基于EPIP 教學(xué)模式的“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程改革的實(shí)踐與探索

郝立果 高慧珠 張翔宇 石東宇

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 天津 300222；2.鄂倫春自治旗民族職業(yè)高級(jí)中學(xué) 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 165450）

一、研究背景

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)行業(yè)迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用幾乎涵蓋了災(zāi)害救援、街景拍攝、監(jiān)控巡察、環(huán)保檢測(cè)、電力巡檢、農(nóng)業(yè)植保等所有領(lǐng)域[1]。伴隨著無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)，社會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)操控和檢修等方面人才的需求驟增。為滿足行業(yè)人才需求，近年來(lái)越來(lái)越多的本科院校和中高等職業(yè)院校開(kāi)設(shè)無(wú)人機(jī)專業(yè)或相關(guān)課程，目前有超過(guò)30 家本科院校開(kāi)設(shè)了無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)工程、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)工程等相關(guān)專業(yè)，超過(guò)200 家中高等職業(yè)院校開(kāi)設(shè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)。為了進(jìn)一步規(guī)范無(wú)人機(jī)行業(yè)人員的從業(yè)行為，人力資源和社會(huì)保障部于2021 年頒布《無(wú)人機(jī)裝調(diào)檢修工國(guó)家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)》，為無(wú)人機(jī)相關(guān)專業(yè)課程的教材、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了指南和依據(jù)，也為教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和相關(guān)考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了參考和借鑒。

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)作為培養(yǎng)職教師資的師范類大學(xué)，為補(bǔ)充中高等職業(yè)院校無(wú)人機(jī)方向師資的缺口，探索開(kāi)設(shè)“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程作為輔修課程。學(xué)生通過(guò)選修本課程拓展相關(guān)知識(shí)，掌握無(wú)人機(jī)操控、調(diào)試檢修的基本技能，初步具備中高職院校無(wú)人機(jī)專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)和實(shí)習(xí)指導(dǎo)能力。在課程實(shí)施過(guò)程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)引入工程實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目EPIP（Engineering Practice Innovation Project）教學(xué)模式，該模式以實(shí)際工程為指引，以實(shí)踐應(yīng)用為導(dǎo)向，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以項(xiàng)目實(shí)踐為統(tǒng)領(lǐng)，旨在提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[2]?！肮こ袒?shí)踐性、創(chuàng)新型、項(xiàng)目式”是EPIP 的核心內(nèi)涵，“工程化”是EPIP 教學(xué)模式的根基，在教學(xué)中引入實(shí)際工程理念，基于實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)景進(jìn)行“項(xiàng)目式”教學(xué)，在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中注重“實(shí)踐性”，學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)，通過(guò)不斷的探索、嘗試，做到知其原，知其衍，在工程實(shí)踐的過(guò)程中不斷創(chuàng)新并體會(huì)創(chuàng)新的樂(lè)趣，實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新型”的教學(xué)過(guò)程[3]。無(wú)人機(jī)技術(shù)具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和創(chuàng)新性，在項(xiàng)目式教學(xué)過(guò)程中“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程圍繞無(wú)人機(jī)在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行探索與研究，與EPIP 教學(xué)模式所倡導(dǎo)的理念完全契合。

二、無(wú)人機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

隨著無(wú)人機(jī)相關(guān)專業(yè)的開(kāi)設(shè)和課程的實(shí)施，各院校在進(jìn)行無(wú)人機(jī)專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)過(guò)程中，不斷探索并積累了大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為社會(huì)培養(yǎng)出了大量不同層次的無(wú)人機(jī)應(yīng)用人才，專業(yè)建設(shè)取得了較好成績(jī)。但在人才培養(yǎng)質(zhì)量和課程體系建設(shè)方面，在不同程度上還存在一些不足。

（一）專業(yè)師資力量不足

由于無(wú)人機(jī)相關(guān)專業(yè)屬于新開(kāi)設(shè)專業(yè)，各相關(guān)院校首先面臨師資力量不足的問(wèn)題。從事無(wú)人機(jī)相關(guān)課程理論教學(xué)的教師主要來(lái)自航空航天相關(guān)專業(yè)和機(jī)電類專業(yè)，實(shí)踐教學(xué)方面的師資則更多來(lái)自從事航模運(yùn)動(dòng)的教練員或運(yùn)動(dòng)員。而無(wú)人機(jī)相關(guān)專業(yè)建設(shè)發(fā)展所急需的既掌握無(wú)人機(jī)相關(guān)理論知識(shí)，又具備嫻熟的操作技能和教學(xué)能力的優(yōu)秀師資則顯得極為稀缺，短時(shí)間內(nèi)難以滿足各院校的急切需求[4]。

