閆云斌，王寧，崔雪煒，王路

類比教學(xué)法在無人機(jī)測控系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

閆云斌，王寧2，崔雪煒3，王路1

（1. 陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū) 無人機(jī)工程系，河北 石家莊 050003；2. 中國人民解放軍第32366部隊(duì)，北京 石景山 100042；3. 石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院 傳媒藝術(shù)系，河北 石家莊 050000）

針對無人機(jī)測控系統(tǒng)構(gòu)造與維修課程教學(xué)中存在的概念抽象、不易理解的問題，將類比教學(xué)法應(yīng)用到該課程教學(xué)實(shí)施中．闡述了類比教學(xué)法的基本原理及實(shí)施步驟，并對該課程的學(xué)情進(jìn)行了分析，探索了該課程采用類比教學(xué)法的可行性．在此基礎(chǔ)上，將類比教學(xué)法應(yīng)用到課程中部分模塊的教學(xué)．實(shí)踐結(jié)果表明，采用類比教學(xué)法能夠提升學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，取得了良好的教學(xué)效果．

無人機(jī)測控系統(tǒng)；類比教學(xué)；士官職業(yè)技術(shù)教育

無人機(jī)測控系統(tǒng)構(gòu)造與維修課程是士官職業(yè)技術(shù)教育無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)維修專業(yè)的一門崗位任職必修課，該課程以無人機(jī)測控分系統(tǒng)信息傳輸流程為主線，涵蓋無人機(jī)測控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)、工作原理、操作使用、整機(jī)性能指標(biāo)測試、典型故障分析與排除和維護(hù)保養(yǎng)等內(nèi)容[1]．其中，組成結(jié)構(gòu)和工作原理模塊概念比較抽象，專業(yè)術(shù)語理解起來比較困難，對學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力要求較高，對于士官學(xué)員來說，因?yàn)榛A(chǔ)比較薄弱，學(xué)習(xí)難度非常大．

類比教學(xué)法是指利用類比思維展開的系列教學(xué)活動(dòng)，即在教學(xué)活動(dòng)中已知一種事物，根據(jù)這種事物去推理另一種具有相同或是內(nèi)在聯(lián)系的事物特征[2]．類比教學(xué)法通過把已經(jīng)有的成熟的知識、經(jīng)驗(yàn)、案例等類比到抽象的、不熟悉的問題，通過兩者對比，使學(xué)員能夠盡快理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，解決問題．類比教學(xué)法有著豐富的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域[3-6]．

本文將類比教學(xué)法應(yīng)用到無人機(jī)測控系統(tǒng)構(gòu)造與維修課程中，通過把學(xué)員在生活中熟悉的實(shí)例類比到測控系統(tǒng)信息傳輸過程，將復(fù)雜抽象的概念和理論形象化，使得學(xué)員能夠“聽得懂、能理解”，調(diào)動(dòng)了學(xué)員的主觀能動(dòng)性，學(xué)習(xí)興趣更加濃厚，為后續(xù)的裝備實(shí)踐課程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．

1 教學(xué)需求分析

1.1 類比教學(xué)法基本原理及實(shí)施步驟

1.1.1 類比教學(xué)法基本原理 類比指的是把存在相似性的兩類不同事物進(jìn)行比較，通過比較把一種已經(jīng)熟悉或掌握的知識遷移到另外一種新的特殊對象上的方法．采用類比教學(xué)法要考慮三要素，（1）“類比源”，主要指作為類比參照的事物或現(xiàn)象；（2）“類比泉”，需要解決的新的問題；（3）“類比知識單元”，是指兩類事物或現(xiàn)象存在的某種相似的屬性[7]．

1.1.2 類比教學(xué)法組織教學(xué)的步驟 （1）提出問題．首先將“類比泉”拋出，即在授課中需要學(xué)習(xí)的新概念、工作原理等知識點(diǎn)．

（2）分析問題．分析“類比泉”的特點(diǎn)，查找對應(yīng)的“類比源”，即根據(jù)“類比泉”的特點(diǎn)，查找與其對應(yīng)的具有類似特點(diǎn)的概念或者案例．具體在教學(xué)組織中，選取的“類比源”應(yīng)當(dāng)是學(xué)員熟悉的、已知的典型案例，同時(shí)形象生動(dòng)，便于學(xué)員理解．

（3）解決問題．搭建“類比知識單元”，通過分析對比，進(jìn)一步明確“類比源”和“類比泉”之間的相似性，通過對兩者進(jìn)行對比解讀，使學(xué)員理解授課中需要掌握的知識點(diǎn)．具體在授課過程中，可以采用圖、表等直觀形式，使學(xué)員盡快掌握新的知識．

