面向產(chǎn)教融合的電子設(shè)計(jì)類教學(xué)研究

摘 "要：隨著物流的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了物流“最后一公里”配送問題，其中，無人機(jī)物流成為了解決該問題的利器。但是，目前該領(lǐng)域存在許多工程和人文方面的問題，對相關(guān)教育背景的高層次人才培養(yǎng)提出了很高的要求。文章文針對無人機(jī)智慧物流實(shí)際面臨的問題和發(fā)展要求，提出電子信息類本科生理論課與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課交替牽引、互為輔助的教學(xué)設(shè)計(jì)概念；同時(shí)以賽為練，結(jié)合創(chuàng)新的教學(xué)模式，做到理論和實(shí)際有機(jī)結(jié)合。無人機(jī)智慧物流技術(shù)不斷更新對相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)提出了更高的要求，因此，探討如何培養(yǎng)符合新型智慧物流要求的復(fù)合型人才顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；智慧物流；教學(xué)改革研究；產(chǎn)教融合；電子設(shè)計(jì)競賽

"中圖分類號(hào)：G642 " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.23.049

Abstract： With the continuous development of logistics， there has been \"the last one kilometer\" problem in logistical field， of which unmanned aerial vehicle（UAV）logistics has become a sharp tool to solve the problem. However， there are many engineering and humanities problems in this field， which put forward high requirements for the cultivation of high-level talents with relevant educational background. In the view of practical problems and development requirements of UAV intelligent logistics， this paper proposes the teaching design concept of alternating traction and mutual assistance between electronic information undergraduate theoretical courses and experimental practice courses. At the same time， with competition as practice， combined with innovative teaching mode， to achieve the organic combination of theory and practice. The continuous update of UAV intelligent logistics technology has put forward higher requirements for the training of relevant professional and technical personnel， so it is particularly important to explore how to cultivate compound talents who meet the requirements of new intelligent logistics.

Key words： unmanned aerial vehicle; intelligent logistics; research on teaching reforms; integration of industry and education; electronic design competition

0 "引 "言

物流，是供應(yīng)鏈活動(dòng)的一部分，其核心就是將商品、服務(wù)消費(fèi)以及相關(guān)信息高效、低成本的從產(chǎn)地到消費(fèi)地的流動(dòng)。近年來，我國電子商務(wù)的交易規(guī)模正在不斷擴(kuò)大，交易額呈現(xiàn)出逐年上升態(tài)勢。與此同時(shí)，雖然物流行業(yè)的發(fā)展速度也隨之得到了提升。但是，該行業(yè)開始面臨事業(yè)瓶頸期，面對“最后一公里”配送問題，許多電商公司都束手無策。如何解決快遞物流行業(yè)“最后一公里”，這將是各家快遞公司的必爭領(lǐng)域。如今隨著無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用逐漸成熟，強(qiáng)大的市場需求促進(jìn)了“無人機(jī)＋物流”的發(fā)展，并使得無人機(jī)物流成為新的熱門領(lǐng)域，同時(shí)也成為了解決快遞“最后一公里”問題利器。因?yàn)榕c人力配送相比，無人機(jī)具有智能化、信息化、無人化的特點(diǎn)，配送效率更高，深受運(yùn)輸、快遞、電商等企業(yè)的關(guān)注。2019年4月，中國民用航空西北地區(qū)管理局正式印發(fā)了《西北地區(qū)民用無人駕駛航空器物流配送經(jīng)營活動(dòng)管理辦法（試行）》。依據(jù)該文件在陜西、甘肅、寧夏、青海等民航西北局轄區(qū)里，250克以上，無人機(jī)加貨物150千克以下的無人機(jī)可以進(jìn)行貨物運(yùn)輸配送的經(jīng)營性飛行活動(dòng)。事實(shí)上，未來無人機(jī)既可在西北4省內(nèi)大范域的“自由翱翔”，也能在高樓林立的城市中“穿梭自如”，鏈接千家萬戶[1]。目前，餓了嗎、京東、美團(tuán)、阿里、蘇寧等幾大電商均開始布局無人機(jī)末端物流項(xiàng)目，但是，無人機(jī)在電商末端智慧物流領(lǐng)域還處于實(shí)驗(yàn)階段，面臨諸多技術(shù)、人文、社會(huì)等問題尚未解決，因此，該業(yè)務(wù)項(xiàng)目并未被全面推廣運(yùn)行。此外，直接面向無人機(jī)物流實(shí)踐環(huán)節(jié)的高等教育課程體系還尚未成熟，因此，建立一套該領(lǐng)域產(chǎn)教融合的實(shí)踐課程體系，以項(xiàng)目和競賽的方式促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)，對當(dāng)前新形勢下的電子信息類本科高校提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育質(zhì)量，提升學(xué)生就業(yè)層次具有非常重要的意義。

