趙 黎
(山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院測繪工程系,山西運城 044000)
無人機技術(shù)作為現(xiàn)代科技的重要組成部分,在農(nóng)業(yè)、環(huán)保、航空等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。高職院校作為培養(yǎng)技術(shù)人才的重要陣地,肩負(fù)著培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)需求的人才的任務(wù)。然而,傳統(tǒng)的課程設(shè)置和教學(xué)方法已經(jīng)難以適應(yīng)快速發(fā)展的無人機技術(shù)領(lǐng)域,亟須創(chuàng)新。
無人機技術(shù)作為當(dāng)今社會中引人矚目的前沿領(lǐng)域之一,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、測繪、救援、環(huán)保等多個領(lǐng)域。這種技術(shù)的快速發(fā)展對相關(guān)人才的需求也日益增加,高職院校在培養(yǎng)適應(yīng)無人機技術(shù)應(yīng)用和研發(fā)要求的專業(yè)人才方面扮演著不可或缺的角色。
隨著科技的不斷發(fā)展,無人機技術(shù)在多個領(lǐng)域的應(yīng)用前景變得愈發(fā)廣闊。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,無人機可以通過精確的農(nóng)田監(jiān)測,實時獲取土壤濕度、作物生長狀態(tài)等信息,從而優(yōu)化農(nóng)作物管理和施肥計劃,提高產(chǎn)量和品質(zhì)。在環(huán)保領(lǐng)域,無人機可以監(jiān)測空氣質(zhì)量、水體污染等,及時發(fā)現(xiàn)并解決環(huán)境問題[1]。在航空領(lǐng)域,無人機用于航拍和地理信息系統(tǒng)制圖,能夠準(zhǔn)確獲取地形數(shù)據(jù),為規(guī)劃和建設(shè)提供支持。這些應(yīng)用場景的不斷拓展,對無人機技術(shù)人才的需求日益增加。
高職院校在培養(yǎng)技術(shù)人才方面具有獨特優(yōu)勢。相較于大學(xué),高職教育更加注重實際操作技能的培養(yǎng),強調(diào)學(xué)以致用。在無人機技術(shù)領(lǐng)域,學(xué)生需要具備操作無人機設(shè)備、進行維護和故障排除的能力,這對實際操作技能的培養(yǎng)提出了更高要求。同時,高職教育也注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊合作精神,這對于無人機技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用至關(guān)重要。
無人機技術(shù)的復(fù)雜性要求學(xué)生具備跨學(xué)科的綜合素質(zhì)。例如,設(shè)計一架無人機不僅需要機械工程的機構(gòu)設(shè)計,還需要電子工程的控制系統(tǒng)設(shè)計以及計算機科學(xué)的程序編寫能力。飛行路徑的規(guī)劃需要融合地理信息和數(shù)學(xué)建模。這些要求使得高職無人機技術(shù)課程的教學(xué)不能僅停留在某個專業(yè)領(lǐng)域,而是需要將多學(xué)科知識融入課程中,培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。
綜上所述,高職無人機技術(shù)課程教學(xué)的重要性不僅體現(xiàn)在滿足無人機技術(shù)行業(yè)對專業(yè)人才的需求,更體現(xiàn)在培養(yǎng)學(xué)生的實際操作技能、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)上。高職院校在這一領(lǐng)域的教育使命是為學(xué)生提供跨學(xué)科綜合知識和實際操作技能,使他們能夠迅速適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求,為無人機技術(shù)的發(fā)展貢獻人才支持。
