教學無人機在景觀設計課程教學中的應用

摘 要： 教學無人機作為有效的輔助工具，以其快速移動、空中懸停、多角度航拍等功能，在輔助現場教學、遠程互動課堂教學和構建本土數據庫中發揮積極的作用。教學無人機在協助師生獲取多維度資料，調動學生參與課堂、課外學習的主動性，提升學生應用技能等方面效果顯著，在景觀設計課堂教學準備、教學過程和教學組織中效果突出。

關鍵詞： 教學無人機 現場教學 課堂效果

現代化教學手段具有提高教學效率、改進教學的活動方式、拓展教學時間的維度等功能[1]。信息技術在教育領域的全面應用，必將促進教學內容、教學手段、教學方法和教學模式的深刻變革[2]。教學無人機是新的教學輔助手段，具有移動速度快、空中懸停性能優異、多角度航拍及在4G通信技術的支持下可以遠程共享圖像的功能，成為現場教學、野外調研、遠程監測等教學活動的最佳輔助性工具。無人機進入課堂教學必將給提高高校課堂教學效率、改進教學組織獲得方式、拓展師生互動學習方式、培養學生應用能力帶來顯著的變化。筆者結合教學無人機引入景觀設計課程的兩年經驗，對無人機影響改進課堂教學的實效進行分析。

一、教學無人機的課堂需求

教學無人機能夠有效地輔助現場教學活動，不僅能提高學生動手能力、豐富景觀教學資料庫，還能改變學生觀測角度、提升學生觀測高度、改變現場教學移動速度、到達學生難以到達的地點，為課堂教學和現場教學提供更豐富的觀測內容，打造互動課堂最佳輔助工具。

1.教學無人機的規格需求。無人機教學平臺由四旋翼直升機機體、機器人著陸機構及地面控制站三個部分構成[3]，其航拍的藝術性效果往往是地面拍攝無法實現的[4]。目前市面上無人機種類繁多，價格區間較大，大致可分為四種類型，即玩具型無人機、一般用途型無人機、專業型無人機和特種無人機，玩具型無人機在200元—2000元之間，一般用途型無人機價格在3000元—9000元之間，專業無人機需要10000元—30000元之間，特種無人機價格高昂。教學使用介于一般用途和專業用途之間，可根據教學經費選擇不同價位，選擇價位6000元-12000元的無人機基本能滿足教學需求。教學無人機使用性能要求方面，續航能力在20分鐘及以上，飛行控制范圍1000米及以上，攝影像素1200萬及以上，視頻錄制像素2K及以上，支持多機聯動、協同拍攝（即一個人控制飛行一個人控制拍照）、操控系統良好的四旋翼及以上機型即可。

2.教學無人機的課程需求。教學無人機主要使用于新聞傳媒、體育舞蹈、土木建筑、園林園藝、藝術設計和景觀設計等需要現場教學要求較高的專業。教學無人機需求領域主要包括構建本土教學數據庫、輔助現場教學和遠程互動課堂教學三個方面。首先，構建本土數據庫。構建本土教學數據庫主要是預先對教學需求對象進行拍攝及處理，成為課題教學第一手資料，為學生提供個性化教學數據，比網上收集影音圖片等具體、更生動、更符合學生情感需求，教師可以根據自己構建的數據庫，進行本土案例教學活動。其次，輔助現場教學，在現場教學組織學生移動的效率低、速度慢、視角窄，無人機可以發揮快速移動、空中懸停、多角度觀測優勢，成為現場教學得力的輔助工具，它可以將采集的動態數據實時分享給現場同學，滿足學生現場教學高效率、高質量的需求。再次，遠程互動課堂教學。教師和學生在課堂，無人機操控人員通過遠程共享設備，將現場景觀、事件、過程通過實時動態的方式傳輸到課堂屏幕上，讓學生在課堂即可遠程觀測現場情況，對景物、事件及變化過程進行動態研判分析。

3.無人機拍攝的氣象需求。雖然無人機飛行對環境適應性較強、對氣象條件要求不高，但攝像效果對氣象有移動要求，因此根據教學需求不同，對教學無人機飛行拍攝氣象要求有一定差異。首先，素材采集拍攝類對氣象要最高。素材采集型對天氣要求很高，盡可能在無風、晴朗、光線適度的情況下，對需要采集景觀進行多角度、多頻次的視頻和圖片采集，保證擁有最佳效果，為構架景觀教學素材庫建設提供最佳狀態視頻、圖片資料，但特殊景觀拍攝除外（如云海、麥浪、煙雨古街等），同時素材采集飛行拍攝還需要大量后期處理，主要在課余時間完成拍攝、后期處理，供課堂使用。其次，現場觀摩性拍攝氣象要求較低，現場觀摩性拍攝主要應用于現場教學，由于現場教學實踐固定，對氣象選擇余地小，只要能滿足無人機飛行拍攝的基本條件，即可進行飛行拍攝，但拍攝效果和最佳效果有一定差距，也能滿足現場教學需求。再次，遠程互動教學對氣象要求介于二者之間，遠程互動教學既可以傳輸實時動態數據，又可以傳輸預先拍攝影音資料。定時傳輸的預先拍攝的影音資料，在預先拍攝時，盡可能選擇最佳攝影氣象條件，需要選擇拍攝時機和條件，而實時動態數據則難以選擇氣象條件，滿足基本飛行拍攝條件即可。

