高职院校开设无人机结构与系统公选课的探索
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雷英栋 吴湘莲 周乐
摘 要：无人机行业的快速发展，对高素质无人机专业技能人才的需求量巨大，高职院校开展无人机相关教学对行业发展具有重要意义。本文从分析开设无人机专业的难点出发，结合笔者学校实际情况分析开设无人机相关课程的可行性，对开设无人机结构与系统公选课进行教学探索，确定课程教学内容、方法、考核评价标准，注重学生动手能力和创新能力的培养，为高职院校开展无人机相关教学提供参考，为开设无人机应用技术专业铺路。
关键词：高职院校无人机公选课 可行性 教学探索
近年来，无人机的发展和应用受到了世界各国的普遍重视，无人机使用成本低，效率高，机动性能好，应用范围广，在各行各业越来越被广泛认可，并发挥了不可替代的作用。无人机市场的快速膨胀催生了对高素质无人机专业技术人才培养的迫切需求，越来越多的青年学生对无人机技术产生了浓厚的兴趣，培养无人机专业技术人才势在必行。推动无人机相关教学在高校的开展具有十分重要的意义。
一、开设无人机专业的难点
1.师资问题
无人机综合集成了航空技术、控制技术、机械设计等多学科技术，开设无人机专业需要专业的师资队伍。而目前多数的教师队伍以机电一体化、自动控制专业为主，向无人机专业转型需要时间。同时行业发展迅速，无人机高技能人才就业前景光明，学校受制于吸引力、政策等因素，引进相关专业教师难度较大，师资问题困扰院校无人机专业建设。
2.设备问题
无人机实训场地建设投入较大，实训场地需要建设模拟飞行机房、室内组装实训实验室、室外试飞场等，另外实训器材和耗材的价格不菲，在学生训练过程中的损耗也较大。在招生人数不确定、师资队伍建设不成熟的情况下，大资金、单一专业的设备投入，对于一般院校而言不符合实际。
3.就业问题
目前，已开设无人机专业的高职院校毕业生，就业多去无人机应用服务型企业，从事飞行工作。企业普遍要求学生持有无人机飞行驾照。市面上较为认可的无人机驾照有三类：AOPA、ASFC和大疆慧飞。企业更为认可AOPA颁发的无人机驾照，但是AOPA考证价格高昂，培训周期长，学生可能无法承担，从而对就业产生影响。
4.安全问题
无人机课程多是理实一体化课程，实训教学需要学生动手组装并调试无人机，电机转速高，螺旋桨锋利，容易造成安全事故。另外，在进行飞行训练时，学生本身基础薄弱，初次接触无人机激动又紧张，容易产生错误操作，导致飞机失控。无人机飞行本身容易受到天气、磁场等客观因素的影响，一旦失控必然对人员、财产等造成损害。因此，实训教学必须制定严格的安全行为规范，同时选择人少空旷或者封闭的室内进行训练。
二、开设无人机相关课程的意义
1.有助于探索高职院校无人机教学模式
高职院校开设无人机专业是一个新的发展方向，通过开设无人机相关课程，例如开设无人机公选课，制定课程标准，选择确定课程教学内容;完成无人机公选课的教学设计和实践;制定无人机公选课的教学考核评价标准。从而探索适合高职院校无人机教学的新模式，为今后开设无人机相关专业及课程积累经验。
2.有利于选拔学生参与无人机专业竞赛
每年国内都有不同类型的无人机专业竞赛，各类大赛举办多年，影响力巨大，吸引各个高校成百上千支队伍参与其中。通过无人机相关课程的开设，学生有机会参与无人机的设计、制作、调试和维修等环节，为选拔学生参与竞赛做好人员储备，由竞赛带动教学，教学辅助竞赛。
3.有助于培养学生学习无人机知识的激情
无人机虽小却足以体现现代飞机的主要技术特征与原理。通过无人机相关课程的开设，课堂教学与实验教学相结合，让学生获取无人机相关技术理论知识，有助于普及航空知识，并极大地提升学生对无人机的兴趣和热情。通过无人机的模拟器训练，让学生体验飞行感觉，锻炼学生的模拟飞行能力，具备基本的无人机操控能力，增加将来操控无人机的信心和能力。
三、开设无人机相关课程的可行性
1.师资队伍
为开展无人机教学，笔者学校对无人机课程建设高度重视，集合学院各学科的中坚力量组建课程开发团队，充分吸收了应用电子技术、机械电子工程、车辆工程等方面的师资力量，其中有课改和教学经验丰富的资深教师，还有充满活力、富有创造力的青年教师，培养了具备无人机飞行执照的实训指导教师，同时拥有丰富工程实践经验的企业导师，建立了一支结构合理、多学科融合的师资队伍。
2.设备条件
