中等職業學校無人機課程教學策略與實踐

[摘 要] 近年，無人機行業發展迅猛，合格的無人機駕駛員卻很難尋覓。為了把握先機，杭州市電子信息職業學校應用電子技術專業利用已有軟硬件資源，根據無人機駕駛員培訓課程和本專業的現狀，有針對性地進行課程教學研究和探索。通過一學年的無人機操控選修課的教學實踐，初步探索出一條較為適合無人機操控課程教學的有效策略。

[關 鍵 詞] 無人機操控；教學實踐；教學策略

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）11-0085-03

一、緣起

無人機及其應用是當代高新技術系統集成的產物，涉及的技術領域十分廣泛。隨著科學技術的發展，世界各國都在大力發展無人機事業。在民用領域，無人機用途廣泛：它既可以應用于搶險救災、航測航攝、國土資源管理、生態環境保護、城鎮規劃與市政管理、土地利用調查、水資源開發等領域，也可用于電力線路巡線、高速公路巡查、移動基站監控、林業部門防火、農業部門測產、病蟲害監測與防治等作業。由于無人機具有運行成本低、無人員傷亡風險、機動性能好、可進行超視距飛行、使用方便、安全高效等特點，越來越多的行業、部門和單位正在用無人機取代傳統的工作方式。

我國的無人機事業雖然起步較晚，但進入21世紀以來，隨著我國國民經濟的快速崛起，無人機事業也獲得了快速發展。當前，制約我國無人機事業發展的“瓶頸”是“有機無人”，而國內系統培養無人機駕駛員的學校幾乎是空白。因此，無人機駕駛員在未來幾年甚至幾十年將會成為非常緊缺的職業，就業形勢大好。

二、中職學校無人機課程現狀分析

（一）現有專業課程社會影響力不足、招生困難、生源質量低

我?，F有應用電子技術專業課程包括《電子元器件與電路基礎》《電子產品裝備與調試》《電子基本電路安裝與測試》《protel2004項目實訓及應用》《電子技術綜合應用》五個系統大類，涵蓋了本專業中職學生所需掌握的所有專業理論和技能實訓，但是從社會需求角度而言，無法跟上日新月異的科技發展速度，也無法直接對接就業崗位，導致本專業招生日漸困難，生源質量逐漸下降，嚴重阻礙了專業的持續、健康發展。

（二）傳統專業理論課實用性低，影響學生的學習興趣

應用電子技術專業傳統理論課程包括了電工基礎、模擬電路、數字電路三部分主要內容，無論是哪部分內容，職校學生理解起來都較為困難。久之，導致部分學生對專業理論和技能學習產生排斥和心理抵觸。同時，由于對本專業的職業前景模糊，許多學生都會問：“學這個以后能做什么？”在快速的信息更新中，學習興趣逐漸降低。通過對近100位畢業生的跟蹤調查發現，只有不足20%的學生正在從事與電子相關專業的工作。因此，理論課學習只是單純的成了考試工具，實用性不足。

（三）無人機操控在本省屬于新興項目，教學方式需要不斷打磨

無人機民用發展的速度幾乎是爆炸式的，行業應用也呈幾何階上升。但相關的無人機培訓課程卻寥寥無幾。通過對某無人機品牌銷售情況的調研發現，個人愛好者和企業對無人機的認識和需求正在釋放，杭州市場單個經銷商每月要銷售各類無人機100架以上。大批的無人機在普通人手上，卻幾乎沒有人經過

系統培訓或者擁有國家認證的無人機執照。

經過對本省各大專院校的初步調查發現，現階段，只有極少數學校有相關的研究項目，并且研究方向主要是無人機的設計和研發。這既是困難也是機遇。困難顯而易見，大家都沒有任何支持，需要自己探索并建立一套適合中職學生學情的課程教學體系。機遇不言而喻，只要擁有健康的發展模式，專業的建設和成長都會擁有一個優勢依托。

（四）現有資源比較完善，已經初步建立高校合作模式

本校近年發展的“云”實訓平臺，對現有的課堂教學有明顯的促進作用，不僅讓現有實訓課提升了檔次，更方便了教師課堂教學工作的開展。與此同時，本專業各專業理論和實訓課程已經比較成熟，專業教師技能強，經過簡單培訓即可勝任無人機課程的相關教學任務，所以，從硬件和軟件上而言，本專業都已經具有開設無人機課程的能力。

