陸淵章，徐振邦，董天天

(江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院， 江蘇 無(wú)錫 214153)

0 引言

為響應(yīng)國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略，面向以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為代表的新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，構(gòu)建創(chuàng)新卓越人才培養(yǎng)體系，實(shí)現(xiàn)電子信息產(chǎn)業(yè)的超越式發(fā)展，新工科理念下的電子信息專業(yè)創(chuàng)新模式應(yīng)運(yùn)而生[1]。工信部2017年12月發(fā)布《民用無(wú)人機(jī)制造業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》，提出到2020年，民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)值達(dá)到600億元，年均增速40%以上[2]。支持有條件的普通高校和職業(yè)院校設(shè)立無(wú)人機(jī)相關(guān)專業(yè)，建立多層次多類型的無(wú)人機(jī)人才培養(yǎng)和服務(wù)體系。鼓勵(lì)企業(yè)引進(jìn)國(guó)內(nèi)外高層次技術(shù)人才，加強(qiáng)技能人才培訓(xùn)[3]。更是將無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)培養(yǎng)方向?qū)懭肓恕镀胀ǜ叩葘W(xué)校高等職業(yè)教育(?？?專業(yè)目錄(2015年)修訂版》。國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)方向進(jìn)入高等學(xué)校人才培養(yǎng)體系較晚，國(guó)外的開展的略早些，2013年，美國(guó)奧本的GreenRiver College宣布將啟動(dòng)一個(gè)與無(wú)人機(jī)相關(guān)的課程。項(xiàng)目總監(jiān)George Comollo在KOMO的采訪中說(shuō)道：“我們將為學(xué)生提供如何操作無(wú)人機(jī)、如何構(gòu)建無(wú)人機(jī)以及如何修理無(wú)人機(jī)等方面的課程。”該課程將于2014年4月開始。2016年Google X 無(wú)人機(jī)項(xiàng)目與連鎖快餐企業(yè)Chipotle、弗吉尼亞理工大學(xué)聯(lián)手，在本月開展無(wú)人機(jī)配送墨西哥卷餅的的項(xiàng)目測(cè)試[7]。

本文結(jié)合電子信息專業(yè)實(shí)際，在現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案、課程體系及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件基礎(chǔ)上，在現(xiàn)有部分課程引入無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)，例如無(wú)人機(jī)裝配技術(shù)、無(wú)人機(jī)調(diào)試與維護(hù)技術(shù)、無(wú)人機(jī)檢修技術(shù)和無(wú)人機(jī)操控技術(shù)，有條件開設(shè)了無(wú)人機(jī)的二次開發(fā)課程及訓(xùn)練項(xiàng)目。

1 電子信息專業(yè)無(wú)人機(jī)平臺(tái)創(chuàng)新模式設(shè)計(jì)

1.1 新工科理念下創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式

新工科環(huán)境下電子信息專業(yè)在人才培養(yǎng)特色方面給出了一定的方向，以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)構(gòu)建高職綜合創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。本文重點(diǎn)研究系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)技術(shù)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)營(yíng)的每個(gè)環(huán)節(jié)，在技能實(shí)踐中確立工程系統(tǒng)觀，培養(yǎng)多學(xué)科交叉能力，鍛煉團(tuán)隊(duì)管理能力。基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)結(jié)合理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，完成理論知識(shí)基礎(chǔ)下的工程驗(yàn)證，以實(shí)踐技能補(bǔ)充課堂知識(shí)，隨之實(shí)踐引導(dǎo)興趣，利用無(wú)人機(jī)綜合創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)作為載體，滿足應(yīng)用需求，探索專業(yè)前沿，形成多角度、多層次、立體化的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。[5]

1.2 開放式平臺(tái)設(shè)計(jì)、突出高職教育特色

開放式平臺(tái)突出以新工科背景下構(gòu)建以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)的高職綜合實(shí)踐平臺(tái)，不斷優(yōu)化專業(yè)設(shè)置，不斷完善專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系。完善電子信息技術(shù)現(xiàn)有課程體系，嵌入無(wú)人機(jī)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和技能，有利于增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，還可以結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)的熱情[6]。課程層面模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐結(jié)合，實(shí)現(xiàn)開放式平臺(tái)設(shè)計(jì)，滿足單片機(jī)、嵌入式相關(guān)課程教學(xué)與開發(fā)的需求。