高職院校的課程更新周期較長,導(dǎo)致課程內(nèi)容往往不能及時反映行業(yè)最新的發(fā)展動態(tài)。在無人機技術(shù)領(lǐng)域,新的應(yīng)用場景、新的傳感器技術(shù)、新的飛行控制方法等不斷涌現(xiàn),但傳統(tǒng)的課程體系很難在短時間內(nèi)進行更新。這使得學(xué)生畢業(yè)后可能對最新的技術(shù)和趨勢不夠了解,影響了他們的職業(yè)競爭力。
現(xiàn)代無人機技術(shù)融合了機械、電子、計算機等多個學(xué)科領(lǐng)域的知識。然而,高職院校的課程設(shè)置通常偏向某一專業(yè)領(lǐng)域,導(dǎo)致學(xué)生難以全面理解無人機技術(shù)的多個方面。缺乏跨學(xué)科融合使得學(xué)生很難將各個學(xué)科領(lǐng)域的知識有機地結(jié)合起來,從而制約了他們在實際應(yīng)用中的創(chuàng)新能力[2]。
無人機技術(shù)的學(xué)習(xí)需要大量的實際操作,包括無人機的組裝、調(diào)試、飛行操作和故障排除等。然而,目前很多高職院校的課程設(shè)置中實踐環(huán)節(jié)較少。學(xué)生缺乏充分的實踐練習(xí)機會,導(dǎo)致他們在實際操作中可能遇到困難。理論知識和實際操作的不匹配使得學(xué)生在應(yīng)用中可能存在較大的誤差。
傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要以課堂講授為主,缺乏互動和實際操作環(huán)節(jié)。這種單一的教學(xué)方式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。在無人機技術(shù)領(lǐng)域,學(xué)生需要實際操作來鞏固所學(xué)知識,但傳統(tǒng)教學(xué)方法無法滿足這種需求。現(xiàn)代教育技術(shù)手段,如虛擬仿真和在線實驗平臺,可以更好地支持實踐性教學(xué),但目前應(yīng)用較少。
綜上所述,高職院校無人機課程設(shè)置和教學(xué)方法的現(xiàn)有問題在于課程滯后、缺乏跨學(xué)科融合、實踐環(huán)節(jié)不足以及傳統(tǒng)教學(xué)方法的單一性。這些問題制約了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。針對這些問題,需要在課程設(shè)計和教學(xué)方法上進行創(chuàng)新,以更好地滿足學(xué)生和行業(yè)的需求。
跨學(xué)科融合的課程設(shè)計在高職院校的無人機技術(shù)課程中扮演著關(guān)鍵角色。這種設(shè)計追求將機械、電子、計算機等多個學(xué)科領(lǐng)域的知識有機融合,以培養(yǎng)具有更全面、多維素質(zhì)的專業(yè)人才。具體而言,課程設(shè)計可以從機械與電子的交叉出發(fā),引入機械設(shè)計與電子控制相結(jié)合的實際案例,要求學(xué)生在設(shè)計無人機的外形和結(jié)構(gòu)時同時考慮電子系統(tǒng)的集成和優(yōu)化。此外,跨學(xué)科還延伸至計算機與數(shù)據(jù)分析的融合,通過飛行控制與路徑規(guī)劃課程,將計算機科學(xué)和數(shù)據(jù)分析的知識與無人機技術(shù)緊密結(jié)合,使學(xué)生在飛行控制算法編寫的同時也能處理產(chǎn)生的大量飛行數(shù)據(jù)。而實際案例的應(yīng)用則是跨學(xué)科融合的實際體現(xiàn),學(xué)生通過解決實際問題,逐漸理解各學(xué)科知識之間的聯(lián)系和交叉應(yīng)用。此外,組織跨學(xué)科團隊項目可以將不同專業(yè)背景的學(xué)生匯聚在一起,共同完成一個綜合性的無人機項目,加強他們在實際操作中的跨學(xué)科合作和應(yīng)用能力。
