基于LiteBee Go軟件的無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐

陳佩佩 駱念春

摘要：機(jī)器人競(jìng)賽在各省市乃至全國(guó)蔚然成風(fēng)，作為其中之一的無(wú)人機(jī)項(xiàng)目也在各學(xué)校如火如荼地進(jìn)行著。本文結(jié)合學(xué)校社團(tuán)無(wú)人機(jī)項(xiàng)目實(shí)際開(kāi)展情況，從無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)、軟件及硬件的選擇、教學(xué)實(shí)施過(guò)程等方面進(jìn)行闡述，讓學(xué)生感受無(wú)人機(jī)的魅力，感受科技的力量，以期為學(xué)校更好地開(kāi)展無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)項(xiàng)目? LiteBee Go? 教學(xué)實(shí)踐

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)方式和競(jìng)賽項(xiàng)目呈現(xiàn)多樣化。無(wú)人機(jī)項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生，在小學(xué)教學(xué)中作為新興競(jìng)賽項(xiàng)目和學(xué)校的特色興趣項(xiàng)目出現(xiàn)，教師也積極投身教學(xué)與競(jìng)賽一線，不斷探索機(jī)器人的各種教學(xué)與競(jìng)賽活動(dòng)，其中包括無(wú)人機(jī)項(xiàng)目。

一、無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)

（一）社團(tuán)的成立

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的興起，對(duì)我校也有了一定的影響，學(xué)校師生對(duì)新生事物一直持有強(qiáng)烈的好奇心與興趣，在政府及學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的支持下，經(jīng)過(guò)研究決定后，學(xué)校踏上了對(duì)無(wú)人機(jī)競(jìng)賽項(xiàng)目的追求與探索的征程。學(xué)校主要是基于以下幾個(gè)方面考慮：

1教育總體發(fā)展的需要

《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會(huì)參與3個(gè)方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)。無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的教學(xué)無(wú)疑能在一定程度上貫徹這六大素養(yǎng)，通過(guò)學(xué)習(xí)無(wú)人機(jī)項(xiàng)目中的科學(xué)知識(shí)與科學(xué)技術(shù)，了解無(wú)人機(jī)發(fā)展的人文底蘊(yùn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)與技術(shù)的好奇心與求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，教會(huì)學(xué)生在項(xiàng)目式教學(xué)中學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)合作，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新的精神。

2學(xué)校教育發(fā)展的需要

學(xué)校教育要想發(fā)展進(jìn)步，就需要突破傳統(tǒng)，打造特色項(xiàng)目，豐富和深化辦學(xué)內(nèi)涵，開(kāi)展符合教育規(guī)律的教育。借助無(wú)人機(jī)項(xiàng)目開(kāi)設(shè)的契機(jī)，學(xué)校開(kāi)展科技教育，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。由于目前受實(shí)際教學(xué)條件的限制，學(xué)校很難大范圍普及無(wú)人機(jī)項(xiàng)目，其一是硬件設(shè)備昂貴，購(gòu)買和維修更新都需要花費(fèi)大量資金；其二是缺乏相應(yīng)的專業(yè)師資；其三是缺乏系統(tǒng)性的課程可供實(shí)踐。

基于上述原因，學(xué)校決定先進(jìn)行小范圍的無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)，在學(xué)校成立無(wú)人機(jī)項(xiàng)目社團(tuán)，傳授科學(xué)與科技知識(shí)，使學(xué)生感受科技的力量，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲。

（二）成員的選拔

無(wú)人機(jī)項(xiàng)目社團(tuán)成立后，社團(tuán)成員的選拔也是極為重要的一環(huán)，因此，學(xué)校設(shè)置了一定的選拔標(biāo)準(zhǔn)。

1對(duì)無(wú)人機(jī)項(xiàng)目感興趣

愛(ài)因斯坦說(shuō)：“興趣是最好的老師。”所以，興趣至關(guān)重要，它能引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)與自我研究，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在潛力，培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣。無(wú)人機(jī)項(xiàng)目亦是如此，只有學(xué)生對(duì)此項(xiàng)目和知識(shí)感興趣，才能最大程度調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)無(wú)人機(jī)科學(xué)知識(shí)與技術(shù)的熱情，激發(fā)與提升學(xué)生的創(chuàng)造力。

2具有一定的編程基礎(chǔ)