（二）實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)地制約

由于無(wú)人機(jī)室外作業(yè)的特點(diǎn)，在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中場(chǎng)地通常是無(wú)人機(jī)操控訓(xùn)練的一個(gè)制約因素。根據(jù)我國(guó)《低空空域使用管理規(guī)定》，我國(guó)低空空域是國(guó)家重要戰(zhàn)略資源，無(wú)人機(jī)飛行前需要向相關(guān)單位進(jìn)行空域的申請(qǐng)，城市中大部分空域是禁飛區(qū)或限飛區(qū)，而訓(xùn)練所需空域面積較大，一般校園內(nèi)不具備訓(xùn)練條件。且無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中一旦出現(xiàn)失控、墜機(jī)的現(xiàn)象，都會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能帶來(lái)人身傷害。為了解決場(chǎng)地制約，部分院校利用共享體育館等空間較大的室內(nèi)場(chǎng)館開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)。

（三）課程體系不夠健全

由于無(wú)人機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用歷史短、發(fā)展快且覆蓋基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域較廣，所以相應(yīng)的專業(yè)教材少、教學(xué)案例不足，課程體系建設(shè)過(guò)程中缺少成熟體系的借鑒。在課程設(shè)計(jì)中需要對(duì)多學(xué)科相關(guān)專業(yè)的課程內(nèi)容進(jìn)行提煉并重新整合，同時(shí)還要引入無(wú)人機(jī)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，以滿足無(wú)人機(jī)技術(shù)所需的理論支撐。

相比于理論教學(xué)環(huán)節(jié)，無(wú)人機(jī)操控實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)則面臨更大的挑戰(zhàn)。由于受場(chǎng)地及無(wú)人機(jī)飛行速度快、存在危險(xiǎn)性和不確定性等因素的影響，同一時(shí)間、空間進(jìn)行實(shí)踐操作的學(xué)生人數(shù)通常不能超過(guò)2 人。在初期訓(xùn)練過(guò)程中，指導(dǎo)教師需要全程指導(dǎo)，一旦學(xué)生操作失誤教師需要及時(shí)介入糾正，否則可能導(dǎo)致飛行事故。一旦出現(xiàn)墜機(jī)、撞機(jī)事故，短時(shí)間無(wú)法修復(fù)。如果班級(jí)人數(shù)較多，人均訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)便難以保證，訓(xùn)練效率較低。為解決此問(wèn)題，在進(jìn)行無(wú)人機(jī)操控訓(xùn)練時(shí)，通常會(huì)引入模擬器以降低損耗提高訓(xùn)練效率，但如何合理恰當(dāng)?shù)貙⒛M器訓(xùn)練和實(shí)機(jī)訓(xùn)練相結(jié)合，達(dá)到虛實(shí)互補(bǔ)的訓(xùn)練效果，也是需要深入研究的課題。

（四）與行業(yè)應(yīng)用缺少對(duì)接

在行業(yè)應(yīng)用中，無(wú)人機(jī)主要作用任務(wù)搭載平臺(tái)，在不同的行業(yè)中需要搭載不同的任務(wù)載荷。由于缺少對(duì)行業(yè)應(yīng)用的深入了解，除了無(wú)人機(jī)自身相關(guān)內(nèi)容外，對(duì)其他專業(yè)領(lǐng)域的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)不足，造成人才輸送與實(shí)際企業(yè)需求存在差異。

無(wú)人機(jī)相關(guān)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須結(jié)合不同行業(yè)應(yīng)用，設(shè)計(jì)具有工程性的教學(xué)項(xiàng)目，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，使每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)貼近實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中加強(qiáng)以學(xué)生為主體的模式，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中探索未知，加深對(duì)理論知識(shí)理解的同時(shí)能夠?qū)W以致用，并在實(shí)踐中發(fā)揮主觀能動(dòng)性，不斷創(chuàng)新。

三、基于EPIP 教學(xué)模式的“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程設(shè)計(jì)

基于對(duì)無(wú)人機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀的分析，結(jié)合無(wú)人機(jī)相關(guān)課程教學(xué)現(xiàn)狀，課題組將工程實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目（EPIP）引入到“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程的設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐中，以無(wú)人機(jī)技術(shù)為載體，以培養(yǎng)大學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新實(shí)踐能力為目標(biāo)，基于EPIP 教學(xué)模式設(shè)定合理的課程目標(biāo)、精選融合課程內(nèi)容、制定科學(xué)考核辦法，進(jìn)行“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程設(shè)計(jì)。

