文圖/杭州集點科技有限公司

無人機創(chuàng)客教育是當前無人機教育的新熱點。作為一種新的教育方式，無人機創(chuàng)客教育面臨一些問題，杭州集點科技有限公司帶來了全新的解決方案。

意義和作用

隨著人工智能技術不斷發(fā)展和成熟，無人機編程教育逐漸走進中小學編程教育成為一種流行的學習方式。過去，在中小學教育當中，可能有些內容是與之相關的，但是并沒有從人工智能的角度進行整體規(guī)劃。第一，要培養(yǎng)孩子們的意識、觀念,讓他們了解人工智能，并且積極地參與進來。第二，要給有特殊興趣與能力的孩子們相應的幫助，因為有些孩子可能在這個領域里面比一般的孩子更有潛力。我們要排除“只考試，不參與”的想法，盡可能讓有潛力的孩子得到適當?shù)陌l(fā)展。

縱觀當下的創(chuàng)客無人機教育來說，很多學校都建設了各種類型的實驗室和教室，然而很多結果是錢花了設備采購來了，如何深入更好地利用這些設備卻成了一個綜合性難題。再加上五花八門的各類產(chǎn)品層出不窮，導致很多學校師生都有點花眼，無論何時，我們的目的都是發(fā)展基礎智能教育，例如，課堂上的那些基礎知識能在我們的產(chǎn)品中展現(xiàn)，那些物理、數(shù)學理論的升華等。無人機就是一個很好的例子，數(shù)學、邏輯還有電學等各種基礎知識都能在上面體現(xiàn)，進而再發(fā)展的就是計算機編程技術，可視化編程、C語言、算法的初步認識等。

下面從學生、學校、社會三個層面進行多角度分析無人機創(chuàng)客教育的意義。傳統(tǒng)教育是老師講學生聽，長期下來難免有些枯燥。而無人機創(chuàng)客教育打破了這種模式，以一種極富吸引力的學習方式鼓勵學生以興趣為導向自主學習，以內驅力為導向激發(fā)學生去主動創(chuàng)造。

首先，從學生層面進行分析。在無人機創(chuàng)客教育課堂中，更多的是學生自己動手實踐的過程，能在實踐中有效地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，與現(xiàn)實世界產(chǎn)生交互。教師教給學生無人機的具體知識，學生吸收知識后在無人機課堂中實踐，實踐過程中對學生的思維形成反饋，促使學生基于實踐進行再創(chuàng)新，整個過程形成一個完整的正循環(huán)。無人機創(chuàng)客教育不僅培養(yǎng)了學生實踐創(chuàng)新的能力，也在潛移默化中成就了學生綜合運用所學知識自己解決問題的能力。未來無人機創(chuàng)客教育可解決就業(yè)問題，從事影視航拍，環(huán)境監(jiān)測、電力巡檢、農(nóng)業(yè)植保的設備研發(fā)、飛行表演、無人機物流等。未來的無人機創(chuàng)客還可以從事生產(chǎn)組裝維修調試方向、教育培訓、自主創(chuàng)業(yè)、高校無人機專業(yè)教師等。

圖1 無人機是很好的創(chuàng)客教育載體

其次，從學校層面進行分析。近年來，我國已經(jīng)有相當一批高等院校開設了無人機專業(yè)，包含南京航空航天大學、西北工業(yè)大學等知名高等學府。其中，南京航空航天大學每年還會拿出數(shù)百萬經(jīng)費，支持學生投入無人機研究，并開發(fā)創(chuàng)新功能，并鼓勵學生多參加無人機相關的賽事。無人機課程中更注重的是培養(yǎng)學生的綜合能力，大大增加了以后學生多專業(yè)的選擇，能讓學生更好地適應飛速發(fā)展的社會。其次，創(chuàng)客教育的方式讓學生在開放的思維中進行發(fā)明創(chuàng)造，學校營造出一個創(chuàng)新的氛圍，挖掘出對科技創(chuàng)新感興趣的學生。