因無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)牽涉編程知識(shí)，且具有一定的難度，故而對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力有一定的要求。因此，選擇具有一定編程基礎(chǔ)的學(xué)生可以極大程度減少教師教授編程軟件與知識(shí)的時(shí)間，降低教學(xué)難度，取得事半功倍的效果。有了興趣與編程基礎(chǔ)的指引，就能更大程度地激發(fā)學(xué)生求知的內(nèi)在力量，從而讓學(xué)生能夠更加高效地學(xué)習(xí)、鉆研與實(shí)踐。

學(xué)校無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)為學(xué)生的成長(zhǎng)提供了一個(gè)實(shí)踐鍛煉與綜合發(fā)展的舞臺(tái)，為學(xué)生的無(wú)人機(jī)項(xiàng)目學(xué)習(xí)、鉆研與實(shí)踐提供基礎(chǔ)保障，讓學(xué)生能夠安心全心地進(jìn)行無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、鉆研與實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)，從而不斷提升與發(fā)展自我。

二、軟硬件的選擇

（一）硬件方面

目前市面上能用于教學(xué)的無(wú)人機(jī)項(xiàng)目設(shè)備種類繁多，大致可分為固定翼、單旋翼、多旋翼三種類型。它們各有優(yōu)劣，適用于小學(xué)教學(xué)的無(wú)人機(jī)設(shè)備除了需具備無(wú)人機(jī)的基本功能外，還需具備物美價(jià)廉、安全性高、耐用抗摔、易于操控、可拓展延伸等功能。

綜合考慮學(xué)校的實(shí)際情況及學(xué)生的經(jīng)濟(jì)承受能力，最終選擇了深圳市創(chuàng)客火科技有限公司的LiteBee Wing積木無(wú)人機(jī)編隊(duì)套裝，它是多旋翼無(wú)人機(jī)中的一款四旋翼無(wú)人機(jī)，主要面向8～16歲中小學(xué)生，且價(jià)格適中，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，螺旋槳較小，可安裝保護(hù)罩。另外，它能夠利用積木式的零件進(jìn)行無(wú)人機(jī)的入門(mén)學(xué)習(xí)，將散件組裝成完整的無(wú)人機(jī)，易損配件也可以隨時(shí)進(jìn)行更換，便于學(xué)生對(duì)無(wú)人機(jī)的每個(gè)零部件的工作原理都有清晰的認(rèn)識(shí)，全面提升動(dòng)手探究實(shí)踐能力。同時(shí)，該無(wú)人機(jī)支持圖形化的編程，拓寬了編程軟件的選擇面，比較適合于學(xué)校的無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)。同時(shí)，編程需要依托電腦才能實(shí)現(xiàn)編譯運(yùn)行，學(xué)校配備了聯(lián)想筆記本電腦，確保硬件設(shè)施到位。

（二）軟件方面

結(jié)合選擇的硬件，軟件上學(xué)校選擇的是與LiteBee Wing無(wú)人機(jī)配套的LiteBee Go軟件，它是一款基于Scratch編程的圖形化編程軟件，界面簡(jiǎn)單、操作方便、趣味性強(qiáng)、交互性與可擴(kuò)展性強(qiáng)。學(xué)生進(jìn)行編程時(shí)，只需要從現(xiàn)有的指令積木中選擇，拖拽到腳本編輯區(qū)，并按照某種邏輯關(guān)系將選擇的指令積木拼搭在一起，從而創(chuàng)建出各種各樣交互式的故事、動(dòng)畫(huà)、游戲、音樂(lè)等作品。該軟件分在線、離線兩種任務(wù)模式。在線模式下，通過(guò)編程代碼直接在線控制無(wú)人機(jī)，實(shí)時(shí)傳回?zé)o人機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)；離線模式下，將編譯過(guò)的代碼下載到控制主板上，利用遙控器上的自定義按鍵和代碼場(chǎng)景切換，離線操控?zé)o人機(jī)，實(shí)現(xiàn)燈光閃爍、聲音操控、飛行姿態(tài)變換等，能極大程度地激發(fā)學(xué)生的興趣。

無(wú)論從軟件還是硬件方面考慮，深圳創(chuàng)客火科技有限公司的無(wú)人機(jī)都是非常合適的，易于學(xué)校社團(tuán)組織開(kāi)展教學(xué)，有助于提高學(xué)生的編程語(yǔ)言水平及能力，以及培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新能力。