（一）課程介紹

“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程是天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)面向本科生開(kāi)設(shè)的一門創(chuàng)新型課程。該課程以無(wú)人機(jī)技術(shù)為載體，按照無(wú)人機(jī)裝調(diào)檢修工職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，通過(guò)完成無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)、組裝、編程、調(diào)試、檢修、操控等各項(xiàng)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生掌握無(wú)人機(jī)相關(guān)知識(shí)和技能的同時(shí)提升實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力[5]。

采用EPIP 教學(xué)模式，結(jié)合行業(yè)應(yīng)用，設(shè)計(jì)若干工程項(xiàng)目；每個(gè)項(xiàng)目再分解為若干子任務(wù)，將教學(xué)目標(biāo)中的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)分解到每個(gè)任務(wù)中，學(xué)生分組在執(zhí)行任務(wù)的實(shí)踐過(guò)程中，自主學(xué)習(xí)理論知識(shí)、訓(xùn)練實(shí)操技能，在實(shí)踐中創(chuàng)新。在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，教師以示范、答疑等方式起到引導(dǎo)、啟發(fā)、推動(dòng)的作用。

（二）課程設(shè)計(jì)

結(jié)合“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程目標(biāo)，參照工程實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目（EPIP）的核心內(nèi)涵[6]，設(shè)計(jì)了3 個(gè)工程實(shí)踐項(xiàng)目，共15 個(gè)訓(xùn)練任務(wù)，總學(xué)時(shí)為90 個(gè)學(xué)時(shí)（見(jiàn)表1），利用3 周的實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)完成課程教學(xué)。課程以四旋翼無(wú)人機(jī)為訓(xùn)練載體，學(xué)生在完成各項(xiàng)任務(wù)的過(guò)程中掌握無(wú)人機(jī)相關(guān)知識(shí)和技能，并注重培養(yǎng)工程意識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

表1 “無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用“課程EPIP 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

（三）考核評(píng)價(jià)方式

課程最終成績(jī)由三個(gè)項(xiàng)目的成績(jī)加權(quán)計(jì)算得出，Y=0.4X1+0.3X2+0.3X3（式中：Y 為總成績(jī)，X1、X2、X3分別為三個(gè)項(xiàng)目的成績(jī)），從而形成一整套科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系。

項(xiàng)目一為“無(wú)人機(jī)操控”，該項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生通過(guò)無(wú)人機(jī)基本操控技能的訓(xùn)練掌握無(wú)人機(jī)駕駛技巧，從而對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)產(chǎn)生濃厚興趣。本項(xiàng)目主要是通過(guò)訓(xùn)練提高學(xué)生在無(wú)人機(jī)操控過(guò)程中“腦—眼—手”的協(xié)調(diào)度，與專業(yè)背景相關(guān)性較弱。結(jié)果評(píng)價(jià)主要考察學(xué)生在操作方面的熟練度、精準(zhǔn)度、安全規(guī)范性。如表2 所示。

表2 “無(wú)人機(jī)操控”項(xiàng)目考核評(píng)價(jià)表

項(xiàng)目二為“無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)與組裝”，要求學(xué)生利用Solidworks 軟件完成無(wú)人機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)，操作激光切割機(jī)進(jìn)行木板的加工、組裝并進(jìn)行調(diào)試，操作無(wú)人機(jī)完成飛行任務(wù)。學(xué)生需要理解和掌握無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)組成等基礎(chǔ)知識(shí)，熟練掌握軟件和工具、設(shè)備的使用、操作等基本技能。結(jié)果評(píng)價(jià)是分階段對(duì)設(shè)計(jì)合理性、創(chuàng)新性、加工組裝精度、飛行任務(wù)完成度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由于項(xiàng)目二的實(shí)踐過(guò)程由學(xué)生分組完成，所以評(píng)價(jià)對(duì)象面向項(xiàng)目組，每個(gè)小組成員成績(jī)相同。如表3 所示。

表3 “無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)與組裝”項(xiàng)目考核評(píng)價(jià)表