最后，從社會層面進行分析。當今世界是一個瞬息變化、高速發(fā)展的社會，只有培養(yǎng)不斷創(chuàng)新、勇于面對挑戰(zhàn)的能力才能永遠立于不敗之地。無人機創(chuàng)客教育課程所注重的就是靈活運用所學知識，在實踐中提升自身能力，從而更好地適應未來社會發(fā)展需求。

發(fā)展現(xiàn)狀

2015年3月11日,國務院印發(fā)《關于發(fā)展眾創(chuàng)空間推進大眾創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的指導意見》之后,各地政府對創(chuàng)客教育均發(fā)布推進性意見,各類院校建設了眾多創(chuàng)客空間,機器人創(chuàng)客、3D打印創(chuàng)客等創(chuàng)客空間層出不窮?？梢?，創(chuàng)客教育在我國發(fā)展之快。

圖2 scratch 2.0 編輯器

目前，全美已有MIT、哈佛大學、斯坦福大學等在內的近百所高校開設了創(chuàng)客空間，不限年級、不限學科，面向所有學生開放。2011—2014年間，創(chuàng)客教育在我國悄然興起，并在大踏步地摸索前進，北京、上海、深圳等城市是國內創(chuàng)客教育的領跑者。2015年以后，通過建設創(chuàng)客空間、舉辦創(chuàng)客大賽、文化節(jié)、成立創(chuàng)客俱樂部、召開創(chuàng)客教育研討會等多種方式，大大推動了國內創(chuàng)客教育的快速發(fā)展。創(chuàng)客空間飛速發(fā)展也衍生出如下一些問題。

“工具”單一

目前，市面的創(chuàng)客套件大多以電子模塊、積木搭建為主，提及創(chuàng)客大多數(shù)師生會第一時間想到陸地創(chuàng)客套件、機器人小車等。過于單一的創(chuàng)客套件很大程度限制了學生創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

銜接度低

創(chuàng)客教育意在將自己的想法變?yōu)楝F(xiàn)實，從單獨制作和集體活動中發(fā)揮自己的特長并發(fā)現(xiàn)自己擅長的“領域”，以便為后續(xù)的學業(yè)職業(yè)規(guī)劃起到一定的參考作用，但目前的創(chuàng)客活動以興趣類手工制作為主，與將來的高(職)教內容銜接度不夠。

體系化不強

當前創(chuàng)客教育的課程過于零散，課程間關聯(lián)性及銜接度不夠。松散的課程體系不利于創(chuàng)客教育的延續(xù)且很難培養(yǎng)學生良好的知識結構。

無人機解決方案

杭州集點科技有限公司的無人機創(chuàng)客教育針對以上問題及現(xiàn)狀做出了相應的方案，在無人機設備研發(fā)上以貼近學生及學校實現(xiàn)創(chuàng)新需求、培養(yǎng)學生邏輯思維為向導，開發(fā)多元化功能，讓教學“工具”不再單一。學生可實際感受各零部件的工作原理，遙控手柄多元化，除操作飛行外添加遙控手柄編程功能，設備硬件開源，可進行scratch、Arduino、Python等編程。這些內容讓孩子的思維不應該限于單一知識框架和邏輯框架，而是能多維度思考，延展知識廣度。該套裝融合多元化知識，讓孩子在豐富多彩的各科類項目的實踐中，通過廣泛探索，創(chuàng)意挑戰(zhàn)，培養(yǎng)他們創(chuàng)新思維和解決問題能力，掌握新技能了解新科技，學會應有的社會技能和品質。

