高職無人機技術課程設置與教學方法的創(chuàng)新

趙 黎

（山西水利職業(yè)技術學院測繪工程系，山西運城 044000）

無人機技術作為現(xiàn)代科技的重要組成部分，在農業(yè)、環(huán)保、航空等領域展現(xiàn)出巨大潛力。高職院校作為培養(yǎng)技術人才的重要陣地，肩負著培養(yǎng)適應行業(yè)需求的人才的任務。然而，傳統(tǒng)的課程設置和教學方法已經(jīng)難以適應快速發(fā)展的無人機技術領域，亟須創(chuàng)新。

一、高職無人機技術課程教學的重要性

無人機技術作為當今社會中引人矚目的前沿領域之一，已經(jīng)廣泛應用于農業(yè)、測繪、救援、環(huán)保等多個領域。這種技術的快速發(fā)展對相關人才的需求也日益增加，高職院校在培養(yǎng)適應無人機技術應用和研發(fā)要求的專業(yè)人才方面扮演著不可或缺的角色。

（一）技術需求與應用前景

隨著科技的不斷發(fā)展，無人機技術在多個領域的應用前景變得愈發(fā)廣闊。在農業(yè)領域，無人機可以通過精確的農田監(jiān)測，實時獲取土壤濕度、作物生長狀態(tài)等信息，從而優(yōu)化農作物管理和施肥計劃，提高產(chǎn)量和品質。在環(huán)保領域，無人機可以監(jiān)測空氣質量、水體污染等，及時發(fā)現(xiàn)并解決環(huán)境問題［1］。在航空領域，無人機用于航拍和地理信息系統(tǒng)制圖，能夠準確獲取地形數(shù)據(jù)，為規(guī)劃和建設提供支持。這些應用場景的不斷拓展，對無人機技術人才的需求日益增加。

（二）高職院校的使命與作用

高職院校在培養(yǎng)技術人才方面具有獨特優(yōu)勢。相較于大學，高職教育更加注重實際操作技能的培養(yǎng)，強調學以致用。在無人機技術領域，學生需要具備操作無人機設備、進行維護和故障排除的能力，這對實際操作技能的培養(yǎng)提出了更高要求。同時，高職教育也注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和團隊合作精神，這對于無人機技術的不斷創(chuàng)新和應用至關重要。

（三）跨學科綜合素質的培養(yǎng)

無人機技術的復雜性要求學生具備跨學科的綜合素質。例如，設計一架無人機不僅需要機械工程的機構設計，還需要電子工程的控制系統(tǒng)設計以及計算機科學的程序編寫能力。飛行路徑的規(guī)劃需要融合地理信息和數(shù)學建模。這些要求使得高職無人機技術課程的教學不能僅停留在某個專業(yè)領域，而是需要將多學科知識融入課程中，培養(yǎng)學生的綜合素質。

綜上所述，高職無人機技術課程教學的重要性不僅體現(xiàn)在滿足無人機技術行業(yè)對專業(yè)人才的需求，更體現(xiàn)在培養(yǎng)學生的實際操作技能、創(chuàng)新能力和綜合素質上。高職院校在這一領域的教育使命是為學生提供跨學科綜合知識和實際操作技能，使他們能夠迅速適應行業(yè)發(fā)展的需求，為無人機技術的發(fā)展貢獻人才支持。

二、高職院校無人機課程設置和教學方法的現(xiàn)有問題

（一）課程滯后于行業(yè)發(fā)展

高職院校的課程更新周期較長，導致課程內容往往不能及時反映行業(yè)最新的發(fā)展動態(tài)。在無人機技術領域，新的應用場景、新的傳感器技術、新的飛行控制方法等不斷涌現(xiàn)，但傳統(tǒng)的課程體系很難在短時間內進行更新。這使得學生畢業(yè)后可能對最新的技術和趨勢不夠了解，影響了他們的職業(yè)競爭力。