項(xiàng)目三為“無(wú)人機(jī)檢測(cè)與維修”，該項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)檢修、設(shè)置、維保，使學(xué)生理解和掌握無(wú)人機(jī)主要組成部件的基本原理，熟練掌握無(wú)人機(jī)檢測(cè)、維修、測(cè)試等基本技能。結(jié)果評(píng)價(jià)主要考察學(xué)生快速準(zhǔn)確檢測(cè)無(wú)人機(jī)故障并進(jìn)行修復(fù)的能力。如表4所示，在考核設(shè)備上設(shè)置兩處故障，學(xué)生需要通過(guò)測(cè)試，用文字描述出故障現(xiàn)象，能通過(guò)檢測(cè)找到故障點(diǎn)并進(jìn)行修復(fù)。根據(jù)故障現(xiàn)象描述正確性、故障點(diǎn)位置準(zhǔn)確性和修復(fù)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分。

表4 “無(wú)人機(jī)檢測(cè)與維修”項(xiàng)目考核評(píng)價(jià)表

四、“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)實(shí)踐

項(xiàng)目組以天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2019 級(jí)工程實(shí)踐實(shí)驗(yàn)班學(xué)生為樣本，利用2021 年暑期進(jìn)行了為期15 天的“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用” 課程的EPIP 教學(xué)模式實(shí)踐。該班共計(jì)20 名學(xué)生，專業(yè)方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)，已經(jīng)過(guò)2 年的本科學(xué)習(xí)，具有相對(duì)扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。在課程實(shí)施過(guò)程中，共開(kāi)設(shè)了3 個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目利用5 天時(shí)間完成。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，需要的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和基本技能的訓(xùn)練穿插進(jìn)行，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，達(dá)到了良好的教學(xué)效果，同時(shí)為“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程體系建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)。

整體教學(xué)過(guò)程注重對(duì)學(xué)生工程意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)的培養(yǎng)，將學(xué)生分為5 個(gè)項(xiàng)目組，每組4 人，各小組自行確定組長(zhǎng)和人員分工，共同協(xié)作完成每一個(gè)項(xiàng)目。在項(xiàng)目實(shí)施中，學(xué)生是整個(gè)教學(xué)過(guò)程的主體，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃、任務(wù)分析和執(zhí)行。在任務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中，以小組活動(dòng)為主，教師指導(dǎo)為輔，鼓勵(lì)學(xué)生自我探究，大膽創(chuàng)新，最終完成各項(xiàng)任務(wù)。

（一）理論知識(shí)教學(xué)過(guò)程

“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”涉及廣泛的理論知識(shí)，理論教學(xué)環(huán)節(jié)融入工程項(xiàng)目，主要采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，以項(xiàng)目調(diào)研的方式將不同任務(wù)分配給不同學(xué)習(xí)小組，各組學(xué)生根據(jù)要求進(jìn)行資料查閱、整理，并集中分享、交流。例如，為了讓學(xué)生充分了解無(wú)人機(jī)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，在教學(xué)過(guò)程中按應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行劃分，提出調(diào)研重點(diǎn)內(nèi)容、規(guī)定分享展示時(shí)間等，將任務(wù)布置到各學(xué)習(xí)小組。如表5 所示。

表5 無(wú)人機(jī)應(yīng)用與發(fā)展調(diào)研方向分工

在項(xiàng)目調(diào)研過(guò)程中打破時(shí)間和空間的限制，各組充分利用課內(nèi)和課外時(shí)間，通過(guò)線上搜索收集相關(guān)資料，整理制作PPT 文檔，并集中進(jìn)行展示、交流，教師對(duì)每一組的展示成果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和補(bǔ)充。通過(guò)時(shí)空開(kāi)放的自主學(xué)習(xí)方式，學(xué)生表現(xiàn)出高漲的學(xué)習(xí)熱情，收集大量的圖文資料并進(jìn)行精心整理，設(shè)計(jì)制作精美的PPT。

學(xué)生在探索無(wú)人機(jī)在不同領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)無(wú)人機(jī)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了更加深厚的興趣，與此同時(shí)也提高了資料收集、整理和表達(dá)展示的能力。

（二）實(shí)踐教學(xué)過(guò)程

無(wú)人機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)操控熟練度有著極高的要求。在操控過(guò)程中，敏銳的觀察力和快速反應(yīng)能力以及穩(wěn)定的心理狀態(tài)極為重要，這些都需要大量科學(xué)的訓(xùn)練才能達(dá)到基本要求。除了對(duì)無(wú)人機(jī)的操控，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)還包括設(shè)計(jì)、組裝和檢修三個(gè)方面。

