復(fù)雜專業(yè)背景下無人機(jī)系統(tǒng)課程精細(xì)化教學(xué)探索

劉戰(zhàn)合　田秋麗　王曉璐　趙輝

摘要：無人機(jī)系統(tǒng)課程以復(fù)雜專業(yè)為背景，結(jié)合飛行器設(shè)計(jì)相關(guān)學(xué)科，針對(duì)課程存在的主要問題，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩個(gè)維度出發(fā)，基于學(xué)科體系、學(xué)科內(nèi)容、重點(diǎn)內(nèi)容，結(jié)合學(xué)科融合、主題式慕課、教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合等教學(xué)方法的精細(xì)化探索，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程建設(shè)，提高了學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)系統(tǒng)；精細(xì)化教學(xué)；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：F562.9；G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）04-0226-02

當(dāng)前，無人機(jī)作為通航飛機(jī)的重要組成部分，已成為民用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心力量之一。無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程是針對(duì)飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)選修課，與傳統(tǒng)學(xué)科共同組成飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)的課程知識(shí)體系。但作為學(xué)校甚至國內(nèi)新開設(shè)的課程，有必要結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，做進(jìn)一步教學(xué)內(nèi)容和方法上的實(shí)際研究和探索，鑒于學(xué)科本身具備的一些特點(diǎn)，結(jié)合并借鑒其他學(xué)科的傳統(tǒng)精細(xì)化教學(xué)方法[1～4]、慕課教學(xué)方法[5]，從本學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)，詳細(xì)研究了無人機(jī)系統(tǒng)[5]導(dǎo)論課程內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)方法等。

一、無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程當(dāng)前存在問題

無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論[7]課程所包含的其他相關(guān)專業(yè)為：飛行器設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)[8]、航空材料學(xué)、飛行力學(xué)、導(dǎo)航技術(shù)、電磁學(xué)、航空氣象學(xué)及其他學(xué)科。因此無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程是多個(gè)學(xué)科的綜合體，就當(dāng)前我國教育現(xiàn)狀來看，盡管一些985、211院校和職業(yè)技術(shù)學(xué)校設(shè)立了相關(guān)學(xué)科和專業(yè)，但均處于起步階段，總體來看，無人機(jī)系統(tǒng)相關(guān)課程的建設(shè)和開展還存在以下幾個(gè)重要問題：

1.缺乏系統(tǒng)化教材。無人機(jī)作為系統(tǒng)化研究是在近些年才逐步進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段，一些科研理論、技術(shù)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)積累還未形成系統(tǒng)化成果，大多專著均是對(duì)國外相關(guān)書籍的翻譯，如《無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論》[7]、《多無人機(jī)自主協(xié)同控制理論與方法》[9]、《無人機(jī)協(xié)同路徑規(guī)劃》[10]、《無人機(jī)遙感載荷綜合驗(yàn)證系統(tǒng)技術(shù)》[11]等，或是在某方面領(lǐng)域內(nèi)的深入研究，但以上專著均存存在專業(yè)化程度高、專業(yè)集中程度強(qiáng)的問題，實(shí)際上專門用于本科、碩士相關(guān)的無人機(jī)系統(tǒng)教學(xué)有一定難度。

2.理論與實(shí)踐結(jié)合。正如航空教育[12]其他學(xué)科一樣，無人機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)廣泛性的課程，旨在為學(xué)生建立一個(gè)無人機(jī)核心及相關(guān)技術(shù)的多層次、多梯度化的理論知識(shí)培養(yǎng)機(jī)會(huì)，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)踐觀摩和驗(yàn)證，加深對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)的深層次認(rèn)識(shí)，加深相關(guān)專業(yè)學(xué)生在飛行器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論上的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐認(rèn)知能力。

3.課程引導(dǎo)復(fù)雜化。無人機(jī)系統(tǒng)課程首先是一個(gè)綜合性課程，其次是一個(gè)專業(yè)化課程。綜合性體現(xiàn)在所包含的學(xué)科方向、應(yīng)用范圍、技術(shù)難度的綜合；專業(yè)化是指航空飛行器設(shè)計(jì)的逐步深入，如果沒有專業(yè)化的知識(shí)引導(dǎo)和技術(shù)支撐，教學(xué)的實(shí)質(zhì)性和有效性開展將很難達(dá)到預(yù)期效果。

二、無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程教學(xué)內(nèi)容精細(xì)化建設(shè)

針對(duì)以上討論的無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程存在的問題，經(jīng)過詳細(xì)調(diào)研，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，最終選取郭正等譯著的《無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論》作為課程教材，在教學(xué)內(nèi)容上，進(jìn)行了以下建設(shè)：

1.學(xué)科體系精細(xì)化建設(shè)。無人機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)以飛行器設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)性學(xué)科，在教學(xué)過程中，考慮到實(shí)際工程應(yīng)用，將氣象學(xué)、雷達(dá)、數(shù)據(jù)鏈、載荷（成像、武器、其他載荷等）、無人機(jī)發(fā)射和回收技術(shù)等也列入學(xué)科體系。根據(jù)學(xué)時(shí)安排，合理安排了飛行器總體技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)、動(dòng)力與材料、數(shù)據(jù)鏈、地面控制站、有效載荷、發(fā)射與控制技術(shù)等課程，并安排了相應(yīng)學(xué)時(shí)，對(duì)學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行了精細(xì)化設(shè)計(jì)。