通過無人機與編程相結合自主研發(fā)課程，杭州集點科技有限公司已有完善的課程體系，啟蒙、啟發(fā)、啟程、啟航四版完整的課程可貫穿小學到初中、高中的興趣課堂。課程富含全面的電子、物理、數(shù)學、工程等知識點，在枯燥的課堂上融合了實際無人機組裝，動手制作實驗、刺激的競速障礙比賽、編程室內模擬場景再現(xiàn)、Flash動畫軟件等。讓無人機課程擁有“趣味性強”、“內容豐富”、“軟硬結合”。為職高或含有無人機專業(yè)的學院提供相應的人才知識教學培養(yǎng)。在孩子天性最自由最富想象的年齡段，發(fā)現(xiàn)并培養(yǎng)每個孩子獨有的天分和創(chuàng)造力，最大程度地發(fā)掘孩子們的創(chuàng)新思維和動手能力。

學校急需開設智能無人機課程，借鑒建構主義理論和多元智能理論，研究和探索智能無人機課程在基礎教育中的教學模式和教育價值。

教學目標

我們將智能無人機課程的具體教學目標初步定位為以下幾個方面。

(1)知識方面

無人機創(chuàng)客課程使學生了解智能無人機這個學術前沿領域的發(fā)展和應用狀況，了解智能無人機的概念和工作原理，提高對無人機的認識，為進一步學習無人機的有關知識打下基礎。

(2)能力方面

無人機創(chuàng)客課程使學生了解智能無人機的各種傳感器、控制系統(tǒng)及動力裝置的作用。理解體會程序是智能無人機的靈魂，了解無人機是怎樣在程序的自動控制或者人的控制下工作的。

無人機創(chuàng)客課程使學生學習一種和無人機自動控制相關的計算機編程語言，通過對無人機自動控制算法的了解來訓練科學而高效的思維方式，提高邏輯思維能力、規(guī)劃能力，提高學生分析問題和解決問題的能力。

無人機創(chuàng)客課程通過模擬及實戰(zhàn)項目的完成，在組裝與操控無人機的過程中培養(yǎng)學生的動手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力。

(3)情感方面

無人機創(chuàng)客課程通過介紹高科技領域學科發(fā)展前沿和我國空中機器人的先進技術培養(yǎng)學生的愛國主義精神、科學精神、頑強拼搏精神，激勵中學生確立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

無人機創(chuàng)客課程培養(yǎng)學生對人工智能技術的興趣，真正認識到智能無人機對社會進步與經(jīng)濟發(fā)展的推動作用，積極參加無人機設計比賽、無人機競技比賽等各種課外活動。在競賽活動中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、團隊意識和競爭意識。

圖3 杭州集點科技有限公司的無人機創(chuàng)客教育體系方案

圖4 杭州集點科技有限公司的無人機創(chuàng)客教育風采展示

教學內容

無人機創(chuàng)客課程將智能無人機內容的教學納入到課程中，使其成為具有特色的創(chuàng)新課程。智能無人機課程的知識結構可由下列四個模塊組成。

(1)無人機概況

教學內容包括無人機概念、無人機原理、無人機歷史、無人機與人、無人機與社會等內容。

(2)無人機編程

教學內容包括：Scratch、Mixly、Python、C等編程語言及編程平臺的使用，能面向問題進行編程設計，了解無人機程序控制的原理。

(3)無人機硬件

教學內容讓學生了解無人機的硬件結構體系，重點了解其機械結構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的原理與結構，學會無人機的模塊化組裝、控制與維護方法。

(4)無人機應用

教學內容讓學生了解無人機的功能、應用領域、應用方法與效能，了解無人機或其他智能機器的操作、使用與維護方法。學生要能夠在各種無人機知識與能力競賽中，創(chuàng)造性地綜合運用所學知識。

實驗室

無人機創(chuàng)新實驗室建設方案涵蓋了實驗室功能區(qū)域設計、主要設備組成及技術優(yōu)勢，該公司深度契合當前教育行業(yè)產(chǎn)學融合的要求，為創(chuàng)新實驗室方案建設提供全面而深入的發(fā)展與規(guī)劃。

(1)無人機組裝調試區(qū)

