基于職業勝任力的無人機本科專業教學創新設計與實踐

摘 要 文章探討了基于職業勝任力的課程開發和教學設計，以實現無人駕駛航空器系統工程專業課程能力建設的目標。在國內無人機崗位需求調研的基礎上，構建了無人機專業人才職業勝任力模型；基于勝任力，提出從能力到課程“雙線”培養的課程開發反向設計，實現知識傳授與能力培養的雙軌培養。該方案已于2020年全面實施，結果表明，基于勝任力的方法是有效的、可持續的，并且可以定制以解決快速發展的無人機專業中對人員職業能力的需求，對其他工科專業基于勝任力的人才培養具有一定的借鑒作用。

關鍵詞 無人機；無人駕駛航空器系統工程；課程開發；勝任力

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.26.020

Innovative Design and Practice of Undergraduate UAV Teaching

Based on Professional Competence

QI Fuqiang， MENG Mingyuan， ZHANG Xiaoyang， CHEN Shuning

（School of Transportation Science and Engineering， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300）

Abstract The article explores the development and instructional design of courses based on professional competence， in order to achieve the goal of capacity building for unmanned aerial vehicle system engineering courses. Based on the research on the demand for drone positions in China， a professional competency model for drone professionals has been constructed; Based on competency， propose a reverse design for curriculum development that focuses on the dual track cultivation of abilities and courses， achieving a dual track cultivation of knowledge transmission and ability development. The program has been fully implemented in 2020， and the results show that the competency based approach is effective， sustainable， and can be customized to meet the demand for personnel professional competence in the rapidly developing unmanned aerial vehicle profession. It has a certain reference value for competency based talent cultivation in other engineering majors.

Keywords unmanned aerial vehicle （UAV）; Unmanned Aerial Vehicle System Engineering; curriculum development; competency

近年來，無人機專業人員需求旺盛，但無人機專業人才的培養并未跟上無人機行業迅速發展的步伐，尤其是無人機相關工作崗位未能引入科學培養的專業人才，而是依賴企業或行業的非系統化培訓進而操作復雜的無人機系統[1]。無人機行業亟須具備遠遠超過最低監管要求能力的專業人員來確保符合安全和法律要求的運行[2]。

目前國內有200余所高校開設了無人機專科專業，幾十所高校開設了本科專業，對于人才培養開展了有益探索，但仍面臨培養目標不明確、課程體系不完善、師資隊伍薄弱等現實問題[3-4]，尤其是還缺乏對無人機專業畢業生所期望的更高層次學習成果和能力的研究。十幾年來，高等教育出現了新的趨勢，尤其是“新工科”體現了我國全面提升學生能力教育的新方向。這與國外倡導的基于能力的教育（CBE）趨勢基本一致[5]。盡管CBE的概念和界限經常模糊不清，但普遍認為 CBE 的特點是發展明確定義的能力、為實現這些能力制訂課程圖，以及與能力相匹配的評估過程[6]。此類能力通常與雇主和專業所定義的勞動力需求相關聯，即該領域工作的從業者所重視的特定知識、技能和能力 （KSA）[7]。課程由指定的、有組織的學習活動組成，旨在為學生提供 KSA和綜合體驗，從而獲得學位所需的能力[8]。2013 年美國教育部為高等教育機構發布了指南，指南明確大學可以根據學生對“能力”的掌握情況為學生提供指導，也就是讓學生知道需求是什么和能做什么；另外從完成學分到能力證明的轉變已在美國的大學中實施，并提供基于能力的專業學位和證書[9]。

在無人機專業人員培養的背景下，專業能力概念的論述多集中在對工作場所專業人士的期望上，而不是學習過程上。因此，本研究將系統地將能力與學生學習聯系起來，在探討無人機職業能力需求的基礎上，開展基于職業勝任力的培養方案與課程反向設計，為無人駕駛航空器系統工程本科專業人才培養提供科學指導。

1 無人機專業人才的職業能力分析

當前和未來的勞動力需求是無人機專業大學生職業能力培養的基礎導向。收集國內主要招聘網站涉及無人機的招聘信息2272條，經文本挖掘與分析，確定無人機本科專業學生能力，如圖1所示。