例如,課程中引入了一個項目,要求學(xué)生設(shè)計一架用于環(huán)境監(jiān)測的無人機系統(tǒng)。這個項目涉及機械設(shè)計、電子控制、計算機編程和數(shù)據(jù)分析等多個學(xué)科領(lǐng)域的知識。學(xué)生首先需要設(shè)計無人機的機體結(jié)構(gòu),考慮如何減小風(fēng)阻以提高飛行效率。同時,他們需要集成傳感器,測量環(huán)境中的溫度、濕度、污染物等數(shù)據(jù)。這就涉及機械設(shè)計與電子控制的融合。接著,學(xué)生需要編寫飛行控制算法,實現(xiàn)無人機的穩(wěn)定飛行和路徑規(guī)劃,這就需要將計算機科學(xué)和飛行控制原理相結(jié)合。在飛行過程中,無人機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要收集并進行分析,這就涉及數(shù)據(jù)分析技術(shù)。通過這個項目,學(xué)生將在解決實際問題的過程中體驗到不同學(xué)科的融合,培養(yǎng)綜合素質(zhì)和實踐操作能力,為將來投身無人機技術(shù)領(lǐng)域做好準(zhǔn)備。這個例子生動地展示了跨學(xué)科融合課程設(shè)計如何在實際情境中發(fā)揮作用,培養(yǎng)出具備綜合能力的專業(yè)人才。綜合來看,跨學(xué)科融合的課程設(shè)計不僅培養(yǎng)出知識面廣泛的專業(yè)人才,更讓他們能夠在實際問題中快速反應(yīng)和創(chuàng)新解決,為無人機技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力。
實踐導(dǎo)向的課程設(shè)計在高職院校的無人機技術(shù)課程中具有重要作用。通過將理論知識與實際操作緊密結(jié)合,學(xué)生可以更加深入地理解和掌握無人機技術(shù),培養(yǎng)實際操作能力和解決問題的能力。課程設(shè)計中的實踐環(huán)節(jié)應(yīng)該涵蓋無人機的不同方面,包括組裝、調(diào)試和飛行操作等[3]。在組裝環(huán)節(jié),學(xué)生將親自動手將各個零部件組裝成一架完整的無人機,從而了解每個部件的功能和連接方式。在調(diào)試環(huán)節(jié),學(xué)生需要調(diào)整飛行控制參數(shù),確保無人機能夠穩(wěn)定飛行。而飛行操作環(huán)節(jié)則讓學(xué)生親自操作無人機進行飛行,體驗飛行過程中的挑戰(zhàn)和技巧。通過這些實際操作環(huán)節(jié),學(xué)生可以鍛煉操作技能,提高操作的熟練度。同時,實際操作也能夠讓學(xué)生更加深入地理解課程中的理論知識。
例如,在高職院校的無人機技術(shù)課程中,實踐導(dǎo)向的課程設(shè)計可以包括一個飛行控制實驗案例。在這個案例中,學(xué)生將親自操作無人機進行飛行,通過實際操作來理解飛行控制原理以及不同操作對飛行行為的影響。學(xué)生會在課堂上學(xué)習(xí)關(guān)于飛行控制的基本理論知識,包括姿態(tài)控制、航跡規(guī)劃等方面的內(nèi)容。然后,他們將進入飛行實驗環(huán)節(jié)。在這個實驗中,學(xué)生會使用遙控器控制無人機進行起飛、飛行、轉(zhuǎn)彎、下降等操作。通過親身操控,學(xué)生可以感受到不同操作對無人機飛行狀態(tài)的影響,例如改變俯仰角、偏航角等。他們可以親眼見到飛行過程中的變化,進而理解飛行控制原理的實際應(yīng)用。在這個案例中,學(xué)生可能會遇到飛行時的穩(wěn)定性問題,例如在飛行中出現(xiàn)抖動或失控的情況。通過調(diào)整遙控器的操作,他們可以嘗試解決這些問題,從而加深對飛行控制原理的理解。此外,他們還可以體驗到飛行中的風(fēng)力、空氣動力等外部因素對飛行行為的影響,從而更好地理解飛行控制的復(fù)雜性。通過這個實際案例,學(xué)生不僅可以將抽象的理論知識具體化,還能夠培養(yǎng)操作技能和問題解決能力。他們將在實際操作中感受到飛行控制原理的實際應(yīng)用,加深對課程內(nèi)容的理解和記憶。這種基于實踐的學(xué)習(xí)方式不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還使他們更好地為將來在無人機領(lǐng)域的實際工作做好準(zhǔn)備。