無人機組裝調試區(qū)針對剛入門學生進行第一階段教學，教學任務是通過組裝拆解，學習無人機基本理論知識。無人機組裝調試區(qū)配備相應的桌椅，適合教學操作。

(2)3D打印操作區(qū)

機械結構設計區(qū)提供無人機零部件，同時配備3D打印機，學生可以動手將所有部件按照實驗指導書組裝成一架完整的無人機，也可以自行設計部分外觀和結構，通過3D打印技術實現(xiàn)。通過組裝讓學生熟悉無人機結構與原理，了解相關組成部件。

圖5 實驗室功能區(qū)規(guī)劃

圖6 無人機入門課程內容架構

圖7 無人機進階課程內容架構

(3)電腦編程區(qū)(模擬飛行區(qū))

模擬飛行課程通過模擬軟件的學習，讓學生養(yǎng)成正確飛行習慣，還有飛行中的注意事項。模擬軟件可以加快學生方向感及飛行意識的養(yǎng)成，為駕駛真機做準備。模擬過程中，模擬飛行課程要提升同學們的動手能力，手眼協(xié)調力，以及三維空間辨識度。

開源系統(tǒng)、擴展模塊、圖形化編程等課程內容培養(yǎng)學生開發(fā)硬件和軟件的能力，提升學生思維能力，為下一階段比賽打下堅實基礎。

模擬飛行區(qū)需配備多臺電腦。

(4)安全飛行區(qū)

安全飛行區(qū)為實訓室無人機試飛提供安全區(qū)域，一是防止人員安全意外發(fā)生；二是對無人機設備進行保護，防止碰撞損壞；三是該區(qū)域提供無人機比賽相關場地，學生可在該區(qū)域進行模擬比賽飛行。

安全飛行區(qū)配備4m×4m安全飛行網(wǎng)。

課程體系

(1)無人機入門課程

無人機入門課程模塊啟蒙通過無人機零部件講解飛行原理等基礎知識，運用理論與實驗相結合使學生增強學生學習興趣，通過團隊配合動手組裝無人機，增強動手能力，了解結構組成，激發(fā)青少年創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生動手及操控能力，為編程課程做基礎。

圖8 無人機擴展課程內容架構

圖9 無人機高級課程內容架構

(2)無人機進階課程

無人機進階課程加強孩子對無人機編程的認知，通過初級課程學習在結合scratch圖形化編程，加強對無人機編程軟件的了解。通過計算機、平板等對無人機進行編程，提升學生的大腦思維。通過室內模擬場景再現(xiàn)，拓展孩子的思想空間，鍛煉孩子解決問題的能力，增加孩子的自信心。

(3)無人機擴展課程

無人機擴展課程讓學生了解無人機與開源硬件的結合。無人機融入Arduino，支持Mixly圖形化編程，通過與開源硬件的結合，可兼容各類傳感器，也可進行3D打印工藝，可以讓學生了解到生活中各類傳感器，增強學生邏輯思維，通過災難救援模擬場景再現(xiàn)讓人工智能真正運用在生活中。

(4)無人機高級課程

無人機高級課程讓孩子通過對無人機底層結構的修改，真正的了解C語言。無人機主要涉及無人機的底層應用，C語言方向，Arduino開源版，通過對底層C語言的修改與開源硬件的結合，讓無人機的功能變得更加強大，可通過C語言進行編隊飛行，實現(xiàn)無人機舞蹈隊，增強學生邏輯思維、動手能力以及編程能力。

教學模式

按照普及與提高相結合的原則，我們將智能無人機課程的教學模式分為三種：專門課程模式、學科整合模式和興趣小組模式。

(1)專門課程模式

專門課程作為信息技術課程的選修課，學校在教學計劃與課程安排中有“智能無人機”的專門課程，每月按課表開展有關無人機的課堂教學活動。

(2)學科整合模式

學科整合模式是指將無人機教學內容整合到其他課程的教學中。由于智能無人機技術融合了制造技術、機械、電子、傳感器、計算機軟件、硬件和人工智能等眾多先進技術，充分地體現(xiàn)了當代高新技術多個領域的先進水平。因此在中學數(shù)理學科的各種研究性學習中，課程都可以與智能無人機技術開展整合，將智能無人機技術內容有機地融入這些學科的教學中。

