高職院校開設無人機結構與系統公選課的探索

雷英棟 吳湘蓮 周樂

摘 要：無人機行業的快速發展，對高素質無人機專業技能人才的需求量巨大，高職院校開展無人機相關教學對行業發展具有重要意義。本文從分析開設無人機專業的難點出發，結合筆者學校實際情況分析開設無人機相關課程的可行性，對開設無人機結構與系統公選課進行教學探索，確定課程教學內容、方法、考核評價標準，注重學生動手能力和創新能力的培養，為高職院校開展無人機相關教學提供參考，為開設無人機應用技術專業鋪路。

關鍵詞：高職院校無人機公選課 可行性 教學探索

近年來，無人機的發展和應用受到了世界各國的普遍重視，無人機使用成本低，效率高，機動性能好，應用范圍廣，在各行各業越來越被廣泛認可，并發揮了不可替代的作用。無人機市場的快速膨脹催生了對高素質無人機專業技術人才培養的迫切需求，越來越多的青年學生對無人機技術產生了濃厚的興趣，培養無人機專業技術人才勢在必行。推動無人機相關教學在高校的開展具有十分重要的意義。

一、開設無人機專業的難點

1.師資問題

無人機綜合集成了航空技術、控制技術、機械設計等多學科技術，開設無人機專業需要專業的師資隊伍。而目前多數的教師隊伍以機電一體化、自動控制專業為主，向無人機專業轉型需要時間。同時行業發展迅速，無人機高技能人才就業前景光明，學校受制于吸引力、政策等因素，引進相關專業教師難度較大，師資問題困擾院校無人機專業建設。

2.設備問題

無人機實訓場地建設投入較大，實訓場地需要建設模擬飛行機房、室內組裝實訓實驗室、室外試飛場等，另外實訓器材和耗材的價格不菲，在學生訓練過程中的損耗也較大。在招生人數不確定、師資隊伍建設不成熟的情況下，大資金、單一專業的設備投入，對于一般院校而言不符合實際。

3.就業問題

目前，已開設無人機專業的高職院校畢業生，就業多去無人機應用服務型企業，從事飛行工作。企業普遍要求學生持有無人機飛行駕照。市面上較為認可的無人機駕照有三類：AOPA、ASFC和大疆慧飛。企業更為認可AOPA頒發的無人機駕照，但是AOPA考證價格高昂，培訓周期長，學生可能無法承擔，從而對就業產生影響。

4.安全問題

無人機課程多是理實一體化課程，實訓教學需要學生動手組裝并調試無人機，電機轉速高，螺旋槳鋒利，容易造成安全事故。另外，在進行飛行訓練時，學生本身基礎薄弱，初次接觸無人機激動又緊張，容易產生錯誤操作，導致飛機失控。無人機飛行本身容易受到天氣、磁場等客觀因素的影響，一旦失控必然對人員、財產等造成損害。因此，實訓教學必須制定嚴格的安全行為規范，同時選擇人少空曠或者封閉的室內進行訓練。

二、開設無人機相關課程的意義

1.有助于探索高職院校無人機教學模式

高職院校開設無人機專業是一個新的發展方向，通過開設無人機相關課程，例如開設無人機公選課，制定課程標準，選擇確定課程教學內容;完成無人機公選課的教學設計和實踐;制定無人機公選課的教學考核評價標準。從而探索適合高職院校無人機教學的新模式，為今后開設無人機相關專業及課程積累經驗。

2.有利于選拔學生參與無人機專業競賽

每年國內都有不同類型的無人機專業競賽，各類大賽舉辦多年，影響力巨大，吸引各個高校成百上千支隊伍參與其中。通過無人機相關課程的開設，學生有機會參與無人機的設計、制作、調試和維修等環節，為選拔學生參與競賽做好人員儲備，由競賽帶動教學，教學輔助競賽。

3.有助于培養學生學習無人機知識的激情

無人機雖小卻足以體現現代飛機的主要技術特征與原理。通過無人機相關課程的開設，課堂教學與實驗教學相結合，讓學生獲取無人機相關技術理論知識，有助于普及航空知識，并極大地提升學生對無人機的興趣和熱情。通過無人機的模擬器訓練，讓學生體驗飛行感覺，鍛煉學生的模擬飛行能力，具備基本的無人機操控能力，增加將來操控無人機的信心和能力。

三、開設無人機相關課程的可行性

1.師資隊伍

為開展無人機教學，筆者學校對無人機課程建設高度重視，集合學院各學科的中堅力量組建課程開發團隊，充分吸收了應用電子技術、機械電子工程、車輛工程等方面的師資力量，其中有課改和教學經驗豐富的資深教師，還有充滿活力、富有創造力的青年教師，培養了具備無人機飛行執照的實訓指導教師，同時擁有豐富工程實踐經驗的企業導師，建立了一支結構合理、多學科融合的師資隊伍。

