項目教學法在無人機維修課程教學中的應用

王雨峰 馮園

摘 要：無人機維修是無人機應用技術專業的核心課程，涉及零部件更換、結構優化、電路檢修、飛控調試等內容，它是保障飛行安全、降低經濟損失的必備技能。本文分析了無人機維修的市場潛力，介紹了無人機系統及維修特點，并結合市場需求尋找典型項目案例，以項目教學法改革為依托，開展科學合理的教學設計。實踐證明，項目教學法能夠有效突破無人機維修課程理論知識枯燥、缺少實踐內容的困境，創設良好的項目情景，可切實提高學生的學習熱情，培養學生獨立思考和解決問題的能力，達到學以致用的目的。

關鍵詞：項目教學法 無人機維修 教學應用 典型案例

一、研究背景

近幾年，隨著衛星定位系統的成熟、電子與無線電控制技術的改進、多旋翼無人機的出現，無人機行業進入高速發展階段，無人機技術在軍民兩大領域得到了廣泛應用，推動無人機駕駛員和無人機裝調檢修工兩個新職業不斷發展。民用無人機市場規模迅速擴大，比例超過80%，包括應用在農林、安防、電力、物流等領域的工業級無人機和用于個人航拍、影視制作、娛樂及燈光表演等領域的消費級無人機。特別是航拍類消費級無人機憑借操作簡易、上手即飛的優點，讓原本高大上的無人機迅速“飛入尋常百姓家”。由于大多數人都是新手，因沒有嚴格按照用戶手冊操作、操縱不熟練導致無人機“炸機”的情況時有發生，而大部分廠家提供售后維修服務的時間有限，且費用昂貴，無人機維修市場巨大，無人機維修師成為名副其實的“香餑餑”。

但無人機維修尚屬于新興產業，缺少專業教材及有效教學指導，因此結合市場需求，開展無人機維修課程教學，不僅有助于提升學生專業技能，更有助于促進整個無人機維修產業的發展。

二、無人機系統特點及無人機維修

無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器，由飛控、導航、電氣、動力及通信等電子部件組成，屬于精密器械。因此，任何部件的微小變化都會影響其飛行狀態及使用壽命。無人機在日常使用過程中應小心謹慎，且應定期進行維護和檢查。

（一）無人機系統特點

1.無人機使用壽命要求高

無人機屬于準單次循環系統，因為它在使用過程中無法維修，所以操作者必須保證每次使用前遵守操作規范，排查可能出現的故障，確保飛行安全，以達到長時間使用的要求。

2.無人機的使用領域特殊

無人機在空中執行任務，就必須適應復雜的空間系統。只有可靠的地面維護，才能保證其在空中有效準確地飛行。

3.無人機使用環境嚴酷

無人機需適應惡劣天氣、多變地形、特殊作業等要求，因而對人們操控水平及無人機自動控制技術均提出嚴格的要求。

（二）無人機維修

無人機維修包括維護和修理兩個部分，其中檢查、清潔等起飛前規定動作，是為了保持無人機正常運轉，即維護;而將出現“炸機”的無人機修復至規定狀態，即修理。因此，通常把無人機維修作業劃分三類，即保養、預防性維修和修復性維修。

保養，即按使用規范，定期對無人機進行清潔、檢查等，保持其固有狀態。預防性維修，即按操作規范，定期對無人機動力、圖傳、數傳等進行檢測，遵守起飛前準備工作及飛行注意事項的相關規劃要求，盡量避免其發生各類故障。修復性維修，即無人機不可避免地發生故障后，通過定位故障、分析問題、更換或維修部件、再裝后測試，讓其恢復到工作狀態。

三、將項目教學法應用于無人機維修課程教學中的必要性

項目教學法是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動，可以整合傳統教學資源，打破課程之間、專業之間的壁壘，將不同課程內容組合到一起，將教學活動設計成為學生以小組團隊共同解決具體問題的形式，從信息的收集、方案的設計、項目的實施及最終的評價均由學生自主完成，教師進行引導，以有效解決傳統學科教學存在的知識和技能的分割等問題。

無人機維修作為無人機應用技術專業的核心課程，涉及零部件更換、結構優化、電路檢修、飛控調試等內容，立足機械與電子的基礎課程、無人機結構與原理、無人機組裝與調試等前序課程，要求學生綜合運用所學知識解決具體問題，進行培養學生良好的職業素養。

把項目教學法引入無人機維修課程的教學，首先，要解決維修課程理論知識過于枯燥而實踐內容較少且難以開展的現實問題;其次，可通過行業應用分析，尋找具有代表意義的典型項目，為學生創新學習創設良好的學習情景;最終，通過項目教學法讓學生達到學以致用的目的。

四、項目教學法在無人機維修課程教學中的具體應用

為了在無人機維修課程教學中有效開展項目教學，筆者前期進行市場調研、走訪企業，同時結合日常飛行訓練以及總結無人機創新應用技能大賽等相關經驗，尋找無人機維修領域典型案例，以無人機結構組成為劃分單元，設計層層遞進的項目模塊，開展無人機維修專業理實一體化課程教學改革。