無人機技術(shù)的復(fù)雜性和廣泛應(yīng)用性使得引入案例分析成為高職院校無人機技術(shù)課程中的重要環(huán)節(jié)。通過真實案例,學(xué)生能夠從實際問題中學(xué)習(xí),培養(yǎng)解決問題的能力、創(chuàng)新思維以及綜合運用知識的能力。在案例分析課程中,教師可以選取實際的無人機應(yīng)用場景,如農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測、搜索與救援等。學(xué)生將對這些案例進行深入分析,從技術(shù)、環(huán)境、法律等多個角度考慮,尋找解決方案。例如,就農(nóng)業(yè)植保而言,學(xué)生可以分析如何設(shè)計無人機路徑以實現(xiàn)高效噴灑,同時避免對環(huán)境和農(nóng)作物的不良影響。他們需要綜合考慮飛行控制、傳感器應(yīng)用、飛行安全等多個方面的知識。在案例分析的過程中,學(xué)生還可以進行團隊合作,共同解決復(fù)雜問題。他們可以一起收集數(shù)據(jù)、制訂計劃、討論可行性,并最終提出解決方案。通過這種合作,他們不僅能夠分享不同領(lǐng)域的知識,還可以鍛煉團隊協(xié)作和溝通能力。案例分析課程還可以引導(dǎo)學(xué)生深入思考技術(shù)的社會影響和法律倫理等問題。例如,無人機的隱私問題、飛行安全法規(guī)等都是需要考慮的方面。通過思考這些問題,學(xué)生能夠更全面地理解無人機技術(shù)應(yīng)用的復(fù)雜性。
總之,案例分析的課程設(shè)計能夠培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、創(chuàng)新思維和綜合能力。通過從實際問題中學(xué)習(xí),學(xué)生可以更好地將理論知識應(yīng)用于實際,并為未來在無人機技術(shù)領(lǐng)域的工作做好準(zhǔn)備。同時,這種學(xué)習(xí)方式也培養(yǎng)了他們在面對復(fù)雜問題時的自信和能力。
項目驅(qū)動的教學(xué)方法是一種強調(diào)實際項目實踐的教學(xué)策略,在高職院校的無人機技術(shù)課程中具有重要的教育價值。通過將課程內(nèi)容與真實的項目相結(jié)合,學(xué)生不僅能夠?qū)W習(xí)理論知識,還能夠在實際操作中應(yīng)用所學(xué)知識,培養(yǎng)解決問題和團隊合作的能力。
例如,可以設(shè)計一個無人機設(shè)計與制作的項目,要求學(xué)生團隊合作,從零開始設(shè)計、制造和飛行一架無人機。在這個項目中,學(xué)生需要涉及機械設(shè)計、電子控制、飛行控制、傳感器應(yīng)用等多個領(lǐng)域的知識。首先,學(xué)生需要進行市場調(diào)研,了解當(dāng)前無人機技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢,確定項目目標(biāo)和要求。接著,他們將設(shè)計無人機的機體結(jié)構(gòu)、選用電子元件、編寫飛行控制程序等。在組裝和調(diào)試階段,學(xué)生將親自動手將零部件組裝成一架完整的無人機,進行測試和優(yōu)化,確保其能夠穩(wěn)定飛行。這樣的項目設(shè)計能夠使學(xué)生在實際操作中學(xué)習(xí)知識,培養(yǎng)技能。通過實際操控?zé)o人機的過程,學(xué)生將深入了解飛行控制原理、電子元件的應(yīng)用、機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計等方面的知識[4]。同時,由于項目需要團隊合作,學(xué)生還將培養(yǎng)協(xié)作和溝通能力,學(xué)會與他人協(xié)同工作,解決問題。