1 "以賽促學(xué)，厚植“無人機(jī)”文化沃土

南京郵電大學(xué)深入推進(jìn)學(xué)生分類培養(yǎng)模式改革，資助學(xué)生企業(yè)研修，實(shí)施“一院一賽”制度，鼓勵(lì)學(xué)生開展科研和實(shí)踐創(chuàng)新，教師學(xué)科團(tuán)隊(duì)和學(xué)生群體通過參加各類學(xué)科實(shí)踐創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)大賽將學(xué)科鏈、人才鏈和產(chǎn)業(yè)鏈貫通，充分發(fā)揮高?？茖W(xué)研究和人才培養(yǎng)優(yōu)勢，為服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供智力支撐和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研合作共贏，為學(xué)校“雙一流”建設(shè)助力。近年來，南京郵電大學(xué)在無人機(jī)課程教育與學(xué)科競賽方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，也收獲了豐碩的成果。多人次、多組隊(duì)伍榮獲RoboCup世界杯、江蘇省無人機(jī)大賽等國家級、省級重要競賽獎(jiǎng)項(xiàng)[2]，其中，不少獲獎(jiǎng)項(xiàng)目與無人機(jī)智慧物流領(lǐng)域密切相關(guān)。此外，研究生支教團(tuán)的學(xué)生們追夢逐航，心系藍(lán)天，開展了“郵夢三江源”的無人機(jī)飛行系列科普實(shí)踐類課程，積極引導(dǎo)青海省三江源民族中學(xué)學(xué)生投身科學(xué)實(shí)踐，擴(kuò)展了他們知識(shí)的廣度與深度，幫助學(xué)生開闊眼界、增長閱歷，樹立遠(yuǎn)大理想，矢志刻苦奮斗；同時(shí)，支教團(tuán)的同學(xué)們現(xiàn)場給中學(xué)生們演示無人機(jī)操作，并讓中學(xué)生們直接操控?zé)o人機(jī)，對無人機(jī)進(jìn)行直接感受。不難看出，“無人機(jī)”相關(guān)教育有著濃厚的技術(shù)氛圍和人文土壤[3]。

2 "“翻轉(zhuǎn)課堂”加速理論知識(shí)向工程意識(shí)轉(zhuǎn)化

采用“翻轉(zhuǎn)課堂”這種具有顛覆性的創(chuàng)新教學(xué)模式，在課前可以通過學(xué)校教學(xué)平臺(tái)發(fā)布教學(xué)任務(wù)，提醒學(xué)生利用視頻講座、聽播客、閱讀功能增強(qiáng)的電子書等公開網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自主探索學(xué)習(xí)，讓他們了解自動(dòng)化控制、信號(hào)傳輸、無人機(jī)自主導(dǎo)航等相關(guān)技術(shù)的基本原理和技術(shù)細(xì)節(jié)，并在線上相互討論共同感興趣的知識(shí)點(diǎn)和共性問題。課堂內(nèi)，學(xué)生能夠更專注于主動(dòng)的基于無人機(jī)相關(guān)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，共同研究解決與物流相關(guān)的問題，從而獲得更深層次的理解。教師在課堂上也能有更多的時(shí)間與每個(gè)學(xué)生交流程序調(diào)試、工程軟件使用等實(shí)操問題[4]。在課后，學(xué)生能自主規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容、節(jié)奏、風(fēng)格和呈現(xiàn)知識(shí)的方式，并可以提出關(guān)于無人機(jī)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的要求。教師則采用講授法和協(xié)作法來滿足學(xué)生的具體需要和促成他們的個(gè)性化學(xué)習(xí)，其目標(biāo)是為了讓學(xué)生通過實(shí)踐獲得更真實(shí)的學(xué)習(xí)，讓他們對所學(xué)知識(shí)有著更直觀應(yīng)用場景的體驗(yàn)。

3 "以賽為練、教賽融合，觸發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新內(nèi)驅(qū)力