2.設備條件

筆者學校已經完成了無人機實驗室一期建設，主要購買了成品植保機、航拍機、工程訓練機等，初步建立了無人機模擬飛行機房、組裝調試實驗室、飛行實訓場等。依托校內電子創新實驗室、機械創新實驗室、機械加工實訓室等，實驗室具備多旋翼、固定翼無人機數字建模仿真，激光切割與線切割等設計和加工條件，為教師服務地方經濟、學生科技創新、參與競賽搭建平臺。

另外，筆者學校聯合國內多家無人機企業，已成功申報建設無人機技術應用協同創新中心，打造連接學校、政府、企業、研究機構、行業協會為一體的，以無人機系統集成與技術應用為任務的產學研開放式標準化協同創新平臺，重點面向農業噴藥、航拍、物流、巡檢等行業領域，開展無人機制造及應用的技術研究和人才培養。

3.學生基礎

筆者學校內學生參與航模、無人機競賽氛圍濃厚，學生積極參與了科研類全國航空航天模型錦標賽，浙江省青少年航空航天模型錦標賽，以科研類全國航空航天模型錦標賽為例，參賽隊伍主要集中在本科及航空類院校，省內少有高職院校參加，筆者學校學生首次參賽就取得了優異成績。

另外，筆者學校建立了無人機社團，廣納對無人機感興趣的學生參與到社團活動中來，學習無人機的知識和技能。無人機社團為學生創新提供平臺，對普及無人機知識，幫助學生參與航模、無人機相關競賽提供幫助。教師也積極參與社團培訓指導，協助建設所需的培訓教材、資料、視頻等資源。

四、無人機結構與系統公選課的初步探索

1.課程性質

無人機結構與系統課程是自然科學類的一門公共選修課，適用于機電一體化、電氣自動化技術、應用電子技術等工科專業的學生。通過本課程的學習，使學生掌握固定翼、多旋翼無人機的基本知識及制作方法，具備固定翼、多旋翼無人機的操控技能，在此過程中培養學生的創新意識、創新設計能力及實踐能力，以做中學的方式進行課程學習，有效激發學生的學習興趣和創新意識，同時為學生參加各類航空航天模型、無人機競賽打下堅實基礎。

2.教學內容

無人機結構與系統公選課設定3學分，總學時數48學時，包含理論教學和課內實踐各24學時，將理論教學與課內實踐充分地結合。參考市面上已有教材，結合筆者學校無人機實驗室現有設備條件，依據國內無人機相關競賽要求，確定該課程內容，旨在培養學生掌握無人機結構和工作原理，通過練習能夠基本熟悉無人機的操控，并且學生能夠獨自完成無人機的組裝和調試。

理論教學內容及學時分配：無人機系統概述（2學時）、無人機結構與飛行原理（4學時）、無人機電子設備（6學時）、無人機組裝與調試（6學時）、無人機行業應用及競賽解讀（6學時）。

課內實踐教學內容及學時分配：無人機結構認知（2學時）、飛行模擬器操控訓練（8學時）、真機飛行體驗操作（4學時）、無人機組裝與調試（10學時）。

3.教學方法

充分利用實驗室現有設備和現代化教學手段，采用情景引入和任務驅動的教學方法，學生自主學習和合作探究的學習方法，做到課堂教學與實踐教學相結合，由易到難，層層遞進，實現階段遞進式教學。

課堂教學環節，教師每次課布置任務，課上講授并指導學生完成，學生小組合作，共同探索，完成任務;課下通過開放實驗室和學生社團，建立學習平臺，便于學生自主學習。

實踐環節則是在學生已經掌握無人機相關基礎知識后，讓學生參與無人機模擬器飛行訓練，完成無人機的組裝與調試。由教師和社團成員共同制作無人機實踐教學指導書并拍攝教學視頻，指導學生參與課內實踐。

4.教學考核評價標準

通過教學考核評價標準的制定，檢驗學生對于課程內容的掌握程度，同時也是檢驗教師教學目的是否達成的手段。教學考核評價項目分為：考勤評分（10%），課堂表現評分（20%）學生互評成績（10%），實踐成績（40%），理論考試成績（20%），五個維度全面考評學生學習掌握情況。

五、小結

在無人機行業飛速發展的有利形勢下，本文從師資、設備、就業、安全四個方面分析了高職院校開設無人機專業的難點，從教學探索、學生競賽等方面闡述了開設無人機相關課程的重要意義。同時，結合筆者所在學校的實際情況，分析了筆者學校開設無人機相關課程的可行性。另外，對開設無人機結構與系統公選課進行教學探索，確定了理實一體化的教學內容;通過教師情景引入、任務驅動的教學方法，學生自主學習、合作探究的學習方法，注重學生動手能力和創新能力的培養;建立了“五位一體”的教學考核評價標準，全面評價學生學習掌握情況;為高職院校開展無人機相關教學提供參考，為開設無人機應用技術專業鋪路。

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（作者單位：嘉興職業技術學院）