經過一學期的課堂實踐以后，本專業已經與南京理工大學建立起相關合作關系。依托高校已有資源，不僅可以幫助我校無人機專業的學生在校內學到“硬”知識，更能直接參與社會相關工作，獲取在校內無法獲得的“軟”知識。同時，學校在合作過程中，可以在本省以及周邊省市建立企業聯系，為后續的專業建設以及獲取國家認證考點資質打下基礎。

三、課程教學探索與實踐

在歷經一年的四旋翼無人機選修課教學過程中，通過把握我校學生的特點以及處理課堂操作過程中產生的各種硬件和操控問題，為課程下階段的開展探索了一些經驗，總結出了以下幾點作為課程實施的參考，以求提高課程實效性。

（一）無人機概論的理論教學

根據我校學生的實際情況以及專業的特點，無人機概論的教學要從結構認識、安全操作、法律法規三方面著手，通過多媒體和“云”平臺輔助，以大量圖片和視頻結合理論講述的形式開展。該部分不需要學生對原理有過多掌握，只需理解和了解即可，保證將來的實踐過程中有較好的理論支撐，并且可以合理、合法使用設備。

安全操作包含設備安全、人身安全、財產安全三個方面。通過由于操作失誤引起的飛機墜落、周圍物品破壞以及做實驗的形式，讓學生切身感受三者的重要性，明白安全操作對自身和他人的意義所在。

在熟知安全操作的重要性以后，可以在后續課程或德育課中安排有針對性的法律法規的學習。雖然，現在世界上只有少數幾個國家對無人機相關操作進行了立法，但是可以通過一些安全保衛的視頻和國家安全的視頻，引導學生重視法律法規的學習。這是本課程中不可或缺的一個體系，需要得到重視。

（二）利用軟件模擬飛行

1.學會遙控器使用

遙控器是無人機操作的核心部件，是整個系統的大腦?，F有市場上使用的無人機遙控器，基本結構大體一致，操作方式也基本類似，因此雖然存在不同廠家以及不同外觀的遙控器，但對于操控人員而言，只要學會一種操作方式，其他操作方式也比較容易掌握。該環節是使用實際遙控器，結合軟件，進行模擬訓練，力求學生學會使用該遙控器。在訓練時，力爭讓學生明白主要控制桿的操作，熟悉遙控器的性能。

常用的四旋翼無人機遙控器，采用的是“日本手”操作，即左手是控制方向，右手是控制油門。缺點是操作比較復雜，不夠智能，無法連接視頻顯示器，因此實際使用距離被限制在人眼可識別范圍內。但由于操作方式大體相同，作為訓練是較好的。另一種操作方式稱為“美國手”，即左手控制油門，右手控制方向。現在行業用無人機遙控器，基本可以做到兩種操作模式相互切換，用戶可以自主選擇。學生在學會其中一種操作方式后，可以根據工作崗位需要，在很短時間內掌握其他種類遙控器的使用。因此，在無人機課程實施中，建議使用該款遙控器，結合模擬器，進行無人機的基本操控訓練。

2.模擬器合理使用

模擬器已經有一套比較成熟的軟件可以使用，只要在電腦上接入上文所述的同款遙控器即可。因此具有安裝方便、使用簡單、仿真度高等優點。并且通過模擬器的使用，可以大大降低硬件的損耗，提高上課的效率。在高校教師的指導下，以及近期對模擬器的使用后發現，若要讓初學者成為一個比較合格的無人機駕駛員，在模擬器上需要的練習時間必須每周要保證2～4課時，持續一學期至一學年，中間時間根據學生掌握情況可調整。這是一個比較枯燥的過程，但又是磨煉學生耐心的階段，因為一個優秀的無人機駕駛員必須具有良好的心理素質和過硬的技術，才能應對各種突發情況。

（三）微型無人機的熟練操作

該環節可以在模擬器試飛超過25%時間后穿插進行。此時學生已經基本具備操控能力，硬件損壞的可能性大大降低，同時，微型四旋翼無人機體積小，重量輕，破壞力有限，可以保證人身和財產安全。如此穿插教學的目的，首先是為了減輕學生對理論學習和模擬器訓練的厭倦感和疲勞感，其次也是為了讓他們感受真實無人機的操控感。穿插教學的時間可以根據學生在模擬器訓練的整體進度逐漸提高，最終在經過模擬器考核后，完全使用微型四旋翼無人機進行訓練。但由于各類商業用無人機的通病——電池續航問題的影響，教師在進行課堂教學前，務必讓學生至少充滿四塊電池，才能保證兩節課的教學任務。