2 電子信息技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新模式實(shí)施

2.1 優(yōu)化教學(xué)資源，研發(fā)專業(yè)課程體系

從目前無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及高職學(xué)生的學(xué)習(xí)能力兩個(gè)角度來(lái)綜合分析，首先分析無(wú)人機(jī)的硬件技術(shù)門檻；其次分析無(wú)人機(jī)的軟件技術(shù)門檻。以目前高職學(xué)生實(shí)踐技能強(qiáng)的特點(diǎn)，技術(shù)門檻應(yīng)設(shè)置在無(wú)人機(jī)的組裝與操控層面，在原有課程中嵌入中無(wú)人機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)、無(wú)人機(jī)組裝、無(wú)人機(jī)調(diào)試、無(wú)人機(jī)飛行訓(xùn)練等主要內(nèi)容進(jìn)行建設(shè)，綜合使用各種案例，提供系統(tǒng)學(xué)習(xí)內(nèi)容，把線上線下的課程資源優(yōu)化學(xué)習(xí)[4]。由于目前國(guó)內(nèi)高職無(wú)人機(jī)相關(guān)課程尚未系統(tǒng)化，課程體系的建設(shè)應(yīng)從實(shí)踐的角度出發(fā)，分析大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研、技術(shù)應(yīng)用比較等前期工作初步總結(jié)出無(wú)人機(jī)課程建設(shè)模式，結(jié)合現(xiàn)有教學(xué)實(shí)際環(huán)境，研究并探索出一套行之有效的建設(shè)方案，同時(shí)主要根據(jù)課程建設(shè)一系列線上線下資源的引導(dǎo)，在具體的小范圍教學(xué)中反復(fù)實(shí)踐驗(yàn)證、調(diào)整建設(shè)方案、教學(xué)模式和教學(xué)資源，并最終形成以專業(yè)能力為主的課程體系優(yōu)化，如圖1所示。

2.2 項(xiàng)目化實(shí)訓(xùn)案例，跨體系融合專業(yè)知識(shí)

將無(wú)人機(jī)作為綜合實(shí)踐的平臺(tái)載體，根據(jù)企業(yè)和市場(chǎng)的需求來(lái)制定分析實(shí)踐項(xiàng)目可靠性，并產(chǎn)生需求規(guī)格說(shuō)明書；根據(jù)需求分析進(jìn)行可行性分析，產(chǎn)生可行性分析報(bào)告；由此進(jìn)行分析案例的主要功能要點(diǎn)，根據(jù)要點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能需求方面的系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)，建立系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和模塊的劃分[5]。

以工作任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式，將現(xiàn)有課程中常用電子儀器儀表的應(yīng)用訓(xùn)練、常用電子元器件的識(shí)別與檢測(cè)及電子產(chǎn)品的工藝與品質(zhì)檢測(cè)等構(gòu)成學(xué)習(xí)的載體。并根據(jù)無(wú)人機(jī)實(shí)訓(xùn)案例的需要選用適合的配件，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)和布局的設(shè)計(jì)，然后以無(wú)人機(jī)的組裝完成為依據(jù)，設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系。

最后實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)調(diào)試，不斷修正調(diào)整，直到符合設(shè)計(jì)要求。在程序設(shè)計(jì)開發(fā)階段中可以對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行可行性分析，據(jù)此設(shè)計(jì)軟件方案(二次開發(fā))，軟件方案通常包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)。內(nèi)環(huán)負(fù)責(zé)控制飛行姿態(tài)，外環(huán)負(fù)責(zé)控制三維空間內(nèi)飛行運(yùn)動(dòng)軌跡[8]。軟件方案通常包括無(wú)人機(jī)狀態(tài)分析，無(wú)人機(jī)飛行控制算法實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)及無(wú)人機(jī)具體任務(wù)的實(shí)現(xiàn)流程和邏輯輔助控制等。

圖1 專業(yè)能力課程體系優(yōu)化

2.3 多課程滲透，構(gòu)建綜合實(shí)踐平臺(tái)

根據(jù)無(wú)人機(jī)綜合創(chuàng)新平臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)、無(wú)人機(jī)組裝與調(diào)試、程序設(shè)計(jì)開發(fā)、無(wú)人機(jī)通信、信息處理、無(wú)人機(jī)飛行控制和無(wú)人機(jī)技術(shù)服務(wù)的項(xiàng)目開發(fā)流程設(shè)計(jì)，滲透知識(shí)點(diǎn)到相應(yīng)的課程中，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)重構(gòu)核心課程，構(gòu)建“兩縱兩橫”綜合實(shí)踐平臺(tái)架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 “兩縱兩橫”綜合實(shí)踐平臺(tái)架構(gòu)

結(jié)合無(wú)人機(jī)組裝、通信、信息處理、故障維修等方面的技術(shù)架構(gòu)以及高職院校的學(xué)生特點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)可以滲透到以下內(nèi)容。

(1)無(wú)人機(jī)構(gòu)造與組裝

學(xué)生動(dòng)手將所有部件組裝成一架完成的無(wú)人機(jī)，通過(guò)組裝讓學(xué)生了解并熟悉無(wú)人機(jī)的硬件構(gòu)造。涉及課程有《電子CAD》、《電路分析與測(cè)試》、《電子裝接技術(shù)》。

(2)無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)調(diào)試

無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)的調(diào)試，設(shè)備調(diào)試與維護(hù)為了讓學(xué)生從零件到整機(jī)再到飛行整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)性的學(xué)生深入了解無(wú)人機(jī)的原理。涉及課程有《STM32微處理器應(yīng)用》、《專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)》。

