基于課程的無人機實驗室的建設

林勤／上海市市西中學

那是幾年前的一個中午，一位高一年級的學生拿著從家里帶來的無人機，在操場上進行著操控飛行。無人機時而升空，時而盤旋，呼嘯著從操場上一圈圈掠過。在當時無人機尚不普及的情況下，飛行表演吸引了眾多學生觀看，也引來了陣陣歡呼。學生會社團部長激動地來到我面前說：“老師，學校能建一個無人機實驗室嗎？這可是我們大家都挺感興趣的活動啊！”看著學生們殷切的目光，經學校組織的跨學科教師研討，建設無人機創新實驗室的創意誕生了！

創新實驗室建設是上海市課程教材改革中的突破性舉措。它重構了傳統學習的環境，豐富了學生跨學科學習和動手實踐的內容，也撬動了教與學方式的變革。而在創新實驗室建設的主題確定中，與科技發展接軌的、能激發學生濃厚興趣的內容，正是我們應該首選的方向。

無人機實驗室建設就是讓學生學會簡單的操控飛行嗎？還能夠為學生設計怎樣的學習內容呢？我們幾位科技老師開始了討論。

學生初中時已經了解了固定翼飛機的升力，高中也學過了固定翼飛機轉彎時的向心力，但無人機的升力與轉彎又是什么原理？不同旋翼的無人機有什么不同？無人機通訊方式有哪幾類？實驗室還能增加哪些學生動手的內容……在有關專業公司的支持下，我們編寫了由九章內容組成的無人機實驗室教材，完成了課程的設計。分別為：航空史話和航天器分類、無人機原理、多旋翼無人機結構、飛行控制器、調試與飛行技巧、建模與四旋翼飛機動力學模型、控制率與仿真、飛控通訊系統、航空器的未來發展趨勢。

課程，是創新實驗室建設的基礎，也是上海市“基于課程的創新實驗室建設”目標的指向。創新實驗室的活力和延續性，正是體現在課程的各個要素上。

隨著課程的建構，無人機實驗室建設很快也完成了。當學生進入實驗室看到一架架不同類型的無人機時，那種興奮真的無以言表。但是，面對教師提出的“三旋翼飛機與四旋翼、六旋翼飛機的飛行差異在哪里”“單層旋翼與雙層旋翼飛機的飛行差異有哪些”等問題，學生們都愣住了。“請大家網上查找并進行討論”，隨著老師的提示，學生們三五人一組圍繞到了電腦旁。這也形成了以后教學的模式——上課首先開展問題的學習討論。為此，學生們帶來了《無人機手冊》《青少年無人機制作指南》《玩轉無人機40 講》等資料，配合網上資源，形成了自主學習的模式。當然，實驗室課程中的飛行活動也是不可缺少的，如定點投擲、超低空飛行、穿越障礙等。組裝小型練習機也是必須完成的任務，而航拍后的3D校園模型制作，則成為了學生最為自豪的作品。

似乎，無人機實驗室的教學進入了常態軌道。然而，學生在課上又提出了新的問題：無人機為什么要采取控制器控制，能用聲音控制或采用手勢控制嗎？也許這是AI 技術對學生的影響，或是學生對遙控器使用中的挑戰。但不論問題是怎樣激發出來的，這都是實驗室給學生提供的創造性思維的啟迪。

很快，在專業公司的支持下，我們第一架聲控飛機試飛了。隨著“起飛、向前、左轉”的口令，利用手機的APP 和網絡信號，飛機實現了聲控操作。現在，實驗室中手勢控制的飛機、飛控程序的編寫、芯片的寫入等探究，仍在進行中。

創新實驗室的建設，給學校的創新人才培養、教師專業素養提升，帶來了新的發展契機。