基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革探索

0 引言

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，無(wú)人機(jī)技術(shù)作為一項(xiàng)前沿技術(shù)，日益受到人們的關(guān)注與重視。作為一種集機(jī)械、電子、控制等多學(xué)科知識(shí)于一體的綜合性技術(shù)，無(wú)人機(jī)技術(shù)在軍事、民用、科研等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)人才需求日益增長(zhǎng)，對(duì)無(wú)人機(jī)教育也提出了更高要求。

1無(wú)人機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)教學(xué)往往過(guò)于理論化，缺乏實(shí)踐性和針對(duì)性，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法把課堂上學(xué)到的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)際操作能力不足。因此，亟須對(duì)無(wú)人機(jī)教育進(jìn)行模塊化教學(xué)改革。通過(guò)模塊化教學(xué)改革，可以將無(wú)人機(jī)知識(shí)體系進(jìn)行拆分，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平和需求，將知識(shí)點(diǎn)分成不同的模塊，將理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，提升學(xué)生的實(shí)際操作能力；通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、任務(wù)式訓(xùn)練等方式，讓學(xué)生在實(shí)際操作中掌握無(wú)人機(jī)的運(yùn)用方法，培養(yǎng)其適應(yīng)崗位任職的綜合運(yùn)用能力。模塊化教學(xué)可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神[1]，從而更好地滿足社會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)相關(guān)人才的需求。

2無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革的理論基礎(chǔ)

2.1模塊化教學(xué)理論

模塊化教學(xué)理論強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的模塊化設(shè)計(jì)，將課程內(nèi)容劃分為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊單元，每個(gè)模塊都具有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)。采用模塊化教學(xué)可以更好地滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，提高其學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。模塊化教學(xué)理論的核心理念是“分而治之”，即將龐大的教學(xué)內(nèi)容分解成若干個(gè)小模塊，使學(xué)生可以逐步學(xué)習(xí)、消化和吸收知識(shí)。這種教學(xué)方式有利于學(xué)生與教師之間更加靈活地互動(dòng)和交流，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。在現(xiàn)代教育領(lǐng)域，模塊化教學(xué)理論被廣泛應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐中。教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，靈活組合各種模塊，構(gòu)建符合教學(xué)目標(biāo)的課程體系，尤其適用于技能培訓(xùn)和實(shí)踐教學(xué)[2]。通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，教學(xué)內(nèi)容更加具有針對(duì)性和實(shí)用性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問題的能力，為學(xué)生未來(lái)的職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。模塊化教學(xué)為教育教學(xué)提供了一種靈活、高效的教學(xué)模式，可以有效促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)獲取和能力提升。在無(wú)人機(jī)教學(xué)改革實(shí)踐中，應(yīng)充分借鑒模塊化教學(xué)理論，設(shè)計(jì)符合學(xué)生需求和實(shí)際情況的教學(xué)內(nèi)容，推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提升。

2.2 能力生成理論

能力生成理論是教育理論中一個(gè)重要概念，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者通過(guò)參與解決實(shí)際問題和實(shí)踐活動(dòng)，不斷積累、發(fā)展和提升自己的能力。根據(jù)這一理論，學(xué)習(xí)者在面對(duì)復(fù)雜問題時(shí)，可以通過(guò)探索、實(shí)踐和反思逐漸形成解決問題的能力。相較于傳統(tǒng)教學(xué)模式往往過(guò)分注重知識(shí)傳授，忽視對(duì)學(xué)習(xí)者能力的培養(yǎng)，能力生成理論注重學(xué)習(xí)者在真實(shí)情境中的實(shí)踐和體驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)解決問題來(lái)促進(jìn)自身能力的發(fā)展。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者需要不斷調(diào)整和完善自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而形成更為復(fù)雜和靈活的能力體系。基于能力生成理論的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主體性和參與性，倡導(dǎo)學(xué)習(xí)者在實(shí)踐中探究、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。通過(guò)實(shí)際操作和探索，學(xué)習(xí)者可以更好地理解和應(yīng)用知識(shí)，提升解決問題的能力。因此，在無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革實(shí)踐中，以能力生成理論為指導(dǎo)，可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，促使他們?cè)趯?shí)踐中不斷提升相關(guān)能力。

