摘" 要" 以高校飛行器控制與信息工程專業(yè)的無人駕駛航空器設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用課程為例，立足非航空類高校校情，創(chuàng)新性地提出“學(xué)前教育”“兩階段教學(xué)”等理念，明確無人飛行器專業(yè)教、學(xué)、考、用之間的關(guān)系，為高校無人飛行器專業(yè)人才培養(yǎng)探索一套專業(yè)課程講授方法，為非航空類地方高校提供借鑒。

關(guān)鍵詞" 非航空類地方高校；無人飛行器專業(yè)；無人駕駛航空器設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用

中圖分類號：G642.0" "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）10-0077-04

0" 引言

隨著將中國航空航天有關(guān)裝備列入“中國制造2025”十大重點領(lǐng)域 [1]和工業(yè)4.0概念的普及，我國航空航天制造業(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，對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)國家戰(zhàn)略需求的創(chuàng)新型航空航天人才，高校開設(shè)的航空類專業(yè)課程也應(yīng)與這些特點相呼應(yīng)。從2017年開始，截至2021年7月，國內(nèi)已有11所高校設(shè)置無人飛行器相關(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有航空專業(yè)背景的地方高校，無人飛行器專業(yè)課程的教學(xué)需要找到符合自身特點的教學(xué)方法。目前，我國航空類院校傳統(tǒng)的教學(xué)方法注重課堂知識點傳授和對基本知識掌握程度的考查，人才培養(yǎng)方面存在一定程度的不足。通過對傳統(tǒng)教學(xué)方法的改革，培養(yǎng)服務(wù)國家戰(zhàn)略需求的創(chuàng)新型航空航天人才，是推進此類專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢[4]。本文以無人駕駛航空器設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用課程為例，為高校無人飛行器專業(yè)人才培養(yǎng)探索一套專業(yè)課程講授方法，為非航空類地方高校提供借鑒。

1" 教學(xué)方法改革主要思路

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

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

1.2" 組建教學(xué)基地，加強學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)

在校內(nèi)基本理論學(xué)習(xí)、基礎(chǔ)實驗學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，參與聯(lián)合建立校外實踐基地開展實習(xí)教學(xué)。通過一組相關(guān)聯(lián)的集成課程體系的學(xué)習(xí)，結(jié)合校內(nèi)實驗和校外實踐，各個項目反復(fù)做好“做中學(xué)”，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)專業(yè)知識、團隊合作分享、利用無人機設(shè)計理論知識解決設(shè)計問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)新精神與無人機設(shè)計實踐能力

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。先要提高對無人機設(shè)計整個實例過程教學(xué)地位的認(rèn)知，切實把無人機設(shè)計實例教學(xué)看作一個子系統(tǒng)，而且是在整個教學(xué)系統(tǒng)中建立在理論教學(xué)基礎(chǔ)之上的子系統(tǒng)，這個子系統(tǒng)的任務(wù)是讓學(xué)生學(xué)會如何在無人飛行器中分析遇到的問題，并學(xué)會利用理論知識解決無人飛行器設(shè)計問題，具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臒o人飛行器設(shè)計開發(fā)研究等相關(guān)能力；然后按照教學(xué)體系的總體考慮和學(xué)生知識水平布置學(xué)生進行分組合作，將無人機設(shè)計實踐與實驗的內(nèi)容按不同層次加以劃分。每一個層次中，學(xué)生的無人飛行器設(shè)計能力和在此基礎(chǔ)上的創(chuàng)新都分配不同的培養(yǎng)任務(wù)。在實踐教學(xué)中，要求學(xué)生既要親自設(shè)計無人飛行器，又要思考創(chuàng)新，達(dá)成實踐教學(xué)目標(biāo)。

1.4" 以工程實例教學(xué)為導(dǎo)向

案例教學(xué)法起源于美國哈佛大學(xué)，是美國職業(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)系實踐為目的，通過典型的無人機設(shè)計簡單案例，給學(xué)生展示真實的無人機設(shè)計環(huán)境；通過多向互動，重點建立學(xué)生對無人機設(shè)計各模塊知識應(yīng)用和團隊合作的能力，促使學(xué)生理解無人機設(shè)計問題中較為復(fù)雜的設(shè)計問題[7]。案例教學(xué)法強調(diào)教學(xué)的主體是學(xué)生，尤其重視能力的培養(yǎng)，將被動灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橛扇蝿?wù)驅(qū)動的主動探索，強調(diào)互動式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生集體意識。在此過程中，教學(xué)與經(jīng)典工程實例建立直接的聯(lián)系，因此，案例教學(xué)法非常適合航空類無人飛行器專業(yè)課程的教學(xué)。