（二）缺乏跨學科融合

現(xiàn)代無人機技術融合了機械、電子、計算機等多個學科領域的知識。然而，高職院校的課程設置通常偏向某一專業(yè)領域，導致學生難以全面理解無人機技術的多個方面。缺乏跨學科融合使得學生很難將各個學科領域的知識有機地結合起來，從而制約了他們在實際應用中的創(chuàng)新能力［2］。

（三）實踐環(huán)節(jié)不足

無人機技術的學習需要大量的實際操作，包括無人機的組裝、調試、飛行操作和故障排除等。然而，目前很多高職院校的課程設置中實踐環(huán)節(jié)較少。學生缺乏充分的實踐練習機會，導致他們在實際操作中可能遇到困難。理論知識和實際操作的不匹配使得學生在應用中可能存在較大的誤差。

（四）教學方法傳統(tǒng)單一

傳統(tǒng)的教學方法主要以課堂講授為主，缺乏互動和實際操作環(huán)節(jié)。這種單一的教學方式難以激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造力。在無人機技術領域，學生需要實際操作來鞏固所學知識，但傳統(tǒng)教學方法無法滿足這種需求。現(xiàn)代教育技術手段，如虛擬仿真和在線實驗平臺，可以更好地支持實踐性教學，但目前應用較少。

綜上所述，高職院校無人機課程設置和教學方法的現(xiàn)有問題在于課程滯后、缺乏跨學科融合、實踐環(huán)節(jié)不足以及傳統(tǒng)教學方法的單一性。這些問題制約了學生的學習效果和實際應用能力的培養(yǎng)。針對這些問題，需要在課程設計和教學方法上進行創(chuàng)新，以更好地滿足學生和行業(yè)的需求。

三、課程設置的創(chuàng)新

（一）跨學科融合的課程設計

跨學科融合的課程設計在高職院校的無人機技術課程中扮演著關鍵角色。這種設計追求將機械、電子、計算機等多個學科領域的知識有機融合，以培養(yǎng)具有更全面、多維素質的專業(yè)人才。具體而言，課程設計可以從機械與電子的交叉出發(fā)，引入機械設計與電子控制相結合的實際案例，要求學生在設計無人機的外形和結構時同時考慮電子系統(tǒng)的集成和優(yōu)化。此外，跨學科還延伸至計算機與數(shù)據(jù)分析的融合，通過飛行控制與路徑規(guī)劃課程，將計算機科學和數(shù)據(jù)分析的知識與無人機技術緊密結合，使學生在飛行控制算法編寫的同時也能處理產(chǎn)生的大量飛行數(shù)據(jù)。而實際案例的應用則是跨學科融合的實際體現(xiàn)，學生通過解決實際問題，逐漸理解各學科知識之間的聯(lián)系和交叉應用。此外，組織跨學科團隊項目可以將不同專業(yè)背景的學生匯聚在一起，共同完成一個綜合性的無人機項目，加強他們在實際操作中的跨學科合作和應用能力。

例如，課程中引入了一個項目，要求學生設計一架用于環(huán)境監(jiān)測的無人機系統(tǒng)。這個項目涉及機械設計、電子控制、計算機編程和數(shù)據(jù)分析等多個學科領域的知識。學生首先需要設計無人機的機體結構，考慮如何減小風阻以提高飛行效率。同時，他們需要集成傳感器，測量環(huán)境中的溫度、濕度、污染物等數(shù)據(jù)。這就涉及機械設計與電子控制的融合。接著，學生需要編寫飛行控制算法，實現(xiàn)無人機的穩(wěn)定飛行和路徑規(guī)劃，這就需要將計算機科學和飛行控制原理相結合。在飛行過程中，無人機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要收集并進行分析，這就涉及數(shù)據(jù)分析技術。通過這個項目，學生將在解決實際問題的過程中體驗到不同學科的融合，培養(yǎng)綜合素質和實踐操作能力，為將來投身無人機技術領域做好準備。這個例子生動地展示了跨學科融合課程設計如何在實際情境中發(fā)揮作用，培養(yǎng)出具備綜合能力的專業(yè)人才。綜合來看，跨學科融合的課程設計不僅培養(yǎng)出知識面廣泛的專業(yè)人才，更讓他們能夠在實際問題中快速反應和創(chuàng)新解決，為無人機技術領域的發(fā)展注入新的活力。