3基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革的意義

基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革的意義主要體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1能夠更好地適應(yīng)無(wú)人機(jī)行業(yè)的發(fā)展需求

傳統(tǒng)教學(xué)模式往往以課程為單位，內(nèi)容繁雜，難以及時(shí)調(diào)整。模塊化教學(xué)則能夠根據(jù)崗位需求，將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行模塊劃分、靈活組合，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，使其更好地適應(yīng)崗位發(fā)展需求。

3.2能夠提升教學(xué)效果

模塊化教學(xué)將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，有利于學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)，避免了傳統(tǒng)教學(xué)中內(nèi)容冗雜、重復(fù)的問題[3]。同時(shí)，模塊化教學(xué)還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高其學(xué)習(xí)效率。通過(guò)實(shí)踐操作，學(xué)生能夠更快地掌握技能，更好地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，從而提升教學(xué)效果。

3.3能夠促進(jìn)教師的教學(xué)能力提升

模塊化教學(xué)要求教師深入理解知識(shí)點(diǎn)，具備較高的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)技能。教師需要根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)和需求靈活調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。通過(guò)模塊化教學(xué)的實(shí)踐，教師能夠不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升教學(xué)水平，為學(xué)生提供更好的教學(xué)服務(wù)。

4基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革思路

能力生成理論認(rèn)為教育的目的不只是傳授知識(shí)，更應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，使其具備解決實(shí)際問題的能力和素養(yǎng)[4]。在無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革實(shí)踐中，能力生成理論的應(yīng)用可以幫助學(xué)生更好地掌握無(wú)人機(jī)相關(guān)知識(shí)和技能，培養(yǎng)他們的綜合實(shí)踐能力。首先，基礎(chǔ)操作能力生成是能力生成教學(xué)理念的重要組成部分。在無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)中，學(xué)生需要通過(guò)實(shí)際操作掌握無(wú)人機(jī)的飛行原理、控制技術(shù)和應(yīng)用方法。采用模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)，可以將無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)操作技能分解成不同模塊，讓學(xué)生逐步學(xué)習(xí)、練習(xí)和掌握每一個(gè)技能點(diǎn)，從而提高操作技能水平。例如，采用模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)，可以將無(wú)人機(jī)的起飛、降落、懸停等技能分解成不同模塊，讓學(xué)生逐步學(xué)習(xí)和練習(xí)，最終達(dá)到熟練掌握的水平。其次，綜合運(yùn)用能力生成也是能力生成教學(xué)理念的重要組成部分。在無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)中，除了要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)操作技能外，還需要培養(yǎng)他們運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。采用模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)，可以將無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景和案例引入教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能分析、判斷和解決實(shí)際問題，從而提高他們的綜合運(yùn)用能力。例如，可以設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)在應(yīng)急救援、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)植保等場(chǎng)景下的案例，讓學(xué)生通過(guò)模塊化的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，掌握無(wú)人機(jī)在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用方法和技巧，培養(yǎng)他們?cè)趯?shí)際工作中靈活運(yùn)用無(wú)人機(jī)的能力。

基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革可以通過(guò)模塊化的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐活動(dòng)提高學(xué)生的操作技能水平和綜合運(yùn)用能力[5，使他們更好地適應(yīng)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展需求，為其未來(lái)的職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

