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摘要以高校飛行器控制與信息工程專業(yè)的無(wú)人駕駛航空器開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課程為例，立足非航空類高校的校情，創(chuàng)新性地提出學(xué)前教育、模塊化兩階段教學(xué)理念，明確無(wú)人飛行器專業(yè)“教、學(xué)、考、用”之間的關(guān)系，為高校無(wú)人飛行器專業(yè)人才的培養(yǎng)探索一套專業(yè)課程講授的方法，為非航空類高校提供借鑒。

關(guān)鍵詞高校;無(wú)人飛行器;教學(xué)方法;人才培養(yǎng)

0引言

隨著將中國(guó)航空航天有關(guān)裝備列入“中國(guó)制造2025”十大重點(diǎn)領(lǐng)域[1]和工業(yè)4.0概念的普及，我國(guó)航空航天制造業(yè)蓬勃發(fā)展，呈現(xiàn)出智能化、高端化、綜合化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，對(duì)航空航天制造類專業(yè)人才的需求和培養(yǎng)提出更高要求[2-3]。為了培養(yǎng)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求的創(chuàng)新型航空航天人才，高校開(kāi)設(shè)的航空類專業(yè)課程也應(yīng)與這些特點(diǎn)相呼應(yīng)。從2017年開(kāi)始，截止到2021年7月，國(guó)內(nèi)已有11所高校設(shè)置無(wú)人飛行器相關(guān)航空類專業(yè)——飛行器控制與信息工程，其中絕大部分高校是沒(méi)有航空專業(yè)背景的地方高校，無(wú)人飛行器專業(yè)課程的教學(xué)需要找到符合自身特點(diǎn)的教學(xué)方法。目前，我國(guó)航空類院校傳統(tǒng)的教學(xué)方法注重課堂知識(shí)點(diǎn)傳授和對(duì)基本知識(shí)掌握程度的考察，人才培養(yǎng)方面存在一定程度的不足。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的改革，培養(yǎng)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求的創(chuàng)新型航空航天人才，是推進(jìn)此類專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)[4]。

1教學(xué)方法改革的主要思路

1.1夯實(shí)基礎(chǔ)，著重能力培養(yǎng)，推行“學(xué)前教育”

無(wú)人駕駛航空器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用需要多門基礎(chǔ)專業(yè)課程作為先期課程。無(wú)人飛行器專業(yè)學(xué)生的一個(gè)非常重要的培養(yǎng)目標(biāo)就是能夠進(jìn)行無(wú)人飛行器的相關(guān)設(shè)計(jì)，但要進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)需要掌握多個(gè)不同課程的知識(shí)，所需前期課程如圖1所示。要求學(xué)生知道哪些專業(yè)課中的哪些知識(shí)是非常重要的，從而有針對(duì)性地著重學(xué)習(xí)，為今后無(wú)人飛行器的相關(guān)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

1.2組建教學(xué)基地，加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)

在校內(nèi)基本理論學(xué)習(xí)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，參與聯(lián)合建立校外實(shí)踐基地實(shí)習(xí)教學(xué)。通過(guò)一組相關(guān)聯(lián)的集成課程體系的學(xué)習(xí)，結(jié)合校內(nèi)實(shí)驗(yàn)和校外實(shí)踐，各個(gè)項(xiàng)目反復(fù)做好“做中學(xué)”，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作分享、利用無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)理論知識(shí)解決設(shè)計(jì)問(wèn)題和溝通交流的能力。

1.3教師主導(dǎo)、學(xué)生主體，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)踐能力

Winne[5]提出自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的三種途徑：接受針對(duì)自主學(xué)習(xí)的教學(xué)、學(xué)生的觀察學(xué)習(xí)、學(xué)生自己的探索。先要提高對(duì)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)例過(guò)程教學(xué)地位的認(rèn)知，切實(shí)把無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例教學(xué)看作一個(gè)子系統(tǒng)，而且是在整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)中，建立在理論教學(xué)基礎(chǔ)之上的子系統(tǒng)。這個(gè)子系統(tǒng)的任務(wù)是讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何在無(wú)人飛行器中分析遇到的問(wèn)題，并學(xué)會(huì)利用理論知識(shí)解決無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)問(wèn)題，具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臒o(wú)人飛行器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)研究等相關(guān)能力。然后再按照教學(xué)體系的總體考慮和學(xué)生知識(shí)水平布置學(xué)生進(jìn)行分組合作，將無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容按不同層次加以劃分。每一個(gè)層次中，學(xué)生的無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)能力和在此基礎(chǔ)上的創(chuàng)新都分配不同的培養(yǎng)任務(wù)。在實(shí)踐教學(xué)中，要求學(xué)生既要親自設(shè)計(jì)無(wú)人飛行器，又要思考創(chuàng)新，達(dá)成實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)。