1.無(wú)人機(jī)操控

操控環(huán)節(jié)需要操作員手眼腦的協(xié)調(diào)配合，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練形成肌肉記憶。操作員必須能夠準(zhǔn)確判斷無(wú)人機(jī)在空中的方位、姿態(tài)和飛行狀態(tài)，同時(shí)還要觀察飛行空域內(nèi)及航線周邊的障礙物，并關(guān)注風(fēng)向風(fēng)力等氣象變化。一旦觀察判斷失誤，則可能會(huì)出現(xiàn)迷航、碰撞，導(dǎo)致飛行事故的發(fā)生。在飛行過(guò)程中操作員需要實(shí)時(shí)利用手中的遙控器調(diào)整無(wú)人機(jī)的姿態(tài)、位置，以保持正確的高度、速度、角度和飛行方向，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的飛行任務(wù)。

失控、“炸機(jī)”在無(wú)人機(jī)操控的入門階段是時(shí)有發(fā)生的。為了降低損耗和保證人身、環(huán)境安全，并最大程度滿足多人同時(shí)訓(xùn)練，操控環(huán)節(jié)的訓(xùn)練采用模擬飛行和實(shí)機(jī)飛行相結(jié)合的方式。模擬飛行的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)訓(xùn)練、避免飛行事故、無(wú)損耗、無(wú)限續(xù)航、環(huán)境可控等，通過(guò)模擬飛行訓(xùn)練使操作員對(duì)遙控器搖桿產(chǎn)生良好的手感，為形成肌肉記憶打下基礎(chǔ)。

學(xué)生通過(guò)模擬飛行訓(xùn)練對(duì)遙控器的操作達(dá)到基本熟練后，將進(jìn)行實(shí)機(jī)的體驗(yàn)飛行。為了保證訓(xùn)練的安全性，實(shí)機(jī)訓(xùn)練在安全防護(hù)網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行，并且在防護(hù)網(wǎng)內(nèi)只能允許一臺(tái)無(wú)人機(jī)飛行，學(xué)生分組依次進(jìn)行適時(shí)的飛行體驗(yàn)，感受實(shí)機(jī)與模擬器操控的差別。在之后的飛行訓(xùn)練項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，將基本操作訓(xùn)練分為若干科目，每個(gè)科目都要先通過(guò)模擬器的訓(xùn)練掌握基本操作技巧，在完成模擬器飛行考核后再進(jìn)行實(shí)機(jī)的飛行訓(xùn)練。通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的訓(xùn)練方法，使學(xué)生更迅速地掌握無(wú)人機(jī)的操控技巧。

設(shè)計(jì)訓(xùn)練記錄表，對(duì)學(xué)生訓(xùn)練過(guò)程中的每一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)是否規(guī)范或所能達(dá)到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行記錄。以任務(wù)二懸停訓(xùn)練為例，記錄表如表6 所示，記錄學(xué)生每一次訓(xùn)練從準(zhǔn)備到結(jié)束的每一個(gè)環(huán)節(jié)中在安全規(guī)范、職業(yè)素養(yǎng)、技術(shù)掌握程度等方面的信息。每次操作訓(xùn)練時(shí)教師都需要觀察學(xué)生的操作是否符合規(guī)范，并進(jìn)行記錄評(píng)分，讓每個(gè)學(xué)生對(duì)自身存在的問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性地強(qiáng)化練習(xí)。

表6 無(wú)人機(jī)操控日常訓(xùn)練記錄表

2.無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)與組裝

無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)與組裝包括四旋翼無(wú)人機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作、組裝等環(huán)節(jié)，最終將實(shí)現(xiàn)一架無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的物化，其教學(xué)流程如圖1 所示。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，為學(xué)生統(tǒng)一提供無(wú)人機(jī)核心器件，如電機(jī)、螺旋槳、飛控、電池、電調(diào)等，學(xué)生要分組進(jìn)行零部件測(cè)繪，并根據(jù)外形尺寸設(shè)計(jì)機(jī)架結(jié)構(gòu)。在機(jī)架的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，各小組學(xué)生可以根據(jù)各自的想法，進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，學(xué)生需要利用機(jī)械制圖軟件完成實(shí)體圖、零件圖和裝配圖的繪制，并根據(jù)電動(dòng)機(jī)升力、電池容量等信息，計(jì)算機(jī)架的強(qiáng)度、重量、外形尺寸等參數(shù)。