（四）設備維護及故障排除

操控只是無人機駕駛員最基本的技能，若能正確判斷飛機故障，并及時解決，才是熟練的保證。在教學實踐過程中發現，幾乎所有學生在多次發生故障后都無法自行解決問題，需要教師幫助解決，尤其是硬件的損壞問題，甚至有學生對直流電機的正負極性也不會分辨，多次焊接才能解決，導致焊點脫落或者電機損壞。因此在課堂中教師和學生都損失了大量時間用于維修和排故，課堂效率偏低。

在高一下學期以及高二上學期，結合我校已有的《電子產品裝備與調試》課以及中級工考核制度，讓學生首先維修有故障的微型四旋翼無人機，接下去有條件可以直接在已有的印刷電路板上焊接與調試，把整個系統的構成和基本原理通過自己的制作來熟悉。同時，可以聘請廠家的工程師或者以培訓的形式，輔導學生拆解和安裝大型航拍無人機，最終學會對各類多旋翼無人機的設備維護和排故。

（五）實用型航拍無人機的操作

實踐后發現，若前期的訓練扎實、飛行時間充足，或者學生具有較好航模操控技能，該類飛機的操控由于技術的創新和提高，實際的操控感覺反而優于小型無人機，安全系數更高。故此模塊可以在高二實施。在設備允許的情況下，讓學生逐步過渡到實用型航拍飛機的操作，但此過程必須保證上述所有課程都已經進行到位，并有合適的場地才允許實施，若場地空間太小而設備過多，容易導致學生操控時出現撞機等安全事故的發生。

在完成一定時間的飛行后，根據國家相關部門制定的考試范圍和流程，對學生進行模擬考核，優秀學生可以根據自愿原則參加無人機駕駛員考試。

四、中職無人機課程教學策略和方法

（一）合理利用信息技術，整合網絡資源

信息技術的發展，促使學校的教學方法與手段不斷創新，教會學生利用網絡和其他手段有效、合法、安全、便捷地獲取所需信息，是無人機課程建設的關鍵。現在國內很多網絡視頻節目有相關內容播出，從無人機的發展、操作、維護、設計直至各種無人機質量的評測等，都可以在網絡上搜索到。對于懷著較大興趣的學生而言，自學也是提升自己技能的重要一步，而信息搜索的便利恰恰給了這些學生機會。但由于網絡比較開放，各類信息也是參差不齊，其中涉及國家機密以及人身安全的問題就需要教師在上課時進行有效引導，避免各類違法以及危險事故的發生。因此，在高一時可以有針對性地開設信息課，結合日常的德育引導，讓學生有意識地篩選相關信息，并且根據自己的所需整合網絡資源，科學、合法地提高自身技能水平。

（二）有針對性穿插理論教學，保證升學通道通暢

一些職校學生是因為初中理論知識匱乏，不愿意學習理論而選擇進入職校學習。無人機是一門具有相當技術含量的科技項目。要讓學生真正學會無人機的操作，不僅要懂得如何“動”，更要明白如何“護”。對于機器結構和原理諳熟于心的人，飛機就如同自己身體部件一樣，操作自如。可以采取的方法有很多，經過實踐，最有效的方式就是問題探究。讓學生在操作的過程中根據實際問題去尋找原理。在每周的課堂中務必安排一次模擬器飛行和微型無人機飛行，在體驗過程中出現的問題，學生都愿意自己或者團隊合作去解決。在一周或者兩周時間內，把理論課教學穿插其中。如，飛機的發光二極管不亮，可以把元器件課程中的半導體和二極管相關內容放進來。而每學期的考核方式可以模仿汽車駕駛執照的考核方式，先理論、后模擬、再上機，把學分轉換成每學期一定分值的犯錯扣分，扣完后必須重新參加理論學習才允許再次操控飛機。

（三）利用微型四旋翼無人機作為訓練機型，熟練操作

各個國家和地區有著不同的氣候、地理環境和法律，合格的飛控手應具有優良的操控技能及良好的應變能力，才能處理各類突發情況，保證人身和設備的安全。由于大中型無人機的起飛重量大，電機轉速高，因此在周圍客觀環境因素影響下，具有一定的危險性和不可控性。而微型四旋翼無人機具有操作便捷、靈活、安全、成本低等優點，比較容易上手，且基本操作方法與大中型行業用多旋翼無人機方法類似。因此在高中階段，除了模擬器訓練以外，主要是以微型四旋翼無人機作為訓練機型，完成至少每人100小時以上的訓練時間。這樣，不僅可以保證學生擁有良好的操作熟練度，更可以在訓練過程中發現問題、解決問題，熟悉無人機的原理和結構，在日后工作中，熟練應對各種突發情況。對于學校而言，在控制使用成本的同時，也可保證學生的在校安全。