二、教學無人機應用的課堂效用

對景觀設計課程而言，教學無人機不僅能激發學生學習興趣、提高學生動手能力，還能活躍課題形式、豐富教學內容和滿足教學改革需求。

1.新穎教學形式激發學生學習興趣。興趣是最好的老師，高校學生處在18歲—22歲，學習興奮程度和興趣有密切關系，對新鮮事物感興趣，將無人機引入教學課題，引起學生濃厚的興趣。首先，學生對無人機本身有濃厚的興趣，包括無人機款式、構成、基本性能均能引起興趣。其次，學生對無人機操控有極濃厚的興趣，學生希望自己有操控無人機的經驗，希望自己能更好地操控無人機，操控無人機的新奇興趣超過學生玩手機的興趣，學生都希望有較多操控無人機的機會，展示操控無人機的個人技巧。再次，學生對無人機拍攝內容十分感興趣，無人機拍攝內容生動、活潑、具體、互動性強，比網絡上搜尋的網上視頻、圖片資料更吸引人。特別是自己采集、處理的數據運用到課堂教學中，會引起學生極濃厚的學習興趣。學生更愿意分組采集景觀數據并應用于課堂教學。學生對景觀設計課程產生極濃厚的興趣，每次上課都抱有較大的期待，希望景觀設計課程有更多的驚喜。同時，學生還會形成較高的專業認同感、優越感，認為本專業比其他專業好。

2.自制教學案例提高學生動手能力。影響案例教學滿意度的因素主要是本土化案例比重偏低[5]，提升課堂滿意度需要提升本土教學案例的比率。通過教學無人機構筑本土化案例平臺，既可以提高學生的學習興趣，提高學生對教學的滿意程度，又可以讓學生參與本土數據庫建設、自制教學案例，提高學生的動手能力，進一步激發學生的學習興趣。首先，提高學生飛控、拍攝能力。在本土數據庫素材拍攝過程中，培養一批飛控技能強、拍攝能力強的學生，讓學生配合完成無人機飛控和拍攝，給學生規定任務、講清楚要求，讓學生自選素材進行拍攝，可以普遍提高學生的動手能力。其次，提高學生后期處理能力。培養一組圖片處理能力強、一組視頻處理能力強的同學，讓他們進行后期圖片處理和視頻編輯，形成效果較好、質量較高、景觀獨特的影音圖片，豐富本土景觀數據庫。再次，提高學生交互軟件操作能力。培養一組交互軟件應用能力強的同學，參與現場教學和遠程互動教學的交互軟件調適和應用之中，使之具備較強的軟件應用能力，培養學生的動手能力。

3.提高學生現場景觀規劃設計能力。學生通過對同一景觀多角度觀測，有利于更直觀、更全面、更具體地了解景觀設計。首先，有利于提高學生臨摹設計能力。通過無人機航拍，獲取景區典型案例，讓學生進行臨摹性設計，可以快速提高學生的景觀基礎設計能力，讓零美術基礎的學生迅速掌握景觀設計圖的繪制（如圖1）。其次，有利于提高景觀改進設計能力。利用無人機進行航拍快速獲取景區景觀全貌，可以通過對其園路、綠植、建筑、地形等進行系統性學習，讓學生可以直觀地了解景區設計可借鑒之處，對該景區進行改進性設計，就有了較高的起點和基礎。再次，有利于對未開發區域景觀模擬設計。如對山體類景區進行道路設計，借助無人機的空中勘察，可以十分輕松地到達人們難以達到的地方，從空中多角度勘察，能更好地進行游步道的位置、走向、沿途風景的設計。如對園林植被景觀設計時，利用無人機進行垂直俯拍，可以預判未來5年植物樹冠的直徑、覆蓋率、株植生長關系等。

三、教學無人機的課堂改變

景觀設計課程引入無人機教學，對教師課前準備提出更高的要求，教師需要提前策劃、認真準備課堂內容，才能提供動態數據，改變PPT+網絡視頻的局面，促使教師投入更多精力。

首先，教學內容讓課堂更生動活潑。在傳統PPT+視頻教學中，教師使用的材料絕大部分是網絡收集而來的二手圖片、視頻資料，在資料使用過程中存在諸多問題，學生對景觀設計課題教學興趣不夠濃厚。但無人機進入課堂教學，教師在備課過程使用大量無人機航拍的圖片、視頻，用自己的角度展示身邊景觀的品質、類型、特色等。大量一手資料使得課堂教學質量有較大提升，學生對課題教學的興趣迅速提高。