笔者学校已经完成了无人机实验室一期建设，主要购买了成品植保机、航拍机、工程训练机等，初步建立了无人机模拟飞行机房、组装调试实验室、飞行实训场等。依托校内电子创新实验室、机械创新實验室、机械加工实训室等，实验室具备多旋翼、固定翼无人机数字建模仿真，激光切割与线切割等设计和加工条件，为教师服务地方经济、学生科技创新、参与竞赛搭建平台。
另外，笔者学校联合国内多家无人机企业，已成功申报建设无人机技术应用协同创新中心，打造连接学校、政府、企业、研究机构、行业协会为一体的，以无人机系统集成与技术应用为任务的产学研开放式标准化协同创新平台，重点面向农业喷药、航拍、物流、巡检等行业领域，开展无人机制造及应用的技术研究和人才培养。
3.学生基础
笔者学校内学生参与航模、无人机竞赛氛围浓厚，学生积极参与了科研类全国航空航天模型锦标赛，浙江省青少年航空航天模型锦标赛，以科研类全国航空航天模型锦标赛为例，参赛队伍主要集中在本科及航空类院校，省内少有高职院校参加，笔者学校学生首次参赛就取得了优异成绩。
另外，笔者学校建立了无人机社团，广纳对无人机感兴趣的学生参与到社团活动中来，学习无人机的知识和技能。无人机社团为学生创新提供平台，对普及无人机知识，帮助学生参与航模、无人机相关竞赛提供帮助。教师也积极参与社团培训指导，协助建设所需的培训教材、资料、视频等资源。
四、无人机结构与系统公选课的初步探索
1.课程性质
无人机结构与系统课程是自然科学类的一门公共选修课，适用于机电一体化、电气自动化技术、应用电子技术等工科专业的学生。通过本课程的学习，使学生掌握固定翼、多旋翼无人机的基本知识及制作方法，具备固定翼、多旋翼无人机的操控技能，在此过程中培养学生的创新意识、创新设计能力及实践能力，以做中学的方式进行课程学习，有效激发学生的学习兴趣和创新意识，同时为学生参加各类航空航天模型、无人机竞赛打下坚实基础。
2.教学内容
无人机结构与系统公选课设定3学分，总学时数48学时，包含理论教学和课内实践各24学时，将理论教学与课内实践充分地结合。参考市面上已有教材，结合笔者学校无人机实验室现有设备条件，依据国内无人机相关竞赛要求，确定该课程内容，旨在培养学生掌握无人机结构和工作原理，通过练习能够基本熟悉无人机的操控，并且学生能够独自完成无人机的组装和调试。
理论教学内容及学时分配：无人机系统概述（2学时）、无人机结构与飞行原理（4学时）、无人机电子设备（6学时）、无人机组装与调试（6学时）、无人机行业应用及竞赛解读（6学时）。
课内实践教学内容及学时分配：无人机结构认知（2学时）、飞行模拟器操控训练（8学时）、真机飞行体验操作（4学时）、无人机组装与调试（10学时）。
3.教学方法
充分利用实验室现有设备和现代化教学手段，采用情景引入和任务驱动的教学方法，学生自主学习和合作探究的学习方法，做到课堂教学与实践教学相结合，由易到难，层层递进，实现阶段递进式教学。
课堂教学环节，教师每次课布置任务，课上讲授并指导学生完成，学生小组合作，共同探索，完成任务;课下通过开放实验室和学生社团，建立学习平台，便于学生自主学习。
实践环节则是在学生已经掌握无人机相关基础知识后，让学生参与无人机模拟器飞行训练，完成无人机的组装与调试。由教师和社团成员共同制作无人机实践教学指导书并拍摄教学视频，指导学生参与课内实践。
4.教学考核评价标准
通过教学考核评价标准的制定，检验学生对于课程内容的掌握程度，同时也是检验教师教学目的是否达成的手段。教学考核评价项目分为：考勤评分（10%），课堂表现评分（20%）学生互评成绩（10%），实践成绩（40%），理论考试成绩（20%），五个维度全面考评学生学习掌握情况。
五、小结
在无人机行业飞速发展的有利形势下，本文从师资、设备、就业、安全四个方面分析了高職院校开设无人机专业的难点，从教学探索、学生竞赛等方面阐述了开设无人机相关课程的重要意义。同时，结合笔者所在学校的实际情况，分析了笔者学校开设无人机相关课程的可行性。另外，对开设无人机结构与系统公选课进行教学探索，确定了理实一体化的教学内容;通过教师情景引入、任务驱动的教学方法，学生自主学习、合作探究的学习方法，注重学生动手能力和创新能力的培养;建立了＂五位一体＂的教学考核评价标准，全面评价学生学习掌握情况;为高职院校开展无人机相关教学提供参考，为开设无人机应用技术专业铺路。
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