（四）“送出去、請進來”，提高有效性、科學性

職業學校的任務是為社會和企業輸送專業相關的實用型人才，在提倡“工匠精神”的當代，如何培養可以和行業無縫對接的人才成為一個專業健康、持續發展的關鍵。

對于一個剛起步的專業方向，為了更好地適應社會所需，就需要與一些有資質、有經驗的企業和院校深度合作，避免走彎路，也可以獲得一線的技術支持和教學方法指導。與此同時，應積極建立學生畢業實習的網絡，通過訂單式培養或“以訓養訓”的方式，為學生鋪設好就業之路。無人機操控的培訓市場前景不可估量，直接可以解決我校學生的就業問題，并可以長期穩定輸出。同時，在省內具有知名度以后，學生也可以為有需要的企業提供項目服務和支持。

通過此模式，可以有效提高教學成效，也能科學解決職業學校學生的就業問題。

（五）結合運動學理念，科學訓練

從大方向上說無人機操控屬于航模運動的一種，因此培訓的方式與運動訓練相似。區別在于，運動追求的是更快、更高、更強，而本課程的方向是培養一批具有良好心理素質、技術過硬的技術型操作人才。因此，可以在課程之外的時間，如體育課或是專門的體能訓練課中，由專業的體育教師對學生進行科學的訓練，增強學生的身體協調性和體力，保證在不同環境、不同狀態時都能維持對無人機較好的操控。

（六）考核、評價

無人機操控是一個新興的項目，沒有可以參考的課程標準和考核標準，如何科學評價和考核成為一個難題。在此，我個人認為，可以參照汽車駕駛員的考核方式，從理論學習、模擬器訓練、基本飛行能力直至綜合飛行能力這四方面展開。并且可以深入探索國家相關機構無人機駕駛員和無人機機長的考核標準和方式，制定適合中職學校學生的考核、評價方式。

五、實踐成效

經過一學年的選修課實踐后發現，第二批學生由于對教學方式進行有效改進，采用上述策略實施，因此出現幾個技能較為扎實的學生。當中部分學生希望以社團的形式將課程延續，并且參與其中，對該課的興趣提升非常明顯。對于相對技能比較薄弱的學生，也能夠對基本結構和操作方法有所了解，能夠進行基本的起飛、環繞和降落。

對于教師而言，已經在自我的操控技能和教學指導上有了突飛猛進的進步，不但可以對多類無人機進行安全操控，更能快速解決課堂上出現的問題，保證課堂的教學效率。同時能夠對教學過程中出現的各類問題進行總結歸類，研究出一系列策略，給后來者打下一定基礎，為專業的健康、快速發展做好質量保障。有了此基礎后，周圍的小學生也在教師的帶領下過來學習操控技能。因此，課程有望在日后發展成熟后，以興趣班的形式，為更多的青少年帶來操控的樂趣，為社會作出一定的貢獻。

六、展望

（一）完善課程體系，讓學生畢業時拿到無人機駕駛證

無人機操控課程在我校甚至本省都屬于新興項目，需要通過長時間的實踐教學才能發現問題，找到對策。通過我校應用電子技術專業教師團隊協作及高校的指導和支持，可以完善整個中職階段的課程體系。并且通過對AOPA（中國航空器擁有者及駕駛員協會）考核流程的解讀和模擬，希望在不久的將來，每個畢業生都能獲得該機構頒發的無人機駕駛證，使學生真正成為企業所需的人才，解決職校生就業困境。

（二）打響社會知名度，爭取獲得AOPA（中國航空器擁有者及駕駛員協會）授權考點

通過把優秀學生送出去的方式，不僅可以解決企業的實際需求，更能提高我校知名度。因此在課程實施中，要保證實效性和可操作性，才能保證畢業生的質量。通過調研發現，AOPA在華東地區只有上海和江蘇設置有考核點，在本省暫時還未出現，因此可以通過優秀學生的輸出和與企業的合作，爭取把AOPA考核點設置在我校。

參考文獻：

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