1.5" 創(chuàng)新考核機制

改革傳統(tǒng)的期末考試形式，在整個課程教學(xué)中彈性考核，增加教學(xué)過程考核，充分尊重學(xué)生的興趣和愛好。在整個學(xué)期內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生對無人機設(shè)計知識的自學(xué)能力，讓學(xué)生對自己的課程學(xué)習(xí)計劃進行詳細(xì)規(guī)劃和設(shè)計。

2" 教學(xué)方法改革的具體措施

創(chuàng)新性地提出“學(xué)前教育”“模塊化，兩階段教學(xué)”等教學(xué)方法與手段，如圖2所示。教學(xué)方法改革具體措施如下。

2.1" 創(chuàng)新性地提出課程的“學(xué)前教育”

無人駕駛航空器設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用課程需要用到多個課程的知識，在無人飛行器專業(yè)大一新生報到后，給學(xué)生開一次無人飛行器知識或課程講座，介紹該專業(yè)最重要的專業(yè)課——如何設(shè)計一架簡單的無人機，給學(xué)生介紹需要用到哪些課程、哪些知識，讓學(xué)生從大一開始就參與無人機設(shè)計相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，強調(diào)教學(xué)內(nèi)容的超前性。

2.2" 理論聯(lián)系實際，積極組織比賽

無人機設(shè)計需要多動手，聯(lián)系相關(guān)公司贊助每年舉行一次校級無人機航模比賽，要求大一、大二所有無人機專業(yè)的學(xué)生參加，并給予一定的學(xué)分及物質(zhì)獎勵，調(diào)動學(xué)生的積極性。讓無人飛行器專業(yè)的學(xué)生從大一入學(xué)后就親自參與無人機設(shè)計，大三或大四的學(xué)生可以將已掌握的無人飛行器設(shè)計知識應(yīng)用到比賽中。各年級學(xué)生相互學(xué)習(xí)、相互促進，在動手鍛煉中夯實理論知識，掌握無人飛行器設(shè)計，動手動腦，全面發(fā)展。

2.3" 模塊化，兩階段教學(xué)

根據(jù)所講課程的內(nèi)容，將其分為不同的無人機設(shè)計相關(guān)模塊，分兩階段分別講解：第一階段，初期教學(xué)以統(tǒng)一教學(xué)為主，講解相關(guān)的無人飛行器設(shè)計知識；第二階段，充分認(rèn)識學(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人飛行器設(shè)計這門課程的相關(guān)知識。在教學(xué)過程中，強調(diào)學(xué)生對無人機設(shè)計相關(guān)問題所需思維的訓(xùn)練，充分發(fā)揮學(xué)生在無人機設(shè)計學(xué)習(xí)中的積極主動性，不僅能夠使學(xué)生感受無人機設(shè)計的整個學(xué)習(xí)過程，還可以讓學(xué)生領(lǐng)悟?qū)W習(xí)無人機設(shè)計的過程和無人機設(shè)計的結(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)知識外，給學(xué)生選取無人飛行器設(shè)計相關(guān)且具有工程性的例子讓學(xué)生思考；課中除理論知識講解外，抽出某幾次課講解無人飛行器設(shè)計中的經(jīng)典工程實例，讓學(xué)生學(xué)到具體的設(shè)計理論、設(shè)計方法、設(shè)計經(jīng)驗，提高學(xué)生實際解決無人機設(shè)計中基本問題的能力；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)計題目，讓學(xué)生動手解決工程中遇到的一些實際問題；根據(jù)上課情況，選擇幾次課最后五分鐘左右時間，集中回答學(xué)生遇到最多的問題，并進行討論。

2.5" 創(chuàng)新考核機制

改革傳統(tǒng)的期末考試形式，充分尊重學(xué)生對無人機設(shè)計的興趣，培養(yǎng)學(xué)生對無人機設(shè)計所需知識的自主學(xué)習(xí)能力，幫助學(xué)生規(guī)劃符合自身特點的無人機設(shè)計學(xué)習(xí)、實踐計劃。在整個課程教學(xué)中彈性考核，增加教學(xué)過程考核，隨堂小測、參加比賽、實踐實習(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

無人駕駛航空器設(shè)計與開發(fā)應(yīng)用課程結(jié)束之后，學(xué)生可回到實驗室繼續(xù)從事復(fù)雜高級無人飛行器設(shè)計的實驗學(xué)習(xí)，為進一步掌握無人飛行器設(shè)計相關(guān)知識打下更好的基礎(chǔ)。