5基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革實(shí)踐

5.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

在基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)教學(xué)模塊化設(shè)計(jì)中，通過(guò)學(xué)情分析，筆者將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分割和重組，構(gòu)建了 1+1+X 模塊化課程內(nèi)容體系。 ¹⁺¹ 是共同化教學(xué)模塊，由基礎(chǔ)理論模塊和基礎(chǔ)技能模塊組成?；A(chǔ)理論模塊包括飛行器結(jié)構(gòu)、飛行原理、無(wú)人機(jī)相關(guān)法規(guī)、氣象對(duì)無(wú)人機(jī)的影響等基礎(chǔ)知識(shí)，旨在為學(xué)生奠定扎實(shí)的無(wú)人機(jī)知識(shí)基礎(chǔ)，為他們后續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐提供必要的理論支持?；A(chǔ)技能模塊涵蓋無(wú)人機(jī)操控技能、攝影攝像技術(shù)、航線規(guī)劃等實(shí)踐技能，通過(guò)此模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握無(wú)人機(jī)的基本操作技能，提升實(shí)際操作能力，為未來(lái)的應(yīng)用實(shí)踐作好準(zhǔn)備。X是差異化教學(xué)模塊，由機(jī)型特性模塊和作戰(zhàn)運(yùn)用模塊組成。機(jī)型特性模塊，筆者所在學(xué)校會(huì)使用六種無(wú)人機(jī)來(lái)完成不同的教學(xué)任務(wù)，針對(duì)不同的無(wú)人機(jī)機(jī)型設(shè)置不同的專項(xiàng)模塊，如定制載荷安裝調(diào)試、機(jī)型參數(shù)設(shè)置、特殊功能運(yùn)用等，每個(gè)專項(xiàng)模塊都圍繞特定機(jī)型展開，結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)和技能，幫助學(xué)生深入了解不同無(wú)人機(jī)的具體應(yīng)用方式，培養(yǎng)他們的無(wú)人機(jī)操控能力。作戰(zhàn)運(yùn)用模塊，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)置相關(guān)模塊，如無(wú)人機(jī)按航線自主飛行、精確拋投、穿越機(jī)繞障礙飛行等，這些模塊旨在培養(yǎng)學(xué)生各種機(jī)型的綜合運(yùn)用能力，提高他們的專業(yè)水平。基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革如圖1所示。

通過(guò) 模塊的劃分，無(wú)人機(jī)教學(xué)可以更加貼近崗位需求和學(xué)生發(fā)展要求，從而有效解決無(wú)人機(jī)人才培養(yǎng)類型單一和質(zhì)量不高等問題，推動(dòng)無(wú)人機(jī)教學(xué)向更加專業(yè)化和實(shí)用化的方向發(fā)展。

5.2教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

筆者將教學(xué)內(nèi)容依據(jù)不同模塊分為若干個(gè)小課目，每個(gè)課目都設(shè)置過(guò)關(guān)式考核，學(xué)生需要通過(guò)考核才能進(jìn)入下一訓(xùn)練課目的學(xué)習(xí)。為了讓學(xué)生有更多的實(shí)際操作機(jī)會(huì)，采取小班化教學(xué)，每個(gè)學(xué)習(xí)小組配備一名專職指導(dǎo)教師。這樣的設(shè)計(jì)有助于確保學(xué)生在每個(gè)環(huán)節(jié)都掌握必要的技能和知識(shí)，為他們順利完成整個(gè)教學(xué)過(guò)程奠定基礎(chǔ)。

教師根據(jù)每個(gè)小課目的內(nèi)容和要求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)和學(xué)習(xí)任務(wù)。每個(gè)小課目都有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求，學(xué)生需要按照既定的學(xué)習(xí)路徑和步驟進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐。同時(shí)，教師會(huì)提供相應(yīng)的教學(xué)資源和支持，如在校園網(wǎng)上線以固定任務(wù)為牽引的微課，幫助學(xué)生順利完成每個(gè)小課目的學(xué)習(xí)任務(wù)。

教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。除了傳授基礎(chǔ)知識(shí)和技能，還要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作和項(xiàng)目實(shí)踐，讓他們?cè)趯?shí)踐中不斷提升解決問題的能力。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠更好地掌握無(wú)人機(jī)相關(guān)技能，提升綜合運(yùn)用能力。

5.3 評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)

評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)是教學(xué)改革實(shí)踐中重要的一環(huán)。在本課程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)評(píng)價(jià)體系，旨在全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力提升情況。

1）確定評(píng)價(jià)體系的核心指標(biāo)，包括知識(shí)掌握程度、實(shí)際操作能力、問題解決能力、團(tuán)隊(duì)合作精神等。這些指標(biāo)涵蓋無(wú)人機(jī)相關(guān)知識(shí)和技能的各個(gè)方面，能夠全面反映學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)。

2）采用多元化評(píng)價(jià)方式，包括隨堂小測(cè)驗(yàn)、作業(yè)考核、項(xiàng)目展示、實(shí)際操作考核等。通過(guò)這些不同形式的評(píng)價(jià)，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估學(xué)生在不同環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況和能力發(fā)展情況，避免了單一評(píng)價(jià)方式的局限性。

