信息化教學提升無人機操控技術的研究與探索*

余林江

臺州科技職業學院 浙江 臺州 318020

引言

近年來，無人機行業快速發展，改變了人們的生活和工作方式。比如無人機被應用于影視航拍、農業植保、電力巡檢、地理勘測等眾多領域。隨著無人機這一行業的逐步擴大，高等院校也積極對接產業，相繼增設“無人機專業”。 而無人機操控技術作為一門實踐性極強的專業，迫切需要培養高層次高水平的人才隊伍[1]。

1 無人機教學普遍現狀分析

1.1 無人機操作的高風險性無人機操控技術不同于一般的教學課程，因現階段無人機的自主控制有限，其飛行穩定性在很大程度上仍依賴于操控者的操作水平。在安排實際室外飛行訓練時，需面對較大的操控風險，如[2]：①不確定性的安全隱患；②昂貴的設備損失。

1.2 技能培養的長周期性

無人機操控屬于一種典型技能，一定的量變積累才能實現真正意義的質變。高層次和高水平技能的培養需要較長的時間積累，短短幾十學時的課堂教學，難以完成高水平操控技術的提升。

1.3 操控技術的綜合性

在實際操控無人機中，是一個需要全面性的訓練過程。學生需要從理論基礎出發，具備相關的理論知識。將操作技能、理論知識、操縱經驗等有效結合起來，才能突出操控技術的綜合性。雖然高職院校的無人機專業發展迅速，但分析了相關培訓機構和人才的培養方案后，發現高職雖取得了一定的成效，但對于當前無人機操控技術的培訓還需要進一步改革和創新。

2 通過云班課等信息化平臺，改變操控技術的基礎知識的傳授模式

《無人機操控技術》是我們學校無人機專業的重點課程，通過這塊內容的學習，使學生掌握無人機操控的核心技術。該課程以無人機應用為切入點，學習無人機安全、模擬飛行、微型無人機訓練、穿越機訓練、自動飛行訓練、無人機競賽規則等方面[3]。該課程知識點多，綜合性強，實操難度高，對于沒有實踐經驗的無人機專業學生來說，一些理論知識和操作過程接受比較慢，所以需要更多的信息化平臺去解決這樣的矛盾點和關鍵點。

云班課平臺在這樣的背景下應運而生。它可以實現我們的教學資源在線上，或者線下資源方便共享、讓師生有更好的教學互動。與此同時，學生的信息反饋能得到及時傳達。前期的分享，中間的過程精準管控等因素，從而使學生的主動性大幅提升。在課堂氛圍營造方面，通過平臺的搶答、頭腦風暴等一系列活動，整體的學習氛圍快速烘托。另外，學生平時的學習表現記錄都會記錄在云班課平臺上，教師在前期或期中可以對每位學生的數據，進行綜合分析和考量，及時調整教學計劃，促進學生的基礎理論知識和操控技術的快速提升。具體過程如。

2.1 課前

教師將無人機操控技術課程的學習資源，比如本節課程的訓練項目課件、飛行的精彩視頻、經典案例等，上傳到云班課。在活動版塊，給學生布置學習任務，通過學生的線上觀看記錄可查性和作業的提交結果，可實現保質保量地完成課前預習。考慮到個人自學和預習能力良莠不一，遇到不懂和存在有疑惑的問題，可直接在線聯系老師，進行交流答疑。老師梳理和確定課程的教學目標及重難點，合理安排教學計劃。按章節和不同項目把上傳的學習資源進行分門別類，方便學生快速搜索所需資源。

2.2 課中

上課時間是最高效的學習時間，要充分合理安排。我們改變以往的以教師為中心，轉變到以學生為主體的教學活動，是更為行之有效的發展趨勢。過程中，通過課堂交流互動、搶答問題、頭腦風暴、分配小組任務等，讓學生不斷融入其中。

2.3 課后

課堂時間畢竟有限，更多的業余時間能讓學生充分利用起來。我們通過在平臺上發布作業，設定提交截止日期，引導學生及時復習和鞏固知識。針對學習進度慢的情況，我們也會再錄制課堂的教學視頻，讓學生可反復觀看和學習。

我們的目標是，打造一個實用、高效的開放式教學平臺，實現師生之間即時的溝通和資源共享，打破了傳統師生面對面交流的時間和空間局限性，從而促進師生互動交流，提高教學質量。二是提升課堂教學效率，激發學生對課程的學習興趣，引導學生思維方式和行為方式的轉變，幫助和促進學生化“被動性學習”為“主動性學習”，轉變學生積極主動地參與學習。

3 利用線上信息化平臺建立課程思政案例庫，培養操控員的相關能力素質

無人機操控技術作為新興行業的典型代表，使得操控人員具備更高層次的綜合能力。研究表明，無人機操控員在掌握操控技術的同時，必須提高自身的能力素質。

3.1 具備安全法律意識

無人機操控過程中風險大，技術要求高，這就要求無人機操控員具備強烈的安全和法律意識，遵守當地的法律法規，拒絕“黑飛”。

3.2 具有提出問題、分析問題、解決問題的能力

要掌握一定的無人機技術、系統與結構技術，以便在從事無人機飛行工作中，形成良好的分析問題與解決問題的能力。

3.3 具有一定的科學思維方式和判斷分析問題的能力

正常作業過程中，各種突發情況時有發生。良好的心理素質、敏銳的判斷能力和及時的應急處置能力，都能有助于讓我們在短時間內把風險和損失降到最低。

3.4 具有良好的職業道德素質

通過收集并整理《無人機操控技術》課程的思政資源庫，多方位多渠道的分享資源，從而使操控員在平常的耳濡目染作用下，培養自身的能力素質、職業道德素質[4]。在案例資源庫的建設中，以無人機主鏈條為引領，建設了“基礎知識、模擬訓練、飛行訓練三大領域，包含線上、線下、混合、社會實踐等課程資源”的案例庫。實現操控技術訓練中包含思政要求、理論內容中體現課程思政、學習考核評價中含有課程思政，構建了無人機操控技術課程的“大思政”育人格局。