這種項目驅(qū)動的教學(xué)方法在實際教學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用價值。學(xué)生通過參與實際項目,不僅能夠增強對課程內(nèi)容的理解,還能夠提高解決實際問題的能力,為將來的職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備。同時,這種方法也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力,使教學(xué)更具吸引力和實用性。
例如,一個具體的案例是“應(yīng)用無人機進行環(huán)境監(jiān)測”。學(xué)生分為若干團隊,每個團隊負(fù)責(zé)設(shè)計、制造和飛行一架用于環(huán)境監(jiān)測的無人機。在項目中,學(xué)生需要從環(huán)境監(jiān)測的需求出發(fā),設(shè)計無人機的傳感器配置,選擇合適的飛行路徑以覆蓋監(jiān)測區(qū)域。通過實際飛行,學(xué)生可以獲取環(huán)境數(shù)據(jù),并進行數(shù)據(jù)分析,得出環(huán)境狀態(tài)的結(jié)論。這個項目要求學(xué)生將所學(xué)的無人機技術(shù)應(yīng)用于實際問題的解決,培養(yǎng)實際操作能力和創(chuàng)新思維。項目的結(jié)果也可以為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域提供有益的信息和數(shù)據(jù)支持。
問題導(dǎo)向的教學(xué)方法是一種注重學(xué)生自主探究和解決問題的教學(xué)策略,它在高職院校的無人機技術(shù)課程中具有顯著的教育價值。通過提出實際問題情境,要求學(xué)生主動參與問題的分析、研究和解決,這種方法能夠培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、創(chuàng)新思維以及自主學(xué)習(xí)的能力。
在問題導(dǎo)向的教學(xué)中,教師可以提出一個具體的問題,例如,“在強風(fēng)條件下,無人機無法保持穩(wěn)定飛行,應(yīng)該如何解決這個問題?”學(xué)生將被鼓勵積極參與問題的討論和分析,收集相關(guān)信息,探究可能的原因,尋找可能的解決方案。在這個過程中,學(xué)生需要運用所學(xué)的飛行控制、氣動原理、傳感器應(yīng)用等知識,并結(jié)合實際情境進行推理。問題導(dǎo)向的教學(xué)方法能夠培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和解決問題的能力。學(xué)生不僅需要理解理論知識,還需要將其應(yīng)用于實際情境中,考慮多個因素的綜合影響。例如,對于強風(fēng)導(dǎo)致穩(wěn)定飛行的問題,學(xué)生可能需要分析無人機的設(shè)計結(jié)構(gòu)、飛行控制算法、風(fēng)力的特性等,從多個角度尋找可能的解決方案。
隨著科技的不斷發(fā)展,遠(yuǎn)程教學(xué)在高職院校的無人機技術(shù)課程中正呈現(xiàn)出創(chuàng)新的潛力。遠(yuǎn)程教學(xué)通過在線平臺,讓學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)課程內(nèi)容、參與討論、進行實驗等,極大地豐富了學(xué)習(xí)方式,同時克服了地域限制,使更多的學(xué)生能夠獲得高質(zhì)量的教育資源[5]。遠(yuǎn)程教學(xué)的教學(xué)方法在無人機技術(shù)課程中有著廣泛的應(yīng)用。一種典型的應(yīng)用是使用虛擬仿真平臺進行無人機飛行模擬。學(xué)生可以通過計算機或其他終端進入虛擬環(huán)境,在模擬的飛行場景中體驗無人機的飛行操作。