(3)興趣小組模式

根據(jù)愛好，興趣小組吸納數(shù)理邏輯強、創(chuàng)新意識強、動手能力強的學生10～20人組成智能無人機興趣課外活動小組，培養(yǎng)才干，發(fā)揮特長，作為學校代表隊，參加各級各類無人機競賽活動。學生在活動過程中，能夠始終感受著失敗的遺憾和成功的喜悅，從而樹立成就感和自信心，發(fā)展良好的個性心理素質；同時，小組成員回到本班以后，又能成為“小老師”，幫助其他同學，進而全面提升智能無人機學科教學的整體水平。

階段課程目標評價

(1)第一階段——教學

第一階段主要以教學為主，以班級或自愿報名的形式，組成無人機實驗室。無人機主要使用仿真實驗平臺來進行系統(tǒng)教學。這個階段的標志性價值：開發(fā)出試用于教學的教材，開設無人機公開課，邀請市教育系統(tǒng)和其他學校老師觀摩，并在地區(qū)進行推廣。

(2)第二階段——比賽

第二階段啟動以比賽為主的項目小組，由老師挑選在第一階段學習中成績突出的學生，分小組準備教育部、科協(xié)、人工智能協(xié)會等舉辦的國際、國內的各類比賽。在這個階段，無人機要進行大量的擴展、外形改進、無人機活動場地制作、比賽規(guī)則培訓等。

階段標志性價值：全面投入各類比賽項目，為學校爭取榮譽。

(3)第三階段——開源二次開發(fā)(中學階段)

第三階段以開發(fā)研究為主的實驗室系統(tǒng)為主，由老師和骨干學生組成研究小組，在無人機實用功能開發(fā)、無人機通信、無人機群體社會性研究、無人機視覺、語音開發(fā)等項目上做系統(tǒng)開發(fā)。階段標志性價值：爭取每年有1～2項開發(fā)成果，可以參加創(chuàng)新大賽或申請專利。

保障服務

杭州集點科技有限公司負責人認為，無人機創(chuàng)客教育離不開無人機企業(yè)的保障服務。該公司不僅提供教學課件、教具，而且面向具有特定需求的合作伙伴，提供定制化的無人機創(chuàng)客實驗室建設方案與無人機競賽方案。

無人機創(chuàng)客教育離不開企業(yè)和學校的互動和支持，一方面企業(yè)進校授課易于理清質量管理要素、加快產(chǎn)品創(chuàng)新能力轉變、提高產(chǎn)品的一致性、實現(xiàn)小批量多品種生產(chǎn)，進而建立標準化的技能評估模型；另一方面學校老師進企業(yè)有利于加強雙師型交流，提供頂崗、輪崗實習機會，實現(xiàn)就業(yè)輸出。

更重要的是，加強企業(yè)和學校的互動有利于推動學校的師資培訓。到校培訓企業(yè)按學校通知時間派有經(jīng)驗的技術人員到用戶現(xiàn)場，根據(jù)用學校確認的方案進行設備的安裝、調試、直至設備正常運行。然后技術人員將嚴格按照前期課程規(guī)劃方案和產(chǎn)品出廠技術說明書進行產(chǎn)品培訓。

到校培訓完成后，企業(yè)會定期對用戶回訪調查上課情況，并支持QQ、微信、電話、遠程技術培訓及交流，如遇特殊情況可在 24h內抵達現(xiàn)場培訓。

企業(yè)會定期組織無人機專業(yè)教師培訓班，會邀請相關專業(yè)學校的老師和無人機行業(yè)應用公司交流學習。讓老師可以了解到無人機發(fā)展現(xiàn)狀及未來應用趨勢，為后期的學校課程規(guī)劃提供一些思路。