3）引入同行評(píng)價(jià)和自評(píng)互評(píng)機(jī)制，鼓勵(lì)學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)、相互促進(jìn)，培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和批判思維能力。學(xué)生在小組訓(xùn)練中通過(guò)相互評(píng)價(jià)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并改進(jìn)，提高整體學(xué)習(xí)效果。

4）注重定期反饋和評(píng)估調(diào)整。在課程實(shí)施過(guò)程中，教師定期對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)，根據(jù)學(xué)生的反饋意見和建議不斷改進(jìn)評(píng)價(jià)體系，使其更加科學(xué)、合理，更好地促進(jìn)學(xué)生的綜合能力提升。

通過(guò)建立全面、多元化的評(píng)價(jià)體系，教師能夠更好地評(píng)估學(xué)生在無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)中的學(xué)習(xí)效果和能力提升情況，為教學(xué)改革實(shí)踐提供有力支持。

6基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革實(shí)踐成果

6.1學(xué)生能力提升情況

在基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革實(shí)踐中，筆者對(duì)學(xué)生的能力提升情況進(jìn)行了全面的評(píng)估和分析。結(jié)果顯示，學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平、實(shí)踐能力和綜合能力都得到顯著提升。

在專業(yè)知識(shí)水平方面，學(xué)生在參與模塊化教學(xué)后，對(duì)無(wú)人機(jī)相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)有了更加深入的理解和掌握。他們?cè)谡n程中接觸了更多實(shí)踐案例和應(yīng)用場(chǎng)景，提升了知識(shí)運(yùn)用能力和創(chuàng)新思維能力。在實(shí)踐能力方面，學(xué)生在課程中通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置，有機(jī)會(huì)進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景的模擬操作和問題解決。他們?cè)趫F(tuán)隊(duì)合作中學(xué)會(huì)了有效溝通、協(xié)作，提高了解決問題的能力和應(yīng)變能力。在綜合能力方面，學(xué)生在實(shí)踐中得到了全面提升，不僅在技術(shù)方面有所突破，在領(lǐng)導(dǎo)力、創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面也得到了鍛煉和提升。他們變得更加自信、勇于嘗試和創(chuàng)新，具備了更強(qiáng)的綜合素質(zhì)。

6.2課程教學(xué)效果評(píng)估

運(yùn)用多種評(píng)價(jià)方法對(duì)課程教學(xué)效果進(jìn)行全面評(píng)估。1）采用定量評(píng)價(jià)方法，通過(guò)考試成績(jī)、作業(yè)完成情況、實(shí)訓(xùn)表現(xiàn)等數(shù)據(jù)來(lái)客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和能力提升情況。2）采用定性評(píng)價(jià)方法，包括學(xué)生的自我評(píng)價(jià)、同學(xué)互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等，全方位、多角度地評(píng)估學(xué)生在課程教學(xué)中的表現(xiàn)和獲得的能力。

通過(guò)課程教學(xué)效果評(píng)估，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在參與模塊化教學(xué)改革實(shí)踐后，整體學(xué)習(xí)能力得到顯著提升，不僅在專業(yè)知識(shí)方面取得了更好的成績(jī)，還在實(shí)踐操作能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、問題解決能力等方面有了明顯進(jìn)步。特別是在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的實(shí)際操作能力和應(yīng)用能力方面，學(xué)生表現(xiàn)出色，具備了更強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

此外，課程教學(xué)效果評(píng)估還反映出學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中具備了自主學(xué)習(xí)和自我管理能力，形成了解決實(shí)際問題的能力和意識(shí)。他們能夠獨(dú)立思考、分析問題、提出解決方案，并能夠有效地將所學(xué)知識(shí)和能力運(yùn)用到實(shí)際工作中，取得良好的實(shí)踐效果。

7結(jié)束語(yǔ)

基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革取得了顯著成效，學(xué)生在能力生成、知識(shí)運(yùn)用和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面都得到了有效提升，教學(xué)效果顯著。但筆者也意識(shí)到，基于能力生成理論的無(wú)人機(jī)模塊化教學(xué)改革仍存在一些問題和改進(jìn)空間，需要進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)和資源整合，提高教學(xué)效果。

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