根據項目教學法實施的基本過程，把教學過程劃分為四個階段：項目主題的形成（創意產生和分析）、項目計劃的制訂（項目計劃和決策）、項目執行、項目結束（評估、反思和總結）。學生在教師指導下，以小組合作來完成具體項目，首先，針對無人機維修中的客戶需求進行分析;其次，通過信息收集，提出解決方案;最后，經討論分析，確定最優方案并實施及評價。現以無人機云臺維修中“如何獲得更好的航拍視角”的需求為例，介紹項目化教學設計。

（一）項目主題的形成

某位顧客定制一臺航拍無人機，采用兩軸云臺搭載運動相機，在飛行測試中發現槳葉或腳架經常進入運動相機的畫面中，嚴重影響了航拍效果，希望獲得更好的航拍視角。

為了獲得較好的航拍視角，從以下兩個角度分析并解決問題：一是提高相機俯仰及橫滾兩個運動范圍，可以從無人機結構、云臺結構及運動相機焦距等方面進行思考。二是運用遙控器的通道設置與微調知識，合理設置云臺運動范圍，確保在云臺有效工作范圍內，不會有槳葉或腳架進入相機畫面。

（二）項目計劃的制訂

1.項目計劃（信息收集與方案制定）

學生以小組為單位，復習無人機結構、云臺結構等知識內容，現場研究客戶提供的無人機，集思廣益形成各組的方案。

一是從無人機結構角度分析。在滿足無人機飛行性能的前提下，通過改變槳葉尺寸和腳架長度，可調節視角范圍。

二是從云臺結構角度分析。調節云臺與電池倉的位置，有以下幾種擺放位置：一種是云臺前置、電池倉后置，保持平衡;一種是云臺懸掛電池倉下方，降低相機高度，提高俯仰視角;還有一種是在保持無人機平衡的前提下，調整云臺本身結構，由相機內置改成前置，提高相機視角。

三是從相機焦距角度分析。可以更換運動相機焦距，以調整相機視角大小。

四是云臺運動范圍限定。運用遙控器的通道設置技術，對云臺俯仰和橫滾兩個通道進行微調，限制其運動范圍，以保證在其有效工作范圍內無槳葉或腳架進入畫面。

2.項目決策（確定執行方案）

學生在教師引導下組織小組討論，從多個角度提出改進方案，最終形成兩套改進方案。

方案一：整體采用云臺前置、電池倉后置的組合方式，調整云臺本身結構，讓相機前置，適當縮短無人機腳架，即在保持無人機整體平衡與穩定的基礎上，盡可能讓相機位置前移，以獲取更好的視角。

方案二：整體采用云臺懸掛電池倉下方的組合方式，調整云臺本身結構，并縮短腳架，即在保持整體平衡基礎上，讓相機位置向前下方移動，以獲得良好的視角。

（三）項目執行

為了驗證兩套方案的改進效果，教師規定腳架縮短長度相同，組織學生按方案執行項目。學生在實際改進過程中，學習無人機拆裝、結構平衡計算、遙控器微調等知識與技術，最終通過云臺有效范圍進行綜合比較。在橫滾范圍上，初始值為+24/-20，方案一為+43/-35，方案二為+30/-25，因在方案一中相機更加前置，可獲得更大橫滾范圍;在俯仰范圍上，初始值為+26/-20，方案一為+56/-25，方案二為+34/-38，其中方案一獲得更大向下傾斜的角度，方案二獲得更大向上傾斜的角度，在總的俯仰范圍上，方案一比方案二略大。綜合兩個方案的特點可知，方案一和方案二相比初始無人機云臺范圍均有了明顯擴展。

（四）項目結束（評估、反思、總結）

學生總結方案執行過程與結果，結合無人機航拍特點及需求，綜合考慮更傾向于方案一。在整個項目執行過程中，學生經歷了分析、思考、設計到實施的完整過程，通過分享項目實施過程中遇到的困難、解決方案等，學生學會項目化思維模式，開展相互點評。教師從項目管理、團隊分工協作、項目執行過程等角度，綜合評價各組表現。

基于項目教學法的教學改革，更強調學生的自主學習與主動參與。由簡單到復雜，從嘗試到實踐，逐漸調動學生的主動性和積極性，激發學生的學習積極性，讓學生成為“主角”;而教師則發揮引導、答疑解惑的作用，重點培養學生的創新能力。

五、小結

項目教學法在無人機維修課程教學中的應用，有效推動了學校無人機應用技術專業的教學改革與創新，不僅打破了理論課程的局限性，克服了知識與技能分割的問題，而且緊貼市場需求，立足典型項目案例，使實踐內容更加豐富，有利于充分調動學生的學習積極性，讓學生真正想學、會學、學好無人機維修技能。同時培養學生優秀的職業素養，使之成為市場緊缺的高技能無人機維修師。

參考文獻：

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[2]徐朔.項目教學法的內涵、教育追求和教學特征[J].職業技術教育，2008（29）.

[3]王雨峰，馮園.3D打印在無人機維修專業教學中的應用[J].職業，2018（33）.

（作者單位：王雨峰，江蘇省交通技師學院;馮園，鎮江第一外國語學校）