例如素材1：電視報道江蘇南京首個5G無人機基地介紹的視頻。

簡介：江蘇南京無人機基地，是由南京航空航天大學、浦口區政府共同籌建、運營，是江蘇省內第一家獲批的試飛基地，也是全國首個擁有5G組網的無人機基地。同時滿足中大型工業級無人機和小型消費級無人機的飛行需要，拓展了無人機遠程監控、多機網聯、高度低時延的數據傳遞場景應用。

案例與專業結合：同學們作為無人機的操控者，一般控制在視距范圍內。如果超遠距離飛行，可能會導致無人機的信號中斷，失去控制，甚至墜毀。因為大家所知道的，傳統的遙控通信距離非常有限，通常只能控制在300~500m的視距范圍以內。而通過5G技術的不斷革新，所擁有的高帶寬、低延時、遠距離、高安全，解決了通信鏈路上的距離瓶頸，解鎖了更多的應用場景，滿足更多的用戶需求。這個案例讓同學們增加眼界，明白科技的發展現狀，以及對操控技術的信號知識有更多的認識，從而讓學生明白需要跳出狹隘的發展眼光，去挑戰更高的操控技術，去助力完成更高難度的應用場景。

4 應用模擬飛行系統，讓訓練有效便捷

無人機是比較貴重，而且有一定危險性的設備，如果讓學生一下子就馬上開真實的無人機，很容易造成設備損壞，操控不當甚至會威脅人身安全。因此我們首先讓學生利用模擬訓練系統這樣的信息化平臺先進行訓練。模擬飛行的優勢[5]：①所使用的器材是普通的計算機及模擬器，降低了無人機的炸機頻率，具有良好的經濟性。②在基礎訓練方面，無人機模擬飛行與無人機真實飛行具有融通性。③高度仿真及互動性強，使模擬飛行具有實用性和應用性。④時間上靈活，不受設備、天氣、場地和管理上的限制，在家里也可以練習。⑤沒有電量限制，可以長時間進行練習。⑥通過規范的無人機模擬飛行，可以非常快地適應無人機真實飛行培訓。

這種方式，可以有效利用學生課外的時間碎片，實現“平時練，課上糾”，解決無人機操控技能訓練的長周期性問題。課程中選用的是以市場上常用的鳳凰模擬器，或Reflex XTR為例作為訓練平臺。

訓練內容1：懸停：要求學生在不同的風力環境下，保持無人機的懸停狀態。先做到對尾的懸停，然后做側方向和對頭的懸停。內容2：八字飛行技能的訓練。航線是由若干個點組成的，在上一個任務的懸停基本功練習扎實的前提條件下，可以把若干個點的懸停慢慢連貫起來，形成慢速的各種航線。

通過模擬飛行系統的高效訓練，達成2個主要目標：①掌握遙控器操控桿的使用方法，并能熟練運用遙控器控制無人機飛行；②訓練學生的方向感，特別是對頭懸停時，方向感顯得尤為重要，如果沒掌握好很容易出現無人機向自己沖過來的情況。只有在模擬器中達到一定操控水平才能使用真機，這個也是安全的基本保障。

5 結合RTK信息化平臺，實現場外飛行的精準定位

滿足模擬器系統不斷重復訓練時長達標后，再對學生進行項目化考核，達標的學生可安排實際操控飛行訓練。實操訓練是對操控技術的綜合素質考核最有效和直接的方式。不單單是操控飛行，也包括前期準備動作、任務規劃的執行、操控無人機的過程、事后設備的檢查與維護等一系列完整流程。我們發現，實飛訓練時學員因緊張、目視角度不正確等因素常常會有一些無意識的、習慣性錯誤操作，而不能正常的進行操控，讓無人機偏離預定的軌道。糾治不正確動作的難點是學員看不到自己的操作過程，感受不到因這些動作所導致的問題。錯誤動作不糾治，實飛訓練會成為簡單重復的枯燥過程，浪費有限的寶貴訓練時間。

針對這個問題，我們利用基于RTK精準定位，以電子樁的方式，在手機App或電腦上實現飛行軌跡的可記錄可追溯。這樣，訓練時的各參數和飛行偏差能得到及時的發現和糾正。作為一套及時有效的復盤系統，它可以將飛行時的飛機姿態畫面和飛機的電子定位數據相比較，實現訓練過程的復盤，就可以一目了然地發現錯誤打舵和其導致的飛行偏差問題，便于學員切實發現自己的問題并做針對性改正，有效提升訓練的針對性。此外，這些飛行資料也可作為教學總結和優化教學設計的重要依據，成為下一批同學學習和參考的素材。

6 結束語

通過研究和探索基于信息化平臺的教學模式，合理設計教學過程，設置適當的訓練項目，有效的破解無人機操控技術的教學難點，切實提高教學質量。作為一種新興專業課程，無人機操控教學方法需要不斷創新和與時俱進。本文所采用的信息化平臺仍在不斷更新之中，下一步，我們將通過建設和完善無人機實訓基地，配備更有效的學習平臺，進一步提升無人機操控技術類課程的教學能力。