2.學(xué)科內(nèi)容精細(xì)化建設(shè)。對(duì)以上涉及的學(xué)科，不可能通過一門課程的建設(shè)就能完全體會(huì)和理解，也不可能完全掌握，教學(xué)的目的是讓學(xué)生建立無人機(jī)系統(tǒng)的總體框架，并成為后續(xù)專業(yè)學(xué)科與其他學(xué)科的聯(lián)系樞紐。因此，對(duì)每個(gè)學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)，爭取將該學(xué)科涉及的基本內(nèi)容與其他學(xué)科建立相關(guān)性，如空氣動(dòng)力學(xué)中關(guān)于升力的概念，以伯努利方程為基本出發(fā)點(diǎn)，也可以同時(shí)在無人機(jī)設(shè)計(jì)、無人機(jī)動(dòng)力推進(jìn)等概念中涉及到，可建立其星型分布網(wǎng)狀關(guān)系。

3.重點(diǎn)內(nèi)容精細(xì)化建設(shè)。針對(duì)以上各學(xué)科之間的基本關(guān)系，以總體框架內(nèi)容為先導(dǎo)，提煉各學(xué)科重點(diǎn)內(nèi)容，兼顧各學(xué)科普適性內(nèi)容，以重點(diǎn)內(nèi)容為“點(diǎn)”，普適性內(nèi)容為線，采用各學(xué)科“多點(diǎn)式”串接方式，在教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中，提綱攜領(lǐng)，同時(shí)考慮到學(xué)科重點(diǎn)內(nèi)容的難易程度，設(shè)計(jì)星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以提醒學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性學(xué)習(xí)。如對(duì)飛行器飛行中的四種力：升力、阻力、重力、推力或拉力，設(shè)計(jì)為“點(diǎn)”，讓學(xué)生掌握四種力產(chǎn)生的原因、影響因素，在航空動(dòng)力學(xué)中，以推力為核心，掌握其他三種力對(duì)推力的影響和相互因果關(guān)系。

三、無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程教學(xué)方法精細(xì)化建設(shè)

1.學(xué)科融合教學(xué)方法精細(xì)化建設(shè)。針對(duì)各學(xué)科內(nèi)容，以本文上述的各“點(diǎn)”式內(nèi)容，采用“樹狀”分布教學(xué)方法：先建立各學(xué)科“點(diǎn)”內(nèi)容，并以“點(diǎn)”內(nèi)容為核心進(jìn)行擴(kuò)展，開展學(xué)科基本知識(shí)構(gòu)建；以各學(xué)科“點(diǎn)”內(nèi)容為核心，提煉學(xué)科共性框架，形成學(xué)科類二級(jí)“點(diǎn)”知識(shí)，該二級(jí)“點(diǎn)”內(nèi)容具有通識(shí)性，貫穿相關(guān)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建；對(duì)二級(jí)所有知識(shí)“點(diǎn)”升級(jí)，尋找并建立無人機(jī)系統(tǒng)角度出發(fā)的關(guān)鍵知識(shí)“點(diǎn)”，以簡單清晰的脈絡(luò)聯(lián)通各學(xué)科大知識(shí)“點(diǎn)”，形成無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程最高級(jí)即頂層知識(shí)“點(diǎn)”。

2.主題式慕課精細(xì)化教學(xué)。教學(xué)過程中，為加深學(xué)生印象，并提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合課程實(shí)際進(jìn)展過程，將學(xué)生進(jìn)行分組，采用自行選題或給定議題的方式，以組為單位，通過組內(nèi)課下調(diào)研、內(nèi)容討論、構(gòu)建知識(shí)“點(diǎn)”共識(shí)，課上組間討論并做主題演講，以問辯方式進(jìn)行。如在學(xué)習(xí)中討論了連翼布局無人機(jī)設(shè)計(jì)概念、氣動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)、國內(nèi)技術(shù)研究現(xiàn)狀，并根據(jù)參考文獻(xiàn)，結(jié)合課程中空氣動(dòng)力學(xué)、航空動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)和基本概念，得到了連翼設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)：性能參數(shù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、學(xué)科知識(shí)點(diǎn)等。

3.提高參與度的教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合精細(xì)化教學(xué)。為提高教學(xué)效果，適時(shí)結(jié)合學(xué)生課外競賽，如“挑戰(zhàn)杯”、“航空航天錦標(biāo)賽”等賽事，結(jié)合無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程具體情況，優(yōu)選部分學(xué)生組成不同的無人機(jī)制作小組，以學(xué)校“飛行器創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”為依托，形成趣味性、知識(shí)性的無人機(jī)制作和實(shí)踐項(xiàng)目，并帶動(dòng)其他學(xué)生主動(dòng)介入，結(jié)合無人機(jī)系統(tǒng)理論課程，對(duì)一些富有創(chuàng)新性的項(xiàng)目進(jìn)行初步研究和實(shí)踐，有效提高參與度，這也是無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程可進(jìn)行延伸的原因之一。

四、結(jié)論

從無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程現(xiàn)存問題出發(fā)，為改善學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)、提高學(xué)生主動(dòng)參與意識(shí)，采用精細(xì)化教學(xué)方式，力爭對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)涉及到的重要知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行梳理，提綱挈領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上的精細(xì)化，分別從學(xué)科體系、學(xué)科內(nèi)容、重點(diǎn)內(nèi)容等三方面對(duì)內(nèi)容的精細(xì)化進(jìn)行了深入研究，同時(shí)在教學(xué)方法上從學(xué)科融合、主題式慕課、教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合等三個(gè)方向進(jìn)行了研究和實(shí)踐，得到了優(yōu)良的教學(xué)效果。

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