2.7" 聯(lián)系相關(guān)無人機公司

為學(xué)生提供較好的無人機設(shè)計相關(guān)實習(xí)基地，讓學(xué)生能夠應(yīng)用在校內(nèi)學(xué)習(xí)的無人機設(shè)計理論知識與無人機設(shè)計經(jīng)驗，形成校內(nèi)教學(xué)、校外實踐于一體的教學(xué)模式。

2.8" 與其他高校交流教學(xué)經(jīng)驗

無人駕駛航空器設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用是一門融合多個學(xué)科知識的課程，相關(guān)教學(xué)方法需要時間來驗證?？梢匀ズ娇疹惛咝Ｕ{(diào)研，學(xué)習(xí)先進的教學(xué)方法和教學(xué)理論，為課題的開展和建立具有中原工學(xué)院特色的非航空類地方高校無人飛行器專業(yè)課程教學(xué)方法提供參考。

2.9" 思政元素融入

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

3" 結(jié)束語

通過對無人飛行器專業(yè)課程進行教學(xué)方法改革，有針對性地設(shè)計和開展相關(guān)教學(xué)項目及實驗項目，將有利于無人駕駛航空器設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用專業(yè)課程的相關(guān)教學(xué)探索，有助于學(xué)生掌握航空類無人飛行器相關(guān)專業(yè)所需的基礎(chǔ)知識以及專業(yè)知識，加強無人飛行器專業(yè)學(xué)生對無人飛行器設(shè)計的綜合掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生通過不斷自學(xué)提升從事無人機設(shè)計所需知識和設(shè)計無人機、解決設(shè)計過程中出現(xiàn)問題的能力，拓展學(xué)生知識面，增加系統(tǒng)的工程實踐經(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)問題并給出解決方案，培養(yǎng)服務(wù)國家戰(zhàn)略需求的創(chuàng)新型航空航天人才。

無人飛行器專業(yè)作為中原工學(xué)院航空類新專業(yè)，是學(xué)?！耙惑w兩翼”中的兩個發(fā)展方向之一，也是學(xué)校具有代表性的一個專業(yè)。把這個專業(yè)建設(shè)好，尤其是把相關(guān)專業(yè)課程建設(shè)好，對學(xué)校無人飛行器專業(yè)發(fā)展將有非常好的指導(dǎo)意義，會促進專業(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)院航空類無人飛行器專業(yè)人才培養(yǎng)探索一套專業(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，為其他非航空類地方高校無人飛行器專業(yè)人才培養(yǎng)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[7] 陳玉榮.試論案例教學(xué)法[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2004（31）：19-21.

*項目來源：2021年“紡織之光”中國紡織工業(yè)聯(lián)合會高等教育教學(xué)改革研究項目“航空類專業(yè)課程教學(xué)方法探索——以《無人駕駛航空器設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用》為例”（2021BKJGLX561），“面向紡織類工程教育專業(yè)認(rèn)證《電工學(xué)》課程教學(xué)改革與探索”（2021BKJGLX556），“基于協(xié)同創(chuàng)新理念的‘自動控制原理’課程思政融合探索與實踐”（2021BKJGLX559），“新工科背景下航空類專業(yè)實踐教學(xué)模式的改革與實踐”（2021BKJGLX557）；2021年度中原工學(xué)院教學(xué)改革研究與實踐項目“《無人駕駛航空器設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用》教學(xué)方法探索”（2021ZGJGLX095），“面向電類工程教育專業(yè)認(rèn)證《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)改革與探索”（2021ZGJGLX029），“基于OBE反向設(shè)計理念的課程思政探索與實踐——以自動控制原理為例”（2021ZGJGLX014），“5G背景下《移動通信》課程的混合式教學(xué)研究與改革”（2021ZGJGLX062）；中原工學(xué)院校內(nèi)教改項目“基于‘知識應(yīng)用為導(dǎo)向’的混合教育教學(xué)改革研究與實踐”（JG202001）；河南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度一般課題“五位一體：疫情下大學(xué)生的主被動約束機制研究”（2020YB0113）；中原工學(xué)院研究生教育質(zhì)量提升工程項目“基于多元思政協(xié)同驅(qū)動的研究生培養(yǎng)探索與實踐——以計算智能國際聯(lián)合實驗室為例”（JG202112）。

作者：張利民、李召、溫鵬偉、周同馳，中原工學(xué)院電子信息學(xué)院，講師，研究方向為自動化教育、通信工程教育、航空專業(yè)類教育；路向陽、柴旭朝，中原工學(xué)院電子信息學(xué)院，副教授，研究方向為電工電子技術(shù)教育、航空專業(yè)類教育（451191）。