（二）實踐導向的課程設計

實踐導向的課程設計在高職院校的無人機技術課程中具有重要作用。通過將理論知識與實際操作緊密結合，學生可以更加深入地理解和掌握無人機技術，培養(yǎng)實際操作能力和解決問題的能力。課程設計中的實踐環(huán)節(jié)應該涵蓋無人機的不同方面，包括組裝、調試和飛行操作等［3］。在組裝環(huán)節(jié)，學生將親自動手將各個零部件組裝成一架完整的無人機，從而了解每個部件的功能和連接方式。在調試環(huán)節(jié)，學生需要調整飛行控制參數(shù)，確保無人機能夠穩(wěn)定飛行。而飛行操作環(huán)節(jié)則讓學生親自操作無人機進行飛行，體驗飛行過程中的挑戰(zhàn)和技巧。通過這些實際操作環(huán)節(jié)，學生可以鍛煉操作技能，提高操作的熟練度。同時，實際操作也能夠讓學生更加深入地理解課程中的理論知識。

例如，在高職院校的無人機技術課程中，實踐導向的課程設計可以包括一個飛行控制實驗案例。在這個案例中，學生將親自操作無人機進行飛行，通過實際操作來理解飛行控制原理以及不同操作對飛行行為的影響。學生會在課堂上學習關于飛行控制的基本理論知識，包括姿態(tài)控制、航跡規(guī)劃等方面的內容。然后，他們將進入飛行實驗環(huán)節(jié)。在這個實驗中，學生會使用遙控器控制無人機進行起飛、飛行、轉彎、下降等操作。通過親身操控，學生可以感受到不同操作對無人機飛行狀態(tài)的影響，例如改變俯仰角、偏航角等。他們可以親眼見到飛行過程中的變化，進而理解飛行控制原理的實際應用。在這個案例中，學生可能會遇到飛行時的穩(wěn)定性問題，例如在飛行中出現(xiàn)抖動或失控的情況。通過調整遙控器的操作，他們可以嘗試解決這些問題，從而加深對飛行控制原理的理解。此外，他們還可以體驗到飛行中的風力、空氣動力等外部因素對飛行行為的影響，從而更好地理解飛行控制的復雜性。通過這個實際案例，學生不僅可以將抽象的理論知識具體化，還能夠培養(yǎng)操作技能和問題解決能力。他們將在實際操作中感受到飛行控制原理的實際應用，加深對課程內容的理解和記憶。這種基于實踐的學習方式不僅提高了學生的學習興趣，還使他們更好地為將來在無人機領域的實際工作做好準備。

（三）案例分析的課程設計

無人機技術的復雜性和廣泛應用性使得引入案例分析成為高職院校無人機技術課程中的重要環(huán)節(jié)。通過真實案例，學生能夠從實際問題中學習，培養(yǎng)解決問題的能力、創(chuàng)新思維以及綜合運用知識的能力。在案例分析課程中，教師可以選取實際的無人機應用場景，如農業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測、搜索與救援等。學生將對這些案例進行深入分析，從技術、環(huán)境、法律等多個角度考慮，尋找解決方案。例如，就農業(yè)植保而言，學生可以分析如何設計無人機路徑以實現(xiàn)高效噴灑，同時避免對環(huán)境和農作物的不良影響。他們需要綜合考慮飛行控制、傳感器應用、飛行安全等多個方面的知識。在案例分析的過程中，學生還可以進行團隊合作，共同解決復雜問題。他們可以一起收集數(shù)據(jù)、制訂計劃、討論可行性，并最終提出解決方案。通過這種合作，他們不僅能夠分享不同領域的知識，還可以鍛煉團隊協(xié)作和溝通能力。案例分析課程還可以引導學生深入思考技術的社會影響和法律倫理等問題。例如，無人機的隱私問題、飛行安全法規(guī)等都是需要考慮的方面。通過思考這些問題，學生能夠更全面地理解無人機技術應用的復雜性。