"為了真正建立面向產(chǎn)教融合的無人機(jī)智慧物流教學(xué)課程體系，只有直面產(chǎn)業(yè)需求，尋找問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，因此，從無人機(jī)的競賽入手，無疑是面向?qū)嶋H應(yīng)用教學(xué)的最佳切入點(diǎn)。學(xué)生在準(zhǔn)備無人機(jī)競賽的實(shí)訓(xùn)過程中，發(fā)現(xiàn)無人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下飛控手失去對無人機(jī)的控制，甚至丟失所有無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路的聯(lián)系。為了克服該問題，學(xué)子研發(fā)了一款全程自主導(dǎo)航的無人機(jī)引導(dǎo)設(shè)備。該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和導(dǎo)航，避免了無人機(jī)遇到各種條件不利的區(qū)域時(shí)出現(xiàn)失控、撞墻或者墜毀等情況。該引導(dǎo)器采用了先進(jìn)的定位技術(shù)，采用多源、多頻、多模式的信號(hào)反演定位算法，遠(yuǎn)程指導(dǎo)的方式，讓無人機(jī)能夠安全、準(zhǔn)確地完成各種飛行任務(wù)。該引導(dǎo)器不但在消防救援、農(nóng)業(yè)保護(hù)等領(lǐng)域有不錯(cuò)的應(yīng)用前景，而且該技術(shù)的成熟對無人機(jī)物流配送起到至關(guān)重要的作用。通過引導(dǎo)器的控制，無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的運(yùn)送，提高準(zhǔn)確度和運(yùn)載效率，并且也可以大幅降低人力成本，極大提升了無人機(jī)智慧物流的應(yīng)用價(jià)值。此外，城市中無人機(jī)物流將面對各類極端的復(fù)雜任務(wù)環(huán)境，這對飛控手的操控技術(shù)、控制系統(tǒng)精度以及設(shè)備的穩(wěn)定性都有著很高的要求[5]。而這些要求也正是無人機(jī)競賽中重點(diǎn)考核的基礎(chǔ)內(nèi)容。當(dāng)然，無人機(jī)相關(guān)競賽不能復(fù)現(xiàn)模擬出所有現(xiàn)實(shí)物流場景，但是，通過教賽融合這種思路，能極大拉近課堂與實(shí)際應(yīng)用的距離，學(xué)生在競賽中，解決實(shí)際問題也能極大激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力。因此，切實(shí)做好以賽為練、加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際是邁向產(chǎn)教融合堅(jiān)實(shí)的一步[6]。

4 "理論課與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課交替牽引、相互支撐、相輔相成

以無人機(jī)為平臺(tái)的智慧物流領(lǐng)域所涉及的基本理論知識(shí)覆蓋了非常廣泛的學(xué)科領(lǐng)域，在電子信息類專業(yè)本科課程中占據(jù)很大比重。此外，無人機(jī)相關(guān)自動(dòng)控制方向?qū)碚摶A(chǔ)知識(shí)要求也非常高。具體來講，無人機(jī)飛控技術(shù)要涉及：機(jī)械工程、圖像識(shí)別、無線電信號(hào)發(fā)射與接受、人工智能算法、軟/硬件程序編譯等多學(xué)科領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐工程知識(shí)。因此，應(yīng)對本科階段的課程設(shè)置進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)優(yōu)化，既能做到理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，又能有所指向、以“理”向“實(shí)”，切實(shí)做到理論服務(wù)實(shí)踐的目的。具體課程設(shè)置思路以及代表性課程名稱分別如圖1和表1所示。這里需要說明的是，提高實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程的重要性并不是降低理論課的基本要求和知識(shí)范圍；而是在課程設(shè)計(jì)時(shí)候有明確的實(shí)驗(yàn)配套思路，做到脫虛向?qū)?。在本科一、二年級階段，仍然以理論課為主線，其目的是奠基出堅(jiān)實(shí)的理論知識(shí)體系，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程做支撐。在此階段的實(shí)驗(yàn)課程則作為支線，起輔助引導(dǎo)作用，將所學(xué)的理論知識(shí)指向?qū)嶒?yàn)實(shí)踐。例如，在授課《大學(xué)物理》的光學(xué)相關(guān)知識(shí)時(shí)，以《大學(xué)物理》實(shí)驗(yàn)為輔助講解光學(xué)成像的原理；在打好《程序語言設(shè)計(jì)》的理論基礎(chǔ)上，可以在軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中著重強(qiáng)調(diào)程序語言在自動(dòng)控制應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)原理等。該教學(xué)方法使得學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)在心中種下實(shí)踐的種子。到了本科二、三年級階段，由于所學(xué)課程的性質(zhì)發(fā)生了變化，逐漸從理論基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)基礎(chǔ)課轉(zhuǎn)變，此時(shí)，理論課程和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程的角色定位也應(yīng)隨之發(fā)生改變。當(dāng)進(jìn)入本科三、四年級階段，就將以實(shí)驗(yàn)課程為主線導(dǎo)引，直接將專業(yè)課所學(xué)的理論知識(shí)直接服務(wù)于學(xué)科競賽，加強(qiáng)理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，在實(shí)踐中驗(yàn)證所學(xué)知識(shí)。例如：可通過《電子綜合設(shè)計(jì)》實(shí)踐課，提出面向智慧物流無人機(jī)的設(shè)計(jì)課題，在《單片機(jī)》理論課程中就可將該課題作為重點(diǎn)案例進(jìn)行講解，這樣既能迅速提高學(xué)生的理論實(shí)踐能力，也為后期的本科學(xué)科競賽以及未來研究生電子競賽起到最佳的鋪墊。該課程設(shè)計(jì)理念，對理論課和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程之間的協(xié)同作用提出了很高的要求，唯有做到教師間充分交流，課程間彼此兼顧，才能將該課程設(shè)計(jì)思路發(fā)揮最大化的優(yōu)勢。