1.4以工程實(shí)例教學(xué)為導(dǎo)向

案例教學(xué)法起源于美國(guó)哈佛大學(xué)，是美國(guó)職業(yè)教育普遍采用的教學(xué)方法之一[6]。它是指以知行合一、理論聯(lián)系實(shí)踐為目的，通過(guò)典型的無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單案例，給學(xué)生展示真實(shí)的無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)境；通過(guò)多向互動(dòng)，重點(diǎn)建立學(xué)生對(duì)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)各模塊知識(shí)應(yīng)用和團(tuán)隊(duì)合作的能力，促使學(xué)生理解無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)問(wèn)題中較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題[7]。案例教學(xué)法強(qiáng)調(diào)教學(xué)的主體是學(xué)生，尤其重視能力的培養(yǎng)，將被動(dòng)灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橛扇蝿?wù)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)探索，強(qiáng)調(diào)互動(dòng)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生集體意識(shí)。在此過(guò)程中，教學(xué)與經(jīng)典工程實(shí)例建立直接的聯(lián)系，因此，案例教學(xué)法非常適合航空類無(wú)人飛行器專業(yè)課程的教學(xué)。

1.5創(chuàng)新考核機(jī)制

改革傳統(tǒng)的期末考試形式，在整個(gè)課程教學(xué)中彈性考核，增加教學(xué)過(guò)程考核，充分尊重學(xué)生的興趣和愛(ài)好。在整個(gè)學(xué)期內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)的自學(xué)能力，讓學(xué)生對(duì)自己的課程學(xué)習(xí)計(jì)劃進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

2教學(xué)方法改革的具體措施

創(chuàng)新地提出學(xué)前教育、模塊化，兩個(gè)階段等教學(xué)方法與教學(xué)手段，如圖2所示，教學(xué)方法改革的具體措施如下。2.1創(chuàng)新性地提出課程的學(xué)前教育無(wú)人駕駛航空器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課程需要用到多個(gè)課程的知識(shí)，在無(wú)人飛行器專業(yè)大一新生報(bào)到后，給學(xué)生開(kāi)一次無(wú)人飛行器知識(shí)或課程講座，介紹該專業(yè)最重要的專業(yè)課——如何設(shè)計(jì)一架簡(jiǎn)單的無(wú)人機(jī)，給學(xué)生介紹需要用到哪些課程、哪些知識(shí)，讓學(xué)生從大一開(kāi)始就參與無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的超前性。

2.2理論聯(lián)系實(shí)際，積極組織比賽

無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)需要多動(dòng)手，聯(lián)系相關(guān)公司贊助每年舉行一次校級(jí)無(wú)人機(jī)航模比賽，要求大一、大二所有無(wú)人機(jī)專業(yè)的學(xué)生參加，并給予一定的學(xué)分及物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。讓無(wú)人飛行器專業(yè)的學(xué)生從大一入學(xué)后就親自參與無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)，大三或大四的學(xué)生可以將已掌握的無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)知識(shí)應(yīng)用到比賽當(dāng)中。各年級(jí)學(xué)生相互學(xué)習(xí)，相互促進(jìn)，在動(dòng)手鍛煉中夯實(shí)理論知識(shí)，掌握無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)，動(dòng)手動(dòng)腦，全面發(fā)展。

2.3模塊化，兩個(gè)階段

根據(jù)所講課程的內(nèi)容，將其分為不同的無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)模塊，分別講解。第一階段，初期教學(xué)以統(tǒng)一教學(xué)為主，講解相關(guān)的無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)知識(shí)；第二階段，充分認(rèn)識(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，將學(xué)生分組，小組之內(nèi)相互學(xué)習(xí)、相互幫助，直到小組成員都掌握無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)這門課程的相關(guān)知識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題所需思維的訓(xùn)練，充分發(fā)揮學(xué)生在無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中的積極主動(dòng)性，不僅能夠使學(xué)生感受無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，還可以讓學(xué)生領(lǐng)悟?qū)W習(xí)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程和無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)果同樣重要。

2.4課前、課中、課后及最后五分鐘

課前除預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)外，給學(xué)生選取無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)相關(guān)且具有工程性的例子讓學(xué)生思考；課中除理論知識(shí)講解外，抽出某幾次課講解無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)中的經(jīng)典工程實(shí)例，讓學(xué)生學(xué)到具體的設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)生實(shí)際解決無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)中基本問(wèn)題的能力；課后除布置精選的具有代表性的作業(yè)外，也精選一些工程性設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生動(dòng)手解決工程中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題；根據(jù)上課情況，選擇幾次課最后五分鐘左右時(shí)間，集中回答學(xué)生遇到最多的問(wèn)題，并進(jìn)行討論。