他們可以學(xué)習(xí)飛行控制技術(shù),進行不同飛行任務(wù)的模擬,體驗不同氣象和環(huán)境條件下的飛行挑戰(zhàn),而無須實際將無人機送上天空。這不僅節(jié)省了成本和風(fēng)險,還讓學(xué)生能夠在安全的環(huán)境中學(xué)習(xí)和實踐。例如,在“無人機飛行模擬課程”中,學(xué)生可以通過遠(yuǎn)程教學(xué)平臺進入虛擬的飛行環(huán)境。在這個平臺上,他們可以選擇不同類型的無人機和不同的場景,模擬不同的飛行任務(wù)。例如,學(xué)生可以模擬在山區(qū)、城市或海洋等環(huán)境中的飛行,體驗不同氣象條件對飛行的影響,同時學(xué)習(xí)飛行控制的技術(shù)。教師可以設(shè)置飛行任務(wù),要求學(xué)生按照任務(wù)要求完成模擬飛行,并根據(jù)模擬結(jié)果進行分析和討論。通過這個案例,學(xué)生可以在安全的虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)飛行技術(shù),獲得實際飛行的體驗,為將來的實際操作做好準(zhǔn)備。
遠(yuǎn)程教學(xué)還可以通過在線平臺進行課堂討論和互動。學(xué)生可以與教師和其他同學(xué)進行實時的討論,分享問題和解決方案。教師可以通過網(wǎng)絡(luò)課堂進行知識講解、案例分析等,同時設(shè)置在線作業(yè)和測驗,幫助學(xué)生鞏固所學(xué)內(nèi)容。
在高職院校的無人機技術(shù)課程中,建立一個全面的綜合評價體系是確保教學(xué)質(zhì)量和課程有效性的重要一環(huán)。這一評價體系涵蓋了多個方面,旨在綜合考量學(xué)生的知識掌握、實際操作技能、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力,以確保他們畢業(yè)后具備應(yīng)對實際復(fù)雜問題的綜合素質(zhì)。其中,知識掌握評價通過課堂測試、作業(yè)和考試等方式,評估學(xué)生對無人機技術(shù)理論知識的掌握情況。實際操作能力評價則著重于實驗、項目作業(yè)和實際操作考核,以考查學(xué)生在無人機制造、組裝、調(diào)試和飛行等方面的實際操作技能。創(chuàng)新能力評價通過案例分析、問題解決和創(chuàng)新項目評估學(xué)生是否具備獨立思考、創(chuàng)新解決問題的能力。團隊合作能力評價則關(guān)注于項目合作和團隊作業(yè),以評估學(xué)生在團隊中的協(xié)作和溝通技能。此外,綜合評價體系還包括對學(xué)生在實際應(yīng)用場景中表現(xiàn)的評價,這有助于考察他們在真實環(huán)境下的適應(yīng)能力。最后,建立反饋和改進機制,讓學(xué)生對課程進行評價,以促進教學(xué)不斷改進和優(yōu)化。通過這一綜合評價體系,高職院校可以更準(zhǔn)確地了解學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力水平,有針對性地調(diào)整課程和教學(xué)方法。同時,學(xué)生也能夠清楚地認(rèn)識到自身的優(yōu)勢和不足,為個人發(fā)展提供有力的指導(dǎo)。這一完善的評價體系將推動無人機技術(shù)課程持續(xù)優(yōu)化,確保畢業(yè)生具備與實際需求相符的綜合能力,為未來的職業(yè)道路奠定堅實基礎(chǔ)。
隨著無人機技術(shù)的不斷演進,對于高職院校來說,持續(xù)關(guān)注最新的技術(shù)發(fā)展,不斷優(yōu)化課程設(shè)置和教學(xué)方法,是確保學(xué)生能夠跟上行業(yè)發(fā)展步伐的關(guān)鍵。只有保持學(xué)術(shù)性、專業(yè)性、正確性、科學(xué)性和邏輯性,將最新的相關(guān)領(lǐng)域知識應(yīng)用于教學(xué)實踐,才能培養(yǎng)出勝任未來無人機技術(shù)工作的優(yōu)秀人才。通過不斷創(chuàng)新,高職院校無人機技術(shù)課程的教育質(zhì)量和教學(xué)效果將得到進一步提升,為學(xué)生鋪平職業(yè)道路。