圖1 無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)與制作的教學(xué)流程

在完成機(jī)架的設(shè)計(jì)和裝配仿真后，對(duì)各組的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。各組依次進(jìn)行方案的匯報(bào)，由其他小組成員提出建議，對(duì)方案進(jìn)行完善后將進(jìn)行設(shè)計(jì)的物化。設(shè)計(jì)物化過(guò)程以3mm 椴木板為原材料，利用激光切割機(jī)進(jìn)行加工，通過(guò)組裝、試飛對(duì)設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行驗(yàn)證。由于缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，試飛往往難以一次成功，經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多次的改進(jìn)最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的預(yù)設(shè)功能。在完成試飛后，要求各組撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，形成完整的工程實(shí)踐過(guò)程。

3.無(wú)人機(jī)檢修

無(wú)人機(jī)檢修項(xiàng)目主要包括電池的使用與維護(hù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)拆裝和電控系統(tǒng)檢修等任務(wù)。電池的使用與維護(hù)主要包括正確的充電、儲(chǔ)存、放電和電池電量的測(cè)量。相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練融入到無(wú)人機(jī)操控訓(xùn)練過(guò)程中。

機(jī)械拆裝任務(wù)有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)的了解，掌握螺旋槳、起落架、載荷機(jī)構(gòu)等易損部件的正確更換方法。在訓(xùn)練過(guò)程中采用以賽促訓(xùn)的方法，各組學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行無(wú)人機(jī)拆裝競(jìng)賽，在你追我趕的氛圍中不斷提高拆裝的速度和精度。

電控系統(tǒng)檢測(cè)需要具備一定的電子電路基礎(chǔ)知識(shí)和儀器儀表的應(yīng)用能力。電控系統(tǒng)檢測(cè)任務(wù)主要是對(duì)典型電子電路進(jìn)行檢測(cè)、對(duì)損壞的元件進(jìn)行更換等。小組內(nèi)部成員間互相進(jìn)行故障設(shè)置，模擬真實(shí)維修場(chǎng)景，并通過(guò)交流討論加深對(duì)檢修方法的理解。

（三）教學(xué)效果

通過(guò)將EPIP 教學(xué)模式引入“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程教學(xué)中，學(xué)生對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，并初步了解了無(wú)人機(jī)相關(guān)理論知識(shí)、飛行原理和結(jié)構(gòu)組成，能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠創(chuàng)新。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)基本掌握了無(wú)人機(jī)飛行操控和組裝、維修等技能，在各項(xiàng)目的最終考核評(píng)價(jià)中優(yōu)秀率達(dá)到40%以上，各項(xiàng)目的班級(jí)平均成績(jī)?cè)?5～95 分之間。

課程以模擬實(shí)際工程項(xiàng)目為指引，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，機(jī)械測(cè)繪、機(jī)械制圖、激光加工等專業(yè)技能得到了強(qiáng)化，電子電路知識(shí)和電子檢修技能得到了拓展，對(duì)無(wú)人機(jī)相關(guān)知識(shí)和操控技能有了一定程度的掌握，實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)均得到了提升，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

五、反思與展望

通過(guò)EPIP 教學(xué)模式在“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程中的探索應(yīng)用，學(xué)生對(duì)課程所涉及的相關(guān)知識(shí)和技能的掌握程度整體較好，學(xué)習(xí)主動(dòng)性提高，對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)表現(xiàn)出了濃厚的興趣，積極性和創(chuàng)造性得到了激發(fā)，學(xué)習(xí)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。但是，“無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用”課程在實(shí)踐過(guò)程中依然存在一些問(wèn)題，面臨一定的挑戰(zhàn)。如20 人小班成功的教學(xué)模式在面向正常班級(jí)人數(shù)進(jìn)行推廣時(shí)，如何克服實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地制約、設(shè)備續(xù)航時(shí)長(zhǎng)較短的問(wèn)題；學(xué)生如何充分利用課外時(shí)間開(kāi)展無(wú)人機(jī)相關(guān)研究，參與到無(wú)人機(jī)相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽和科研工作中。針對(duì)上述問(wèn)題，課題組認(rèn)為可通過(guò)以下方式解決：聘請(qǐng)具有較好無(wú)人機(jī)基礎(chǔ)的大學(xué)生科技社團(tuán)成員作為助教，教師集中授課后分組由助教協(xié)助指導(dǎo)以解決大班教學(xué)師資不足問(wèn)題；采用多個(gè)項(xiàng)目并行的方式解決場(chǎng)地制約問(wèn)題；加強(qiáng)與相關(guān)企業(yè)的合作，將企業(yè)實(shí)際工程項(xiàng)目引入作為師生科研的課題。