第1―3層：個人效能、學術能力和工作場所能力三個層級構成了個人基礎能力，也是大學生成為無人機職員所需要的基礎能力。第4―5層：航空核心技術能力、無人機專業能力兩個層級構成了專業能力，也是從事航空、無人機行業所需的行業能力。專業能力可滿足大學生在航空、無人機行業的各相關職業之間的就業需求。最高層代表了職業相關的綜合能力。無人機專業人員在長期工作中，其專業技能不斷向高度專業化發展的同時，其各種能力也綜合發展，促進其在職業活動中的創新與發展，取得更好的工作績效。

1.1 個人效能

個人效能處在模型的最底端，其代表了個人屬性，即：態度和能力兩個方面，僅靠大學教育可能會存在不足，需要在家庭、學校和工作場所得到學習和加強。包括：責任心與嚴謹態度、正直與可靠、安全與道德、人際交往能力、終身學習能力等。

1.2 學術能力

學術能力是主要在學校中學習的關鍵能力，可適用于工科相關行業和職業，包括：科學、技術、工程、數學、計算機技能、批判性和分析性思維等方面。

1.3 工作場所能力

工作場所能力代表一般職業中所需的動機、特質，以及自我管理等方面，適用于許多相關的職業，包括：團隊合作、規劃與組織、問題分析與決策、創新與發明、業務基礎知識等。

1.4 航空核心技術能力

航空核心技術能力代表了比無人機行業更廣泛的航空業內跨部門的通用知識和技能，建立在較低層級所代表的能力之上，也構成了無人機專業能力的基礎，其包括：航空基礎、設計與開發、產品與零件制造、航空維保、項目管理等。

1.5 無人機專業能力

無人機專業能力代表了航空業細分行業——無人機行業的核心能力，表明從事無人機行業具體職業和工作所需的相關知識及技能，包括：無人機法規、系統研發、軟件開發、操控技術、裝調與維修、運行組織與保障、數據收集與分析等。

1.6 職業相關能力

職業相關能力既包括把握組織的使命及動員人們圍繞這個使命奮斗的組織管理能力（領導能力），也包括在高風險環境中做出合理的道德決策的能力（工程倫理）[10]，應對工作挑戰而提高工作效率和質量的創新能力，以及不斷提升自身能力和自我管理等能力。

2 培養方案與課程反向設計

無人駕駛航空器系統本科專業培養方案設計圍繞以下兩個問題展開：①需要哪些內容來支持課程能力的發展？②哪些教學策略和方法對培養能力最有效？

無人機職業能力標準是確定無人駕駛航空器系統工程本科專業學生職業勝任力的關鍵依據，而針對各能力組、子能力的能力績效說明則為人才培養提出了具體的指導，并作為課程內容設計與能力評估的依據來反向指導專業課程體系的設計。

基于Bloom的學習層級分類法，即三個學習層級：基礎、應用和執行[11]，無人駕駛航空器系統工程專業人才培養設置兩條主線：專業活動與職業活動，如圖2（p60）所示。專業活動以基礎學科課程、專業學科課程、專業實踐、專業實習四大類課內活動貫穿于大學八個學期中，屬學習的基礎階段，支持學生探索基礎知識和基本技能。職業活動以專業競賽、創新創業、“1+X”職業證書獲取及科學研究為主要的課外活動，逐步提升學生的真實工程體驗，屬學習的應用和執行層面，學生通過概念知識庫和技能并將其應用于實際任務，著眼于提升無人機行業特定職位或某些領域的能力。

能力不是在單一課程中作為一個整體教授的，而是在整個課程體系中呈現。以“5.無人機專業能力”為例，依據能力組、子能力及能力績效設置7類專業課程，以支撐無人機研發與設計、無人機運行組織與保障兩個專業方向，如表1（p61）所示。無人機研發與設計是本專業的重要方向之一，以無人機軟、硬件開發為對象，重點培養學生無人機系統、無人機軟件的研發與設計能力。無人機組織與保障方向，其涵蓋通用航空法規、空域規劃與管理、通用航空生產組織與管理、無人機政策與法規等民航特色課程。

3 能力評估

學生展示課程能力的重要方式是學生通過他們的學習成果和過程提供證據證明、證明他們是如何發展的，以及需要進一步學習的方面。因此，在課程能力考核方面，以學習成果作為評估學生能力的方法，要求學生以課程作業中的學習成果（包括報告、論文、實物作品、軟件等形式）提供證據，以表明獲得和掌握課程的程度。課程能力評估包括以下方面。

3.1 能力證明

學生至少需提交一個學習成果來證明對每種能力的掌握程度。這個成果以所學知識為基礎，經個人或團隊努力完成，以涵蓋與能力組相關的任何特定能力。學習成果可以是任何技術支持的報告、論文、實物、軟件等的書面文檔、鏈接等。