（4）課堂小結(jié)．對比總結(jié)本次課教學(xué)內(nèi)容，在總結(jié)過程中，要進(jìn)行對比分析，必要時(shí)還需要指出采用類比教學(xué)的不足．因?yàn)椤邦惐仍础焙汀邦惐热碑吘故牵矀€(gè)不同的概念或原理，兩者之間還存在一些不同，學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中，由于慣性思維，容易把“類比源”獨(dú)有的屬性遷移到“類比泉”上，這些需要在總結(jié)時(shí)加以強(qiáng)調(diào)．

1.2 授課對象學(xué)情分析

士官學(xué)員在入伍前主要為高中學(xué)歷，極少部分為大專學(xué)歷，而在高中學(xué)歷學(xué)員中，很多并沒有完整地完成高中教育．雖然在入學(xué)以后也經(jīng)過一年的基礎(chǔ)教育，但是通過調(diào)查，大部分學(xué)員的基礎(chǔ)還不夠牢固，基礎(chǔ)知識掌握不足．總體來說，士官學(xué)員的特點(diǎn)是文化基礎(chǔ)較為薄弱，對于理論課程的學(xué)習(xí)興趣不高，但是實(shí)踐動(dòng)手能力較強(qiáng)．

無人機(jī)測控系統(tǒng)構(gòu)造與維修課程涉及到的理論及原理主要以測控與信息傳輸原理內(nèi)容為主，概念抽象、不容易理解[8]，這部分內(nèi)容對于本科學(xué)員也屬于難度較大的課程．

因此，針對文化基礎(chǔ)薄弱、理論學(xué)習(xí)興趣缺乏的士官學(xué)員，如何采用適合的教學(xué)方法，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)員的主觀能動(dòng)性，使得學(xué)員理解所學(xué)內(nèi)容非常關(guān)鍵．而類比教學(xué)方法能夠充分利用學(xué)員已有的知識去解決現(xiàn)有的問題，保證學(xué)員能夠理解專業(yè)術(shù)語，掌握專業(yè)知識，積極主動(dòng)地去完成課程教學(xué)內(nèi)容．

1.3 類比教學(xué)可行性分析

在多年從事無人機(jī)測控系統(tǒng)教學(xué)的過程中，針對一些專業(yè)術(shù)語、基本概念和工作原理經(jīng)常采用類比的方法．通過生動(dòng)形象的類比，能夠把復(fù)雜抽象的理論變成通熟易懂的知識，使得學(xué)員能夠理解所講內(nèi)容，提升學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣．此外，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)一步研究了類比教學(xué)法的概念、組織流程和注意事項(xiàng)，并進(jìn)行了總結(jié)提煉，取得了較好的教學(xué)效果．

2 類比教學(xué)法在無人機(jī)測控系統(tǒng)構(gòu)造與維修課程中的應(yīng)用

2.1 提出問題

無人機(jī)測控系統(tǒng)是無人機(jī)系統(tǒng)重要的組成部分，由地面測控系統(tǒng)和機(jī)載測控設(shè)備共同組成[9]．無人機(jī)測控系統(tǒng)工作過程示意圖見圖1．

圖1 無人機(jī)測控系統(tǒng)工作過程示意圖

在具體的工作過程中，地面控制站產(chǎn)生的上行遙控指令通過地面測控設(shè)備發(fā)射到機(jī)載測控設(shè)備，機(jī)載測控設(shè)備接收到遙控指令后把接收到的遙控指令傳輸給機(jī)載計(jì)算機(jī)，由其控制完成各種遙控指令的執(zhí)行．而無人機(jī)上各種傳感器會把飛機(jī)本身的狀態(tài)參數(shù)以遙測數(shù)據(jù)的形式發(fā)送回地面測控設(shè)備．此外，無人機(jī)上面的載荷也會把信息數(shù)據(jù)傳輸給地面測控設(shè)備．

無人機(jī)測控系統(tǒng)的本質(zhì)是上行和下行2條傳輸通道，其中，對于上行通道為了保證遙控信息能夠安全可靠，一些測控系統(tǒng)會設(shè)置主副２個(gè)通道．但是不論是上行通道，還是下行通道本質(zhì)都是一個(gè)通信系統(tǒng)，包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)，為了更加形象的說明，以某型無人機(jī)測控系統(tǒng)上行遙控鏈路功能組成框圖為例進(jìn)行介紹，典型的無人機(jī)測控系統(tǒng)上行遙控鏈路組成框圖見圖2．