5 "其他問題

"以無人機(jī)為基礎(chǔ)的智慧物流是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程?，F(xiàn)在諸如順豐、京東、阿里、蘇寧、餓了么等電商企業(yè)也都紛紛布局無人機(jī)物流產(chǎn)業(yè)，但是仍然處于試運(yùn)營階段。究其原因，除了工程技術(shù)方面的問題以外，在法律、倫理、社會(huì)認(rèn)同度等多個(gè)維度上也需要做到充分論證。在法律方面，要考慮到無人機(jī)物流過程中高空墜物、無人機(jī)撞擊事故帶來的法律糾紛、民事賠償以及商業(yè)保險(xiǎn)等諸多方面的問題。同時(shí)，頻繁穿梭的無人機(jī)物流，必然帶來用戶隱私保護(hù)、生活習(xí)慣改變等問題。此外，還需要牽涉的無人機(jī)物流成本控制和核算、無人機(jī)倉儲(chǔ)與管養(yǎng)等問題。因此，面對上述問題，一方面，可以在本科教學(xué)階段增設(shè)相關(guān)法律、人文和經(jīng)管的選修課；另一方面，可以在電子信息類課程中添加如3D打印技術(shù)、增材等無人機(jī)智能制造方面的知識(shí)內(nèi)容，全方位做好產(chǎn)教融合教學(xué)體系的建立。

6 "總 "結(jié)

"面向無人機(jī)末端智慧物流實(shí)際需求，尋找問題，解決問題。通過對本科階段課程的整體頂層優(yōu)化設(shè)計(jì)，理論課與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課交替牽引、互為支撐，將理論知識(shí)逐步引向?qū)嵺`，做到二者有機(jī)結(jié)合；采用“翻轉(zhuǎn)課堂”和教賽融合的教學(xué)模式，不僅大幅促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，而且加速了理論知識(shí)的實(shí)踐化；最后，針對無人機(jī)物流的真正場景所產(chǎn)生的問題，在人文、法律、經(jīng)管等方面課程設(shè)置上也提出了相應(yīng)的要求。切實(shí)做好無人機(jī)智慧物流產(chǎn)教融合教學(xué)體系的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的改革。

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收稿日期：2024-01-10

作者簡介：薛俊俊（1983—），男，江蘇如東人，南京郵電大學(xué)電子與光學(xué)工程學(xué)院、柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院，副教授，博士，研究方向：半導(dǎo)體材料、器件與集成；汪 "金（1992—），男，安徽銅陵人，南京郵電大學(xué)電子與光學(xué)工程學(xué)院、柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院，副教授，博士，研究方向：寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件、自動(dòng)控制系統(tǒng)；智 "婷（1987—），女，江蘇鹽城人，南京郵電大學(xué)電子與光學(xué)工程學(xué)院、柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院，副教授，博士，研究方向：半導(dǎo)體發(fā)光器件、顯示系統(tǒng)集成。

引文格式：薛俊俊，汪金，智婷. 面向產(chǎn)教融合的電子設(shè)計(jì)類教學(xué)研究——以無人機(jī)末端智慧物流為例[J]. 物流科技，2024，47（23）：182-184.