高 雪，葉柏松

（常州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能控制學(xué)院，江蘇 常州 213164）

0 引言

目前，無人機市場發(fā)展迅速，無人機在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可完成災(zāi)害評估、航拍航測、農(nóng)業(yè)植保、農(nóng)業(yè)播種施肥和農(nóng)田信息監(jiān)測等多種任務(wù)。植保無人機能夠?qū)崿F(xiàn)智能分析、助力決策、變量噴灑和變量播撒。其本身是一種高效、安全、精準的農(nóng)業(yè)機械，相對于傳統(tǒng)的人工作業(yè)在一定程度上是生產(chǎn)技術(shù)的革命，新興的植保無人機作業(yè)飛行速度快、噴灑作業(yè)效率高、應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害能力強。無人機農(nóng)作物植保作為行業(yè)應(yīng)用的重要方向之一，其人才需求缺口巨大，培養(yǎng)合格的植保技術(shù)人才，滿足行業(yè)發(fā)展需求成為關(guān)鍵。

1 課程分析

1.1 課程概述

無人機植保技術(shù)課程是無人機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的綜合應(yīng)用型課程，根據(jù)《植保無人飛機應(yīng)用職業(yè)技能等級標準》1+X 標準及行業(yè)規(guī)范，參照教育部頒布的無人機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)標準及課程標準，以工程項目為引領(lǐng)，逐步培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用的概念[1-3]。

在深入開展企業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，本課程圍繞植保無人機規(guī)范作業(yè)的技能要求，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力、職業(yè)素養(yǎng)和工匠精神。大力推動植保無人機的宣傳、普及和落地應(yīng)用，特別是應(yīng)對廣大農(nóng)業(yè)集中地區(qū)加大對植保無人機的應(yīng)用、適應(yīng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢，課程教學(xué)分別以市場占有率較高的大疆植保無人機和極飛植保無人機兩種機型作為教學(xué)載體[4-6]。

1.2 教學(xué)基本設(shè)計

采用層層遞進的教學(xué)過程，如圖1 所示，從模塊一“入行階段?農(nóng)田類植?！边f進到模塊二“提高階段?果樹類植?！?，再到“綜合素質(zhì)提高與創(chuàng)業(yè)意識培養(yǎng)?案例分享和創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗”的體系結(jié)構(gòu)，從實際崗位工作要求出發(fā)，實現(xiàn)專業(yè)知識與職業(yè)素養(yǎng)融合。

圖1 層層遞進式教學(xué)過程Fig.1 Progressive teaching process

通過本課程的學(xué)習(xí)，熟悉典型農(nóng)作物的生長周期、病蟲草害的相關(guān)知識。能根據(jù)作業(yè)區(qū)塊的溫度、濕度、能見度、風(fēng)向和風(fēng)速等氣象信息設(shè)置正確的作業(yè)參數(shù)，制定作業(yè)方案和應(yīng)急處置預(yù)案；能操縱植保無人機在視距內(nèi)和超視距場景下進行植保作業(yè)；能判斷作業(yè)中出現(xiàn)的常見故障，并進行維修；學(xué)會如何承接飛防訂單與任務(wù)分配，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)的意識和能力。

1.3 學(xué)情分析

1.3.1 知識和技能基礎(chǔ)

本課程開設(shè)在第4 學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電工技術(shù)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、植保無人機的結(jié)構(gòu)與原理和單片機C 語言程序設(shè)計等專業(yè)課程，初步具備了將所學(xué)的電工電子、機械、傳感和控制等相關(guān)專業(yè)知識綜合運用于植保無人機的飛行操控和設(shè)備裝調(diào)的能力。

1.3.2 認知實踐能力

在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生已經(jīng)在前導(dǎo)課程植保無人機的組裝與調(diào)試、植保無人機飛行技能實訓(xùn)等課程中學(xué)習(xí)了相關(guān)的實操技能，如圖2 所示。為全面做好學(xué)情分析，有效完成教學(xué)設(shè)計，進行學(xué)前摸底測試，大部分學(xué)生掌握植保無人機的動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、地面站方面的基礎(chǔ)知識。通過鞏固強化，應(yīng)該能夠完成植保無人機的操作、排故與維護。