圖2 無人機(jī)測控系統(tǒng)上行遙控鏈路功能組成框圖

在圖2中，地面控制站產(chǎn)生的遙控指令到達(dá)地面數(shù)據(jù)終端首先進(jìn)行基帶數(shù)據(jù)處理（加密、擴(kuò)頻等措施），經(jīng)過基帶數(shù)據(jù)處理后經(jīng)過調(diào)制、上變頻和功放后經(jīng)過天線發(fā)射出去；在機(jī)載接收端，首先是天線接收遙控射頻信號，然后經(jīng)過濾波、低噪放處理，接著經(jīng)過下變頻、解調(diào)以及基帶數(shù)據(jù)處理（解擴(kuò)、解密等措施），最終得到遙控指令發(fā)送到機(jī)載計(jì)算機(jī)完成上行遙控指令的傳輸．

無人機(jī)測控系統(tǒng)上行遙控鏈路功能組成，對于士官學(xué)員來說學(xué)習(xí)起來非常困難，由于無法理解其內(nèi)涵，導(dǎo)致后續(xù)的學(xué)習(xí)時(shí)只能死記硬背，無法真正學(xué)懂、學(xué)透，學(xué)習(xí)效果大打折扣．

2.2 分析問題

無人機(jī)測控系統(tǒng)核心功能是完成遙控指令和遙測、信息數(shù)據(jù)的傳輸，其本質(zhì)是信息的傳輸過程，也就是為了把信息更快、更安全地傳輸出去．因此，在傳輸過程中需要對基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，需要經(jīng)過調(diào)制/解調(diào)、上/下變頻等處理．

信息的傳輸過程可以和貨物運(yùn)輸過程進(jìn)行類比，信息傳輸是把信息從發(fā)送到送到接收端，而貨物運(yùn)輸是把貨物從出發(fā)地運(yùn)輸?shù)侥康牡?，而貨物在運(yùn)輸過程中，為了保證貨物的安全、快速，也會對運(yùn)輸過程進(jìn)行一系列的處理．

貨物運(yùn)輸?shù)倪^程，學(xué)員都比較熟悉，整個(gè)過程都能夠很好地理解，可以作為“類比源”用于類比教學(xué)．

2.3 解決問題

通過分析，信息傳輸過程和貨物運(yùn)輸過程可以進(jìn)行類比，為了更加形象地說明，這里以無人機(jī)測控系統(tǒng)上行遙控鏈路功能類比快遞貨物運(yùn)輸為例，搭建“類比知識單元”，進(jìn)行類比教學(xué)．其中“類比泉”為無人機(jī)測控系統(tǒng)上行遙控鏈路的發(fā)送和接收，“類比源”案例為某公司由于涉密原因，不方便通過網(wǎng)絡(luò)傳輸一些涉密信息，需要通過某快遞公司把一份涉密資料郵寄到某地的過程．各個(gè)模塊或功能對應(yīng)見表1．

在教學(xué)組織實(shí)施過程中，可以先把快遞運(yùn)輸?shù)倪^程講清，然后再引入本次課需要授課的內(nèi)容，也可以采用一一對應(yīng)的方法講解，講解過程中采用啟發(fā)式教學(xué)方法，讓學(xué)員充分思考、理解，提高課堂教學(xué)效果．

2.4 課堂小結(jié)

該課堂教學(xué)采用類比教學(xué)方法，通過學(xué)員熟悉的快遞運(yùn)輸全過程對比無人機(jī)測控系統(tǒng)上行遙控鏈路工作全過程．使抽象的概念變得形象生動(dòng)，避免了復(fù)雜的公式推導(dǎo)，降低了學(xué)員的畏難情緒，理解了遙控鏈路傳輸?shù)娜^程，提高了課堂授課效益，為后續(xù)的實(shí)踐教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．

表1 無人機(jī)測控系統(tǒng)上行遙控鏈路與快遞運(yùn)輸各功能模塊對應(yīng)

3 教學(xué)效果分析

2018—2019年依托2期無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)維修專業(yè)學(xué)員進(jìn)行了類比教學(xué)實(shí)踐，通過教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)類比教學(xué)法在無人機(jī)測控系統(tǒng)構(gòu)造與維修課程中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)：

3.1 考核成績普遍提高

針對士官學(xué)員特點(diǎn)，該課程組成結(jié)構(gòu)和工作原理部分采用類比教學(xué)法進(jìn)行授課．2年來學(xué)員平均成績均超過82分，優(yōu)秀率達(dá)到15%，不及格率為0，95%以上學(xué)員考試成績超過70分，表明類比教學(xué)法在課程教學(xué)中取得了很好的效果．