3.2 自我評價

學生針對課程學習提供一份簡短的反思性陳述，描述他們的能力以及所選成果如何展示每種能力的成就，以及學生對自己每項能力的成就進行評分：1 = 未能達到能力，2 = 能力的邊際成就，3 =足夠的能力成就，4 = 高于平均水平的能力成就，5 = 模范成就的能力。

3.3 課程評估

任課教師完成課程質量分析報告，針對當前學期課程建設、授課、學生培養等方面進行總結和建議，以不斷改進與提高課程能力培養水平。專業負責人及課群組對學生學習成果及課程質量分析報告進行檢查與分析，開展教學研討，交流課程中學生能力培養存在的問題及有益做法，反復論證、動態調整課程建設。

4 結語

無人機工作崗位需求的變化和新應用要求大學教育中需將新的知識納入全面的專業課程。為此，本文提出基于勝任力的課程體系構建，設計了一個理論框架來指導基于能力的課程開發和實施。

在無人機專業課程中所掌握的能力可以為設計無人駕駛航空器系統工程教育和專業框架提供良好的基礎。專業能力包括在無人機工作中取得成功所需的廣泛知識、技能和能力，即個人效能、學術能力、工作場所能力、航空核心技術能力、無人機專業能力和職業相關的綜合能力。盡管不期望每一位無人機工作者在實際工作環境中執行七個能力組中涵蓋的所有職能，但仍需要對所需的所有職能和技能有廣泛的了解，才能成為一名勝任崗位的工作人員。確定的專業能力可以用作高校、招聘單位之間的統一標準，以培養未來的無人機專業人員，并且可以用于支持招聘、績效管理和職業規劃。

“雙線”跨學科培養方案以專業活動與職業活動為兩條人才培養主線，即：專業活動以課內活動為主，屬學習的基礎階段，支持學生探索基礎知識和基本技能；職業活動以課外活動為主，屬學習的應用和執行層面，著眼于提升無人機行業特定職位或某些領域的能力。進一步基于專業能力組、子能力和能力績效，反向設計課程體系以支持無人機研發與設計、無人機法規與管理兩個專業方向的能力培養。

*通信作者：齊福強

基金項目：天津市教育科學規劃項目“面向天津無人機產業發展的無人駕駛航空器系統工程專業人才培養模式與實施路徑研究”（CIE210182）；天津市教委科研計劃項目“天津市無人機行業發展規律及其專業人才供給機制研究”（2021SK040）。

參考文獻

[1] Nancy J. Cooke，Steven M.Shope.Synthetic task environments for teams：CERTT’s UAV-STE[M].Boca Raton：CLC Press，2004.

[2] Damon J.Lercel，Joseph P.Hupy.Developing a Competency Learning Model for Students of Unmanned Aerial Systems[J].University Aviation Association，2020，2（38）：12-33.

[3] 鐘佩儀.基于人工智能和STEAM教育的無人機專業人才培養模式研究[J].科教導刊，2019（7）：49-50.

[4] 陳永杰.以行業應用為導向的無人機專業課程建設的研究[J].現代職業教育，2020（3）：136-137.

[5] Parry，M.Competency-based education advances with U.S. approval of program[J].The Chronicle of Higher Education，2013，4（18）.

[6] Elizabeth A.Jones，Richard Voorhees.Defining and assessing learning：Exploring competency-based initiatives[M].Washington，DC：Council of the National Postsecondary Education Cooperative，2002.

[7] Davin Pavlas， C.Shawn Burke，Stephen M. Fiore，et，al.Enhancing Unmanned Aerial System Training：A Taxonomy of Knowledge，Skills，Attitudes，and Methods[C]//Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting，2009：1903-1907.

[8] Jones，E.A.Working in partnership with faculty to transform undergraduate curricula[J].New Directions for Institutional Research，2001（110）：15-27.

[9] Kim J.Competency-based Curriculum：An Effective Approach to Digital Curation Education[J].Journal of Education for Library & Information Science，2015，56（4）：283-297.

[10] Lercel，D.J.& Hupy J.P..Developing a Competency Learning Model for Students of Unmanned Aerial Systems[J].Collegiate Aviation Review International，2020，38（2）：12-33.

[11] B.Bloom，D.Krathwohl.Taxonomy of Educational Objectives.Handbook I：Cognitive Domain[M].New York：D.McKay，1966.