圖2 學(xué)情分析Fig.2 Study situation analysis

1.4 思政融入

為實現(xiàn)能力和素質(zhì)培養(yǎng)雙輪驅(qū)動，需要健全專業(yè)教育與職業(yè)素養(yǎng)相融合的培養(yǎng)體系。專業(yè)課教師自身專業(yè)素養(yǎng)是開展課程思政的基礎(chǔ)，身教勝過言傳。

整個教學(xué)設(shè)計將航空“6S”素養(yǎng)的養(yǎng)成作為著力點，將實訓(xùn)過程的勞動教育作為強化點，將植保無人機的應(yīng)用作為落腳點。

利用國產(chǎn)植保無人機的應(yīng)用視頻，增強學(xué)生的民族自豪感，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技發(fā)展，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識和新技能的欲望；利用植保無人機作業(yè)中操作不當(dāng)造成的事故視頻，增加學(xué)生對于工作崗位的安全責(zé)任意識，培養(yǎng)工匠精神。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注民生，教育學(xué)生學(xué)好專業(yè)本領(lǐng)，服務(wù)社會。

2 教學(xué)策略

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與目標、學(xué)情分析、課程資源和教學(xué)重難點，課程采用“4433”教學(xué)策略：以學(xué)生團隊小組為主體，以面向崗位的核心能力為中心，以實際植保任務(wù)為載體，實施不同小組各成員扮演不同的崗位角色，選擇不同設(shè)備對接工作任務(wù)、實現(xiàn)難易要求不同的作業(yè)模式（“4 不同”）；實現(xiàn)理論探究與項目實踐相結(jié)合、問題引導(dǎo)與情景啟發(fā)相結(jié)合、個人主導(dǎo)與團隊協(xié)作相結(jié)合、示范帶動與個性發(fā)展相結(jié)合教學(xué)實踐（“4 結(jié)合”）；運用資源庫平臺、在線開放課程、問卷星平臺（“3 平臺”），實現(xiàn)看得懂（明確工作任務(wù)），學(xué)得會（會規(guī)劃、會作業(yè)、會維修），做得精的目標（“3 目標”）[7-10]。運用翻轉(zhuǎn)課堂、在線課程等線上線下結(jié)合式信息化手段，做中學(xué)、學(xué)中做，有效突破重難點，提升教學(xué)成效。教學(xué)策略如圖3 所示。

圖3 “4433”教學(xué)策略Fig.3 "4433" teaching strategy

3 課堂教學(xué)實施

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、目標、對象和重難點的分析，不同任務(wù)、不同課堂形式采取不同教學(xué)方式和教學(xué)活動，并將思政教育融入到課堂教學(xué)中，以實現(xiàn)高素質(zhì)、高技能人才的培養(yǎng)目標。通過資源庫平臺提供豐富可擴充的教學(xué)資源，學(xué)生自主選擇、重組、學(xué)習(xí)，以課前測試、調(diào)研、投票等多種形式完成學(xué)情分析，從而采取相應(yīng)教學(xué)方法解決教學(xué)重難點；課中通過情境引導(dǎo)，以示教、實操、指導(dǎo)和參觀等教學(xué)手段，通過小組匯報、學(xué)習(xí)示范、角色轉(zhuǎn)換等教學(xué)活動完成教學(xué)內(nèi)容；課后通過大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺的信息查看，教師進行教學(xué)過程分析，進而針對性調(diào)整教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生進行學(xué)習(xí)過程反思，將修改完善的作品上傳資源庫平臺，以工匠精神爭做示范卓越人才，提升教學(xué)效果?；谠诰€開發(fā)課程的混合式教學(xué)模式如圖4 所示。

圖4 基于在線課程的混合式教學(xué)模式Fig.4 Blended teaching mode based on online courses

4 特色創(chuàng)新

4.1 “1 核心、3 階段”課程教學(xué)改革

以各種形式田塊作業(yè)的工作全過程為主線、校企共育為引領(lǐng)、崗位對接為目標，設(shè)計“1 核心、3 階段”課程教學(xué)改革?！叭胄须A段+提升階段+創(chuàng)業(yè)階段”3 個階段，以核心崗位能力為引領(lǐng)，結(jié)合行業(yè)標準及《植保無人飛機應(yīng)用職業(yè)技能等級標準》1+X 證書標準，將項目分解為實現(xiàn)“知原則、會操作，懂規(guī)范、強管理，精作業(yè)、能調(diào)試”能力的子工作任務(wù)。由師德先進個人及企業(yè)工程師組成的雙師型教學(xué)團隊，利用團隊個人優(yōu)勢分工，企業(yè)工程師提升技能，共建優(yōu)質(zhì)課堂。“1 核心、3 階段”的課程教學(xué)模式，如圖5 所示。