總之，案例分析的課程設計能夠培養(yǎng)學生的問題解決能力、創(chuàng)新思維和綜合能力。通過從實際問題中學習，學生可以更好地將理論知識應用于實際，并為未來在無人機技術領域的工作做好準備。同時，這種學習方式也培養(yǎng)了他們在面對復雜問題時的自信和能力。

四、教學方法的創(chuàng)新

（一）項目驅動的教學方法

項目驅動的教學方法是一種強調實際項目實踐的教學策略，在高職院校的無人機技術課程中具有重要的教育價值。通過將課程內容與真實的項目相結合，學生不僅能夠學習理論知識，還能夠在實際操作中應用所學知識，培養(yǎng)解決問題和團隊合作的能力。

例如，可以設計一個無人機設計與制作的項目，要求學生團隊合作，從零開始設計、制造和飛行一架無人機。在這個項目中，學生需要涉及機械設計、電子控制、飛行控制、傳感器應用等多個領域的知識。首先，學生需要進行市場調研，了解當前無人機技術的應用和發(fā)展趨勢，確定項目目標和要求。接著，他們將設計無人機的機體結構、選用電子元件、編寫飛行控制程序等。在組裝和調試階段，學生將親自動手將零部件組裝成一架完整的無人機，進行測試和優(yōu)化，確保其能夠穩(wěn)定飛行。這樣的項目設計能夠使學生在實際操作中學習知識，培養(yǎng)技能。通過實際操控無人機的過程，學生將深入了解飛行控制原理、電子元件的應用、機械結構的設計等方面的知識［4］。同時，由于項目需要團隊合作，學生還將培養(yǎng)協(xié)作和溝通能力，學會與他人協(xié)同工作，解決問題。這種項目驅動的教學方法在實際教學中具有廣泛的應用價值。學生通過參與實際項目，不僅能夠增強對課程內容的理解，還能夠提高解決實際問題的能力，為將來的職業(yè)發(fā)展做好準備。同時，這種方法也激發(fā)了學生的學習興趣和動力，使教學更具吸引力和實用性。

例如，一個具體的案例是“應用無人機進行環(huán)境監(jiān)測”。學生分為若干團隊，每個團隊負責設計、制造和飛行一架用于環(huán)境監(jiān)測的無人機。在項目中，學生需要從環(huán)境監(jiān)測的需求出發(fā)，設計無人機的傳感器配置，選擇合適的飛行路徑以覆蓋監(jiān)測區(qū)域。通過實際飛行，學生可以獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)分析，得出環(huán)境狀態(tài)的結論。這個項目要求學生將所學的無人機技術應用于實際問題的解決，培養(yǎng)實際操作能力和創(chuàng)新思維。項目的結果也可以為環(huán)境監(jiān)測領域提供有益的信息和數(shù)據(jù)支持。

（二）問題導向的教學方法

問題導向的教學方法是一種注重學生自主探究和解決問題的教學策略，它在高職院校的無人機技術課程中具有顯著的教育價值。通過提出實際問題情境，要求學生主動參與問題的分析、研究和解決，這種方法能夠培養(yǎng)學生的問題解決能力、創(chuàng)新思維以及自主學習的能力。

在問題導向的教學中，教師可以提出一個具體的問題，例如，“在強風條件下，無人機無法保持穩(wěn)定飛行，應該如何解決這個問題？”學生將被鼓勵積極參與問題的討論和分析，收集相關信息，探究可能的原因，尋找可能的解決方案。在這個過程中，學生需要運用所學的飛行控制、氣動原理、傳感器應用等知識，并結合實際情境進行推理。問題導向的教學方法能夠培養(yǎng)學生的批判性思維和解決問題的能力。學生不僅需要理解理論知識，還需要將其應用于實際情境中，考慮多個因素的綜合影響。例如，對于強風導致穩(wěn)定飛行的問題，學生可能需要分析無人機的設計結構、飛行控制算法、風力的特性等，從多個角度尋找可能的解決方案。