其次，改善課程準備偷工減料情況。在基礎理論課教學中，可以一個教程、一個教案、一份PPT用幾年，應用性課程教學這種做法就是偷工減料，甚至會誤人子弟。但是，目前應用性課程備課教學中教學偷懶情況還較多存在，如何改變教學偷懶情況呢？需要借助科技手段和監督機制。無人機教學資料強調本土性、動態性和實時性，即使用的材料都是身邊的景觀材料，身邊景觀的變化師生都能看得到，如果老師使用老舊一手資料就會造成課題上的尷尬。這樣就促使教師不斷更新視頻、圖片資料內容。學生作為教師備課內容更新的受益者和監督員，能夠很好地對教師案例的更新動態進行監督和反饋。同時，教學內容的實時豐富對提高學生的課題興趣、課堂參與性都有極大的幫助，能提升學生對景觀設計課堂內容的熱愛，培養學生的專業興趣。

再次，學生課堂討論向實戰化轉變。在傳統狀態下，學生翻轉課堂的討論使用的大量圖片絕大多數為網絡資料，難以表達學生對具體案例的設計思想。引入教學無人機后，學生以小組為單位，使用無人機航拍，選取感興趣的景觀資源，進行空中特寫、多角度選擇、大尺度拍攝等，學生還需對自己所拍攝圖片、視頻資料進行編輯和制作講解討論內容。用無人機拍攝一手資料，近似實戰化的課題討論，需要學生花費大量的時間，投入較多的精力才能很好地完成。因此，相對傳統的以二手資料為基礎的反轉課題的討論效果，以無人機拍攝一手資料的實戰化互動課堂討論，更能增強學生學習投入精力和情感，提高學生學習興趣和熱情。

四、教學無人機增強學生能力

普通院校學生存在主動學習意識不強、學習興趣不濃厚等問題。如何激發學生課外學習興趣成為高校教育的重要內容，教學無人機的引入，學生對景觀設計課外學習興趣得到空前的提升，學生課外學習主動顯著提高。

1.增強課外主動學習興趣。主動學習就是把學習變成人的主體性、能動性、獨立性不斷生成、張揚、發展、提升的過程[6]。景觀設計主動學習就是讓學生更愿意觀測身邊景觀，將日常生活環境和景觀設計融為一體，由于平時作業、小組討論和課堂教學內容主要采用身邊一手資料，日漸培養學生對身邊環境景觀設計的關注和興趣，學生會將校園、周邊公園、附近小景區、廣場古鎮的建筑景觀、空間位置、水體景觀、林地景觀、花卉景觀、園林路橋、道路鋪裝等納入借鑒學習和改進提升的對象，成為課堂所學、小組討論和課外作業同生活環境觀測密切結合的學習方式。如通過引導，學生會對身邊樹木的樹種特征、樹冠類型、土壤根系需求、叢植關系等進行日常判斷思考，能對不同種類喬木種植景觀價值有基本的判斷，對校園花卉擺放、園路鋪裝有基本的個人評判。將對景、借景、仰景、俯景等景觀關系對身邊設計有基本的認識。

2.增強學生團隊協作能力。隨著社會經濟的發展，要求學生除了掌握傳統的技術能力外，還應具備較強的溝通交流、團隊合作、靈活應變、信息處理等非技術能力，培養學生的工程實踐能力和團隊協作能力[7]。教學無人機的操作使用和后期處理，需要比較專業的技術和消耗大量的時間，通常需要小組成員的協同作業才能完成。如無人機航拍，一般需要一個人操控、一個人拍照、一個人進行地面拍攝，一個人做文字記錄、一個人拿行李用品等，后期需要對文字記錄與圖片匹配整理，地面圖片與航拍圖片匹配整理、航拍視頻處理，以及景觀借鑒設計、作業作品展示等，需要團隊成員配合。長期的團隊協作對培養學生團隊精神十分有利，團隊的分工能培養學生的興趣和專長。

3.有利于培養學生興趣專長。學生借助教學無人機等先進的教學設施設備，能夠培養獨特的興趣專長，有利于就業和個人發展。如具有較強的操控無人機飛行技術，將來可以朝著無人機飛控發展，在電視臺航拍、婚慶航拍、大型賽事航拍均有巨大的發展空間；如果在圖片處理、后期視頻制作方面有專長，將來就能夠在景區營銷設計、廣告行業等方面發展。

總之，教學無人機作為先進的教學輔助手段，以較低的價格、優異的性能、寬泛的使用范圍越來越受到重視，將其引入課堂教學和現場教學是未來發展趨勢。教學無人機能夠引導學生主動學習、提高課題課外學習興趣、增強專業認同感，對提高學生動手能力、培養應用型人才大有裨益。

參考文獻：

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[6]陳長飛.“主動學習”教學模式的實踐與思考[J].教育探索，2012（1）：45-47.

[7]何朝陽，歐玉芳，曹祁.美國大學翻轉課堂教學模式的啟示[J].高等工程教育研究，2014（3）：148-151.

基金項目：長江師范學院重點教改項目“多屏幕實時互動現場教學模式的探索與實踐”（編號：YZJ2017021），主持人，劉軍林。