(3)無(wú)人機(jī)維護(hù)與維修

無(wú)人機(jī)維護(hù)檢修，故障檢測(cè)是學(xué)生學(xué)習(xí)必不可少的一項(xiàng)環(huán)節(jié)，當(dāng)飛機(jī)出現(xiàn)無(wú)法正常工作的狀況時(shí)，借助測(cè)試儀器，讓學(xué)生快速查出故障點(diǎn)，從而判斷問(wèn)題的所在。涉及課程有《模擬電子技術(shù)應(yīng)用》、《電子裝接技術(shù)》、《電子產(chǎn)品工藝與品質(zhì)管理》。

(4)無(wú)人機(jī)飛行控制

學(xué)生在無(wú)人機(jī)實(shí)際飛行之前要進(jìn)行模擬飛行訓(xùn)練，掌握無(wú)人機(jī)操控的基本技巧，減少實(shí)際飛行中的失誤，通過(guò)模擬飛行訓(xùn)練軟件可以讓初學(xué)者選擇各種機(jī)型、場(chǎng)景，機(jī)型行訓(xùn)練，也可以以游戲的形式進(jìn)行練習(xí)，在愉快的環(huán)境下邊做邊學(xué)，掌握實(shí)際飛行前所需的技巧[9]。在學(xué)生掌握一定的模擬飛行技巧后，可以進(jìn)行實(shí)際操控，將試飛活動(dòng)安排在實(shí)操飛行場(chǎng)地中進(jìn)行，安全的飛行環(huán)境不僅為學(xué)生提供更好的保護(hù)，同時(shí)可以讓學(xué)生大膽的飛行訓(xùn)練。也可以通過(guò)練習(xí)無(wú)人機(jī)航拍等。

(5)無(wú)人機(jī)飛行控制

無(wú)人機(jī)二次開發(fā)為無(wú)人機(jī)的高級(jí)應(yīng)用開發(fā)，國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)品牌大疆可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)脫離遙控器的情況下進(jìn)行自主解鎖、手勢(shì)起飛、懸停，超聲波避障功能，定距巡航，定高懸空、甚至執(zhí)行自主運(yùn)輸?shù)葟?fù)雜動(dòng)作功能[10]。無(wú)人機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將是程控智能化，更多的是程序應(yīng)用控制，而二次開發(fā)是為學(xué)生提供的功能拓展及創(chuàng)新平臺(tái)，可與無(wú)人機(jī)應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展緊密貼合。

(6)無(wú)人機(jī)的DIY制作

DIY制作指自己動(dòng)手設(shè)計(jì)和改裝，目前各類定制化服務(wù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，由于不同的無(wú)人機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)合，技術(shù)要求也千差萬(wàn)別，產(chǎn)品要全方位的滿足客戶的期望，設(shè)計(jì)改裝將是未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展的一個(gè)方向。[11]無(wú)人機(jī)所有軟硬件全部開源，可拓展及改裝性增強(qiáng)，可支持學(xué)生 DIY 無(wú)人機(jī)。 在電子信息專業(yè)創(chuàng)新模式項(xiàng)目實(shí)踐中，學(xué)生可參與操控多旋翼小型無(wú)人機(jī)組裝、檢修、調(diào)試、飛行等步驟，閱讀無(wú)人機(jī)飛控代碼，基于該平臺(tái)可進(jìn)行二次開發(fā)，能夠參與無(wú)人機(jī)相關(guān)技能競(jìng)賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，提升學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力[12]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以無(wú)人機(jī)技術(shù)綜合創(chuàng)新應(yīng)用職業(yè)能力培養(yǎng)為核心，通過(guò)無(wú)人機(jī)項(xiàng)目研究，以真實(shí)產(chǎn)品開發(fā)為核心，設(shè)計(jì)、制作和服務(wù)應(yīng)用為主線進(jìn)行人才培養(yǎng)計(jì)劃，設(shè)計(jì)好課程、標(biāo)準(zhǔn)課程設(shè)計(jì)、建設(shè)實(shí)踐基地、教師團(tuán)隊(duì)提升的專業(yè)建設(shè)模式。以江蘇省高水平骨干專業(yè)建設(shè)為契機(jī)，嵌入無(wú)人機(jī)綜合創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)的理念，彌補(bǔ)現(xiàn)行課程體系培養(yǎng)的高職畢業(yè)生能力和實(shí)際企業(yè)人才需求之間的區(qū)別。從實(shí)踐技能角度出發(fā)，探討了理論結(jié)合技能實(shí)踐，實(shí)踐過(guò)程循序漸進(jìn)，在豐富的實(shí)踐場(chǎng)景導(dǎo)向科研和應(yīng)用的方式下鼓勵(lì)創(chuàng)新，融入平臺(tái)模塊化和開源化設(shè)計(jì)思想，介紹了一種基于新工科背景下的無(wú)人機(jī)平臺(tái)的專業(yè)創(chuàng)新模式，尤其是指明了電子信息類高職實(shí)踐教育的新出路和新思路。