（三）遠程教學的教學方法

隨著科技的不斷發(fā)展，遠程教學在高職院校的無人機技術課程中正呈現(xiàn)出創(chuàng)新的潛力。遠程教學通過在線平臺，讓學生能夠在虛擬環(huán)境中學習課程內容、參與討論、進行實驗等，極大地豐富了學習方式，同時克服了地域限制，使更多的學生能夠獲得高質量的教育資源［5］。遠程教學的教學方法在無人機技術課程中有著廣泛的應用。一種典型的應用是使用虛擬仿真平臺進行無人機飛行模擬。學生可以通過計算機或其他終端進入虛擬環(huán)境，在模擬的飛行場景中體驗無人機的飛行操作。他們可以學習飛行控制技術，進行不同飛行任務的模擬，體驗不同氣象和環(huán)境條件下的飛行挑戰(zhàn)，而無須實際將無人機送上天空。這不僅節(jié)省了成本和風險，還讓學生能夠在安全的環(huán)境中學習和實踐。例如，在“無人機飛行模擬課程”中，學生可以通過遠程教學平臺進入虛擬的飛行環(huán)境。在這個平臺上，他們可以選擇不同類型的無人機和不同的場景，模擬不同的飛行任務。例如，學生可以模擬在山區(qū)、城市或海洋等環(huán)境中的飛行，體驗不同氣象條件對飛行的影響，同時學習飛行控制的技術。教師可以設置飛行任務，要求學生按照任務要求完成模擬飛行，并根據(jù)模擬結果進行分析和討論。通過這個案例，學生可以在安全的虛擬環(huán)境中學習飛行技術，獲得實際飛行的體驗，為將來的實際操作做好準備。

遠程教學還可以通過在線平臺進行課堂討論和互動。學生可以與教師和其他同學進行實時的討論，分享問題和解決方案。教師可以通過網(wǎng)絡課堂進行知識講解、案例分析等，同時設置在線作業(yè)和測驗，幫助學生鞏固所學內容。

（四）綜合評價體系的建立

在高職院校的無人機技術課程中，建立一個全面的綜合評價體系是確保教學質量和課程有效性的重要一環(huán)。這一評價體系涵蓋了多個方面，旨在綜合考量學生的知識掌握、實際操作技能、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力，以確保他們畢業(yè)后具備應對實際復雜問題的綜合素質。其中，知識掌握評價通過課堂測試、作業(yè)和考試等方式，評估學生對無人機技術理論知識的掌握情況。實際操作能力評價則著重于實驗、項目作業(yè)和實際操作考核，以考查學生在無人機制造、組裝、調試和飛行等方面的實際操作技能。創(chuàng)新能力評價通過案例分析、問題解決和創(chuàng)新項目評估學生是否具備獨立思考、創(chuàng)新解決問題的能力。團隊合作能力評價則關注于項目合作和團隊作業(yè)，以評估學生在團隊中的協(xié)作和溝通技能。此外，綜合評價體系還包括對學生在實際應用場景中表現(xiàn)的評價，這有助于考察他們在真實環(huán)境下的適應能力。最后，建立反饋和改進機制，讓學生對課程進行評價，以促進教學不斷改進和優(yōu)化。通過這一綜合評價體系，高職院?？梢愿鼫蚀_地了解學生的綜合素質和能力水平，有針對性地調整課程和教學方法。同時，學生也能夠清楚地認識到自身的優(yōu)勢和不足，為個人發(fā)展提供有力的指導。這一完善的評價體系將推動無人機技術課程持續(xù)優(yōu)化，確保畢業(yè)生具備與實際需求相符的綜合能力，為未來的職業(yè)道路奠定堅實基礎。

五、結語

隨著無人機技術的不斷演進，對于高職院校來說，持續(xù)關注最新的技術發(fā)展，不斷優(yōu)化課程設置和教學方法，是確保學生能夠跟上行業(yè)發(fā)展步伐的關鍵。只有保持學術性、專業(yè)性、正確性、科學性和邏輯性，將最新的相關領域知識應用于教學實踐，才能培養(yǎng)出勝任未來無人機技術工作的優(yōu)秀人才。通過不斷創(chuàng)新，高職院校無人機技術課程的教育質量和教學效果將得到進一步提升，為學生鋪平職業(yè)道路。