圖5 “1 核心和3 階段”教學(xué)模式Fig.5 "One core and three stages" teaching mode

4.2 創(chuàng)新教學(xué)模式

創(chuàng)新工程應(yīng)用型實訓(xùn)課程的教學(xué)模式，采用“3 不同、3 結(jié)合”教學(xué)方法，如圖6 所示，實現(xiàn)分層化、個性化教學(xué)。根據(jù)不同品牌的植保無人機，合理選擇產(chǎn)品型號，激發(fā)學(xué)生探究選用機型的考量要素；根據(jù)不同的項目和不同地塊，選用不同的作業(yè)模式和藥劑；小組成員承擔(dān)項目團隊中飛手、觀察員、地勤人員等不同角色，提高團隊協(xié)作能力，角色輪換，掌握不同崗位職責(zé)和技能。

圖6 “3 不同、3 結(jié)合”教學(xué)方法Fig.6 "Three different and three combined" teaching method

4.3 課堂形式創(chuàng)新

學(xué)生走出課堂，進入農(nóng)田實地作業(yè)，在企業(yè)工程師的帶領(lǐng)下，了解農(nóng)藥的基本知識及常見的病蟲草害，學(xué)習(xí)飛防植保的規(guī)范流程及植保無人機的維護和保養(yǎng)，并分組在小麥田和櫻花園使用大疆植保無人機和極飛植保無人機進行手動作業(yè)和全自主作業(yè)的實戰(zhàn)演練。

4.4 培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)思維

企業(yè)導(dǎo)師分享作業(yè)案例，介紹公司運營模式，講授如何承接飛防訂單及如何進行人員分配等實戰(zhàn)經(jīng)驗，為畢業(yè)后有創(chuàng)業(yè)意愿的同學(xué)傳授經(jīng)驗。

5 教學(xué)反思

5.1 增加真實場景訓(xùn)練

在實際的教學(xué)作業(yè)過程中，遇到前方障礙物、塑料膜卷住槳葉、下雨等突發(fā)情況時，由于學(xué)生的飛行經(jīng)驗不足，判斷失誤和處理不夠冷靜和果斷，導(dǎo)致植保無人機碰撞到障礙物，出現(xiàn)損壞需要維修的情況。但是在實際的植保作業(yè)中，進行植保作業(yè)往往是高強度的短期作業(yè)，機器一旦出現(xiàn)問題，就很可能錯過打藥期，損失嚴重。改進的方法是盡可能增加真實場景訓(xùn)練的機會，練就扎實的操作技能。

5.2 提升職業(yè)技能覆蓋

積極關(guān)注《植保無人飛機應(yīng)用職業(yè)技能等級標準》“1+X”證書制度工作的推進情況，逐步擴大職業(yè)技能等級證書中涉及的基本知識、職業(yè)素養(yǎng)、技能要求等在教學(xué)中的覆蓋程度，繼續(xù)以“1+X”證書制度試點工作為抓手，進一步深化人才培養(yǎng)方案改革，構(gòu)建基于“崗課賽證、課證融通”的課程體系，推進“三教改革”，切實做好高素質(zhì)技術(shù)技能人才的培養(yǎng)工作。

5.3 利用增強現(xiàn)實技術(shù)

隨著5G 技術(shù)的普及、人工智能的推廣，在未來的課程改革中，擬利用增強技術(shù)將虛擬場景與真實場景深度融合，利用視頻捕捉系統(tǒng)全程錄制學(xué)生表現(xiàn)，及時反饋和分析問題，提高教學(xué)質(zhì)量。

6 結(jié)束語

無人機植保技術(shù)課程大力推動無人機的宣傳、普及和落地應(yīng)用?；谥脖＜夹g(shù)人員的崗位技能標準，學(xué)校、行業(yè)、企業(yè)聯(lián)合定制人才培養(yǎng)計劃，在課程、師資、實踐方面引入外部資源，打通教學(xué)平臺，以工作過程為導(dǎo)向，實現(xiàn)“專業(yè)基礎(chǔ)能力培養(yǎng)、專業(yè)核心能力強化、專業(yè)綜合能力提升”的3 段式能力遞進，達到培養(yǎng)符合市場和行業(yè)發(fā)展需求的高素質(zhì)人才的最終目標。