三、教學(xué)準(zhǔn)備

無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的社團(tuán)成員選拔好了，以及教學(xué)所用的軟硬件確定了，還需要做好一系列的教學(xué)準(zhǔn)備：額外的訓(xùn)練場(chǎng)地、師資和課程體系等，才能確保無(wú)人機(jī)項(xiàng)目真正開(kāi)設(shè)起來(lái)。

（一）場(chǎng)地

由于無(wú)人機(jī)在實(shí)際飛行過(guò)程中受環(huán)境、天氣和通信頻率等方面的影響較大，因而建議選擇人口和設(shè)施少，受風(fēng)向、風(fēng)速等影響較小，接受和使用正確的可用通信頻率的場(chǎng)地。同時(shí)，學(xué)生的安全教育尤為重要，提前告知學(xué)生在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的注意事項(xiàng)與安全防范，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)，確保自身安全，保證教學(xué)正常順利進(jìn)行。基于以上因素考慮，為了能較為準(zhǔn)確地完成教學(xué)要求的飛行任務(wù)，最終選擇了學(xué)校的體育館作為課程教學(xué)的場(chǎng)所。

（二）師資

要確保無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)課程正常開(kāi)展，必須具備相關(guān)的知識(shí)與技術(shù)。雖然不要求是專業(yè)的無(wú)人機(jī)項(xiàng)目課程的教師，但指導(dǎo)教師至少對(duì)無(wú)人飛行等知識(shí)和技術(shù)有著強(qiáng)烈愛(ài)好與興趣，愿意主動(dòng)刻苦鉆研，與學(xué)生一起學(xué)習(xí)進(jìn)步。指導(dǎo)教師一方面要進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與鉆研；另一方面要到有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)校去借鑒經(jīng)驗(yàn)與培訓(xùn)，了解無(wú)人機(jī)常識(shí)，了解無(wú)人機(jī)項(xiàng)目課程的要點(diǎn)，掌握教學(xué)切入點(diǎn)和實(shí)施點(diǎn)，提升無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的教學(xué)水平，使學(xué)校無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)登上新臺(tái)階。

（三）課程設(shè)置

進(jìn)行正式的無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)之前，教師需要進(jìn)行相應(yīng)的課程規(guī)劃，對(duì)課程內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)等進(jìn)行合理的規(guī)劃與安排，保證無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)正常有序進(jìn)行。依據(jù)小學(xué)生的身心發(fā)展特點(diǎn)與思維邏輯能力，選擇難度適合的學(xué)習(xí)任務(wù)，在無(wú)人機(jī)項(xiàng)目課程教授過(guò)程中，教師以任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，更加適應(yīng)小學(xué)生的年齡與心理特點(diǎn)。據(jù)此，在查閱文獻(xiàn)、借鑒外校經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合選用的軟硬件及學(xué)校的實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)課程內(nèi)容設(shè)置如下（部分）：

以上無(wú)人機(jī)項(xiàng)目課程的設(shè)置，從無(wú)人機(jī)入門(mén)，到了解無(wú)人機(jī)常識(shí)與飛行原理，再到初步操控嘗試飛行，然后通過(guò)編程掌握無(wú)人機(jī)飛行的各種技巧，最后進(jìn)行訓(xùn)練和比賽項(xiàng)目實(shí)踐，循序漸進(jìn)，一步步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力，提升學(xué)生的創(chuàng)造力。

四、教學(xué)過(guò)程

教學(xué)過(guò)程包含新課導(dǎo)入、新課講授、小組合作學(xué)習(xí)、成果展示、交流與評(píng)價(jià)五個(gè)環(huán)節(jié)，其中評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程。本節(jié)將以“物流搬運(yùn)”一課的教學(xué)為例，展示教學(xué)過(guò)程。

（一）新課導(dǎo)入

課程采用視頻導(dǎo)入的方式，展示無(wú)人機(jī)在物流搬運(yùn)任務(wù)中的各項(xiàng)操作，使學(xué)生在觀看視頻的過(guò)程中明確學(xué)習(xí)任務(wù)及要取得的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生要利用多方面的感官集中注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，跟隨教師的引導(dǎo)，引出本課中物品識(shí)別及精準(zhǔn)投放任務(wù)內(nèi)容。