2.5創(chuàng)新考核機(jī)制

改革傳統(tǒng)的期末考試形式，充分尊重學(xué)生對(duì)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)所需知識(shí)的自主學(xué)習(xí)能力，幫助學(xué)生規(guī)劃符合自身特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、實(shí)踐計(jì)劃。在整個(gè)課程教學(xué)中彈性考核，增加教學(xué)過(guò)程考核，隨堂小測(cè)、參加比賽、實(shí)踐實(shí)習(xí)、學(xué)術(shù)小論文等均可作為課程的考核指標(biāo)。

2.6后期教育

無(wú)人駕駛航空器設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)應(yīng)用課程結(jié)束之后，學(xué)生可回到實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)從事復(fù)雜高級(jí)無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，為進(jìn)一步掌握無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)打下更好的基礎(chǔ)。

2.7聯(lián)系相關(guān)無(wú)人機(jī)公司

為學(xué)生提供較好的無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)習(xí)基地，讓學(xué)生能夠應(yīng)用在校內(nèi)學(xué)習(xí)的無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)理論知識(shí)與無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，形成校內(nèi)教學(xué)、校外實(shí)踐于一體的教學(xué)模式。

2.8與其他高校交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn)

無(wú)人駕駛航空器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是一門融合多個(gè)學(xué)科知識(shí)的課程，相關(guān)教學(xué)方法需要時(shí)間來(lái)驗(yàn)證?？梢匀ズ娇疹惛咝Ｕ{(diào)研，學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)方法和教學(xué)理論，為課題的開(kāi)展和建立具有中原工學(xué)院特色的地方高校無(wú)人飛行器專業(yè)課程教學(xué)方法提供參考。

2.9思政元素融入

從國(guó)內(nèi)權(quán)威報(bào)告等渠道廣泛收集整理截至目前我國(guó)在無(wú)人飛行器領(lǐng)域取得的一些代表性成就，以及我國(guó)圍繞無(wú)人飛行器所做的戰(zhàn)略規(guī)劃，有機(jī)融入無(wú)人駕駛航空器設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)應(yīng)用專業(yè)課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，并通過(guò)分析無(wú)人飛行器產(chǎn)業(yè)發(fā)展背后的家國(guó)情懷，培養(yǎng)學(xué)生的歷史使命感。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)人飛行器專業(yè)課程進(jìn)行教學(xué)方法的改革，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)和開(kāi)展相關(guān)教學(xué)項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將有利于無(wú)人駕駛航空器設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)應(yīng)用專業(yè)課程的相關(guān)教學(xué)探索，有助于學(xué)生掌握從事航空類無(wú)人飛行相關(guān)專業(yè)所需的基礎(chǔ)知識(shí)以及專業(yè)知識(shí)，加強(qiáng)無(wú)人飛行器專業(yè)學(xué)生對(duì)無(wú)人飛行器設(shè)計(jì)的綜合掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)不斷自學(xué)提升自己從事無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)所需知識(shí)和設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)、解決設(shè)計(jì)過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題的能力，拓展學(xué)生知識(shí)面，增加系統(tǒng)的工程實(shí)踐經(jīng)歷，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)航空工程領(lǐng)域的相關(guān)工程技術(shù)問(wèn)題，并給出解決方案，培養(yǎng)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求的創(chuàng)新型航空航天人才。無(wú)人飛行器專業(yè)作為中原工學(xué)院航空類的新專業(yè)，是學(xué)校“一體兩翼”中的兩個(gè)發(fā)展方向之一，也是學(xué)校具有代表性的一個(gè)專業(yè)。把這個(gè)專業(yè)建設(shè)好，尤其是把相關(guān)專業(yè)課程建設(shè)好，對(duì)學(xué)校無(wú)人飛行器專業(yè)的發(fā)展將有非常好的指導(dǎo)意義，將促進(jìn)專業(yè)建設(shè)、專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量等方面更好地發(fā)展。因此，本研究為中原工學(xué)院航空類無(wú)人飛行器專業(yè)人才培養(yǎng)探索一套無(wú)人飛行器專業(yè)課程講授的方法，為形成系統(tǒng)化的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)提供有力的支撐，為其他高職或地方本科高校無(wú)人飛行器專業(yè)人才培養(yǎng)提供借鑒。

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作者:張利民 路向陽(yáng) 柴旭朝 李召 溫鵬偉 周同馳 單位:中原工學(xué)院電子信息學(xué)院 中原工學(xué)院電子信息學(xué)院