專業(yè)，適當?shù)娜诤蠙C械基礎知識、機械識圖知識、光學傳感器知識、仿生學知識以及流體力學和美術知識等內(nèi)容，配合STEAM 項目的教學理念，我們在學生中開展了無人機制作與飛行實訓活動，根據(jù)整個教學過程的總結與反思，把他撰寫成最新的教學研究課例。

我目前所帶的技能實訓項目主要以無人機飛行訓練為主，在教材以及廠家維修資料的要求下按部就班的指導學生進行訓練，通過老師的示范，學生只能被動地接受而不能創(chuàng)造性地去設計或者改變操作方式，開展的活動太少，項目比較單一，缺少對學生的個性開發(fā)，很難調動學生的學習主動性。如何才能多維度的強化學生動手能力，多層次的滿足學生學習需求，多角度評價實訓的達成程度。 借鑒STEAM 理念指導下的實訓教學則可以解決以上的種種問題。

20 世紀80 年代，STEAM 課程在美國逐漸發(fā)展。是一種重實踐的超學科教育概念。任何事情的發(fā)展和應用都不能僅依靠某一種能力和領域來實現(xiàn)，是需要介于多種能力之間的相互配合，比如無人機技術作為高科技電子產(chǎn)品的建造過程中，不但需要先進的科學技術，運用最新的科技手段來創(chuàng)新產(chǎn)品功能，還需要好看的外觀，也就是藝術等方面的綜合應用才能促使無人機技術和設備的專業(yè)領域更好的發(fā)展，所以單一技能的運用已經(jīng)無法支撐未來人才的發(fā)展，未來，我們需要的是多方面的綜合型人才。從而探索出STEAM 教育理念是通過整合Science(科學)、Technology(技術)、Engineering(工程)、Art（藝術）、Mathematics(數(shù)學)五門課程，但它并不是將這五門課程知識簡單地進行疊加，而是將多學科內(nèi)容交叉融合形成有機整體，采用多種方法、多種途徑將綜合多學科知識與技能的創(chuàng)新課程成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的主要手段，旨在提高學生的問題解決能力、團隊合作能力、設計能力和實踐創(chuàng)新能力。

此教學理念充分將多學科的知識與技能整合在項目學習中，注重過程實踐課程以其開放性、主體性、情境性、關聯(lián)性、發(fā)展性，從一開始產(chǎn)生就順應了中國課程改革的發(fā)展態(tài)勢，以真實問題為教學導向，讓學生在實踐教學過程中獨立動手完成規(guī)定項目、自己感興趣且和他們生活相關的項目，強調理論知識與動手能力并重、并用，注重知識層面的跨學科遷移和有機結合，有助于學生在STEAM 教學理念的框架下學會機械設計、學會操作、學會部件制作能力、整機裝配能力、整機調試能力、試飛調整能力、飛行操控等方面的專業(yè)實踐水平，充分實現(xiàn)做中學。

基于現(xiàn)代智能制造的興起，無人機應用的市場和領域正在迅猛的發(fā)展，現(xiàn)階段如再不改變我們的教學模式，畢業(yè)的學生出校后就不能很好的適應就業(yè)市場的需要，為了能夠適應市場對無人機專業(yè)領域人才的需要，我們的一線教學團隊在豐富專業(yè)教學活動的同時，進一步加強和提升學生的實際動手操作能力。在校本課程嘗試加入無人機制作與飛行的項目課例外，通過多專業(yè)、多領域的深度融合，多學科、學應用的交叉結合，多能力、多場景的廣泛應用，最終實現(xiàn)組裝，調試，飛行訓練達到最后的個人飛行能力PK賽，等一系列學習過程。整個過程中我適當記錄，不斷反思，總結如何將STEAM 教育理念融入課堂的實踐教學之中。具體制作目標和制作內(nèi)容分別見表1、表2。

表1 無人機制作與飛行實訓目標

表2 無人機制作與飛行具體工作內(nèi)容

工程設計是STEAM 教育的重要特征，它是將多學科內(nèi)容交叉融合形成有機整體，倡導問題解決驅動的跨學科教育，旨在提高學生的問題解決能力、團隊合作能力、設計能力和實踐創(chuàng)新能力。在無人機的制作與飛行課程中，由無人機機架、螺旋槳、電機，電源，超聲波傳感器，電流調節(jié)器等部分組成，表五列出了跨學科知識及其應用。

圖1 無人機制作與飛行實施過程框圖

STEAM 課程是綜合性項目，它為其他專業(yè)課準備了真實的工作情境，無人機在制作過程中充分融入STEAM 教育理論，有效的保障了學生能夠獨立自主的完成機器組裝和功能示范和調試等狀態(tài)下的工作，表六中列出了跨學科研究和學習方法應用的具體內(nèi)容。

在無人機制作過程中，評價反饋是制作過程中的重要環(huán)節(jié)。STEAM 遵循發(fā)展性評價理念，通過將過程性評價、作品評價、綜合活動評價、總結性評價等多種評價結合，使教師的指導作用和學生的主體作用實現(xiàn)最佳結合。無人機制作成功后把作品以小組為單位從設計思路、制作過程、分工情況等幾個方面進行介紹和展示，讓學生自評與互評，最后再進行教師的點評，在整個評價過程中需要更過的強調多元評價主體、面向學習過程的評價，教師從開發(fā)學生潛在的創(chuàng)新角度出發(fā)對各組作品提出改良和后期升級建議。在交流評價中培養(yǎng)學生的審美情趣、勇于表達自己觀點以及鍛煉與他人的溝通合作能力，切實地以評價為抓手促進和提升學生勤于反思、勇于探究、樂于協(xié)作的核心素養(yǎng)。

以往職業(yè)教育所具備的功能更多的是“應用與傳承”，但在STEAM 教育理念框架下，“設計與創(chuàng)新”毫無疑問成為了職業(yè)教育的主旋律。通過運用STEAM 理念能將學科知識與已有生活經(jīng)驗有效整合，讓學生體驗了觀察、設計、探究、實踐、調試的過程，激發(fā)了學生的想象力、協(xié)調力和創(chuàng)新意識等方面的開發(fā)，使學生在項目學習過程中有真實的體驗、成功的經(jīng)驗。同時，也使學生的創(chuàng)意在學校這個平臺上有了變?yōu)楝F(xiàn)實的可能，激發(fā)了學生DIY 的興趣和學習熱情，使學習過程更加生動有趣，并且將藝術的美感與作品的創(chuàng)作融合在一起，使學生能自主地把多門知識進行融合，有效的開發(fā)了學生潛在的知識遷移能力，實現(xiàn)多學科之間的有機整合和無縫對接，有效生成了技能，為學生的專業(yè)領域學習開辟了新的空間和思路。