（二）新課講授

1硬件知識(shí)

簡(jiǎn)述磁吸傳感器的作用及工作原理，利用磁鐵的性質(zhì)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)了解磁吸傳感器的工作原理，詳細(xì)說(shuō)明利用二維碼讀取識(shí)別的過(guò)程，達(dá)到吸附抓取與精準(zhǔn)投放的目的。

2軟件知識(shí)

掌握LiteBee Go軟件中磁吸傳感器的加載與二維碼標(biāo)簽的識(shí)別方法。通過(guò)教師的演示操作，學(xué)生看清在這個(gè)軟件中編程所需要用到的編碼模塊，以及二維碼標(biāo)簽的識(shí)別所需的各項(xiàng)編程代碼。

（三）小組合作學(xué)習(xí)

在學(xué)生了解基本編程方法的基礎(chǔ)上，小組合作學(xué)習(xí)完成探究任務(wù)。小組成員要明確分工，認(rèn)識(shí)磁吸傳感器的外觀并將其連接到無(wú)人機(jī)上的正確位置上；完成實(shí)現(xiàn)物流搬運(yùn)的程序設(shè)計(jì)，并在LiteBee Go軟件中編寫(xiě)程序完整代碼、功能調(diào)試，時(shí)間充裕的小組還可以繼續(xù)進(jìn)入下一步的教學(xué)環(huán)節(jié)——成果展示與設(shè)計(jì)思路說(shuō)明。利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)小組成員間的分工與合作，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。探究過(guò)程中，教師進(jìn)行巡視，及時(shí)指導(dǎo)糾錯(cuò)。

（四）成果展示

成果展示環(huán)節(jié)主要是請(qǐng)各小組派出一名代表展示自己小組的作品，即在場(chǎng)地試飛本小組的無(wú)人機(jī)，并講解設(shè)計(jì)思路與調(diào)試方法，以確定是否能按照預(yù)期要求完成規(guī)定的飛行與物流搬運(yùn)任務(wù)。在無(wú)人機(jī)試飛的過(guò)程中，由于受電池電量及風(fēng)速等其他因素的影響，難免出現(xiàn)偏差，在此過(guò)程中教師要鼓勵(lì)學(xué)生保持耐心與細(xì)心。各個(gè)小組在認(rèn)真觀看和聆聽(tīng)其他小組的展示及報(bào)告后，針對(duì)各組展示的內(nèi)容，學(xué)生之間先相互討論，以達(dá)到學(xué)生之間互相啟發(fā)的目的，最后由教師總結(jié)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題并進(jìn)行答疑解惑，使學(xué)生明晰思路，形成整體認(rèn)知。

（五）交流與評(píng)價(jià)

交流與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)可以與上一環(huán)節(jié)的討論、答疑相結(jié)合，在各小組成員分享和展示各組成果的過(guò)程中，教師可以帶領(lǐng)其他小組學(xué)生開(kāi)展相互評(píng)價(jià)活動(dòng)，最后由教師進(jìn)行評(píng)價(jià)與總結(jié)。

評(píng)價(jià)是貫穿于教學(xué)整個(gè)過(guò)程的，包括形成性評(píng)價(jià)、總結(jié)性評(píng)價(jià)及自評(píng)互評(píng)和教師評(píng)價(jià)。通過(guò)多方評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，更大限度地啟發(fā)學(xué)生，拓展其思維，最終形成完整且可行的作品。此外，也使學(xué)生真正掌握本節(jié)“物流搬運(yùn)”的知識(shí)與技能，在動(dòng)手設(shè)計(jì)與編程的過(guò)程中掌握代碼的用法與意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與熱情，認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性。

結(jié)語(yǔ)

學(xué)校無(wú)人機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐，讓學(xué)生在做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)、合作中學(xué)，不僅在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力與團(tuán)隊(duì)合作能力，而且激發(fā)了其對(duì)智能航空航天科技的興趣。同時(shí)，通過(guò)編程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，提升了學(xué)生的邏輯思維、計(jì)算思維和創(chuàng)造能力，也使學(xué)校在許多競(jìng)賽項(xiàng)目上獲得了榮譽(yù)，也堅(jiān)定了學(xué)校、教師和學(xué)生繼續(xù)努力探索學(xué)習(xí)無(wú)人機(jī)項(xiàng)目的信心，取得了預(yù)期效果。

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