3.2 課堂教學(xué)氛圍良好

由于士官學(xué)員基礎(chǔ)普遍較弱，當(dāng)遇到理論授課，尤其是比較抽象的內(nèi)容時(shí)，通常是教員在上面滔滔不絕，學(xué)員在下面一頭霧水，教學(xué)效果較差．而應(yīng)用類比教學(xué)法后，學(xué)員能夠“聽得懂”，學(xué)習(xí)有了“滿足感”，學(xué)員的積極性普遍提高，課堂學(xué)習(xí)的氛圍得到了積極的改善．

3.3 學(xué)習(xí)能力得以提升

采用類比教學(xué)法，講授了一般通信系統(tǒng)的組成及功能．在此基礎(chǔ)上，以某典型無人機(jī)測控系統(tǒng)為例，系統(tǒng)講解其組成結(jié)構(gòu)及工作原理，再推廣到其他無人機(jī)測控系統(tǒng)，認(rèn)知方式采用“一般——特殊——一般”．通過學(xué)習(xí)，學(xué)員的學(xué)習(xí)能力得到了進(jìn)一步的提升，為后續(xù)崗位任職打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．

4 結(jié)語

本文將類比教學(xué)法應(yīng)用到無人機(jī)測控系統(tǒng)課程教學(xué)，在教學(xué)組織實(shí)施過程中，充分考慮士官學(xué)員自身特點(diǎn)，將其生活中熟悉的實(shí)例類比到抽象、復(fù)雜的組成結(jié)構(gòu)和原理教學(xué)中．使學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中不再有畏難情緒，積極性、主動(dòng)性得到了很好的提升，取得了非常好的教學(xué)效果．此外，類比教學(xué)法在任職教育無人機(jī)專業(yè)教學(xué)中也進(jìn)行了應(yīng)用，同樣取得了很好的教學(xué)效果，后續(xù)將其推廣到其它課程教學(xué)．

[1] 閆云斌，劉新海，李永科，等．無人機(jī)任職專業(yè)模塊化課程設(shè)計(jì)與實(shí)施研究[J]．繼續(xù)教育，2017（11）：42-44

[2] 劉靜雯．類比教學(xué)法在技校數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J]．職業(yè)，2011（4）：68-69

[3] 劉涵，李平輝，倪為民，等．類比教學(xué)法在電磁場理論課程中的應(yīng)用[J]．教育教學(xué)論壇，2015（44）：162-163

[4] 李佳靜，徐慧．操作系統(tǒng)課程教學(xué)中類比教學(xué)法的應(yīng)用探討[J]．教育現(xiàn)代化，2019，6（41）：143-144

[5] 徐亦霞．關(guān)于高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革中類比教學(xué)法的實(shí)踐與思考[J]．科技視界，2016（13）：222

[6] 曹毅，劉學(xué)飛，王功文．類比教學(xué)法在《礦產(chǎn)勘查學(xué)》教學(xué)中的嘗試[J]．課程教育研究，2013（27）：206-207

[7] 楊恒伏，孫光，田祖?zhèn)ィ惐冉虒W(xué)模式在操作系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用[J]．計(jì)算機(jī)教育，2008（24）：76-77

[8] 閆云斌，劉新海，王永川，等．基于SystemView的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建[J]．高師理科學(xué)刊，2016，36（7）：83-86

[9] 宋飛飛．無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈信道編碼方法研究[J]．計(jì)算機(jī)測量與控制，2012，20（6）：1602-1605

Application of analogue teaching method in the teaching of UAV TT & C system

YAN Yunbin1，WANG Ning2，CUI Xuewei3，WANG Lu1

（1. Department of UAV Engineering，Army Engineering College，Shijiazhuang 050003，China；2. PLA of 32366 Unit，Beijing 100042，China；3. Department of Media Arts，Shijiazhaung Information Engineering Vocational College，Shijiazhuang 050000，China）

Aiming at the problem of abstract concepts and incomprehensibility in the course of construction and maintenance of UAV TT & C System，proposes the application of analogy pedagogy on teaching of this course．The basic principles and implementation steps of analogy teaching method are elaborated，and through the analyzation of learning situation，the feasibility of applying the analogy pedagogy on the course is explored．According to the basis above，the analogy teaching method is applied to the teaching of some modules in the course．The result of practice show that the enthusiasm of students is improved，and good teaching results are achieved by using this method．

UAV TT & C system；analogue teaching method；sergeant vocational and technical education

1007-9831（2020）07-0074-04

TN912.4∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.07.018

2020-02-22

陸軍工程大學(xué)2019年大學(xué)級教學(xué)成果立項(xiàng)培育項(xiàng)目

閆云斌（1984-），男，山西朔州人，講師，博士，從事無人機(jī)測控系統(tǒng)研究．E-mail：zkjysyyb@163.com