摘 要 隨著軍民融合深度發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，無人機(jī)系統(tǒng)作為新興高端裝備，其集群技術(shù)在國防和民用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。這一趨勢對無人機(jī)集群技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，亟須通過教育教學(xué)創(chuàng)新改革，推動軍民融合的發(fā)展。文章旨在探討軍民融合背景下，無人機(jī)集群技術(shù)課程教學(xué)改革的方向與策略，通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和評價(jià)體系，以提升學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，促進(jìn)無人機(jī)技術(shù)的軍民融合發(fā)展。

關(guān)鍵詞 無人機(jī)；集群技術(shù)；軍民融合；教學(xué)改革

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.31.018

Research on Teaching Reform of UAV Cluster Technology under the

Background of Military-Civilian Integration

GAO Zhiyun， GU Jie

（School of Transportation Science and Engineering， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300）

Abstract With the deepening of military civilian integration becoming a national strategy， unmanned aerial vehicle systems， as emerging high-end equipment， have shown great potential for cluster technology in both national defense and civilian fields. This trend has put forward higher requirements for the cultivation of professionals in drone cluster technology， and there is an urgent need to promote the development of military civilian integration through innovative reforms in education and teaching. The article aims to explore the direction and strategies for the teaching reform of unmanned aerial vehicle cluster technology courses under the background of military civilian integration. By optimizing teaching content， improving teaching methods and evaluation systems， it aims to enhance students' innovation and practical abilities， and promote the development of military civilian integration of unmanned aerial vehicle technology.

Keywords unmanned aerial vehicle， cluster technology， military-civilian integration， teaching reform

隨著全球科技競爭的日益激烈，軍民融合作為國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，正以前所未有的速度和規(guī)模向前推進(jìn)。無人機(jī)集群技術(shù)作為這一領(lǐng)域的一顆璀璨明星，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢——高效協(xié)同、靈活部署、低成本效益等，不僅在國防安全領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的戰(zhàn)略價(jià)值，還在民用領(lǐng)域開辟了廣闊的應(yīng)用前景。從軍事偵察、精確打擊到農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測、物流配送，無人機(jī)集群技術(shù)的應(yīng)用場景日益豐富，成為推動社會進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級的重要力量[1-3]。然而，面對無人機(jī)集群技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，當(dāng)前的高等教育體系在人才培養(yǎng)方面面臨著諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的無人機(jī)技術(shù)課程往往側(cè)重于單一技能或組件的教學(xué)，缺乏對學(xué)生系統(tǒng)性、創(chuàng)新性思維和跨領(lǐng)域合作能力的培養(yǎng)。特別是在軍民融合背景下，如何培養(yǎng)出既具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)，又熟悉實(shí)際應(yīng)用場景，同時(shí)能夠靈活應(yīng)對復(fù)雜多變?nèi)蝿?wù)的高素質(zhì)無人機(jī)集群技術(shù)人才，成為一項(xiàng)重要課題。

因此，本文聚焦于無人機(jī)集群技術(shù)教學(xué)改革，旨在通過深入分析當(dāng)前教學(xué)體系中存在的問題與不足，結(jié)合軍民融合發(fā)展的實(shí)際需求，探索出一套科學(xué)、合理、有效的教學(xué)改革方案，為無人機(jī)集群技術(shù)的軍民融合發(fā)展培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的復(fù)合型人才。

1" 課程分析

1.1" 課程概述

無人機(jī)集群技術(shù)作為現(xiàn)代航空技術(shù)的前沿領(lǐng)域，其深遠(yuǎn)意義遠(yuǎn)不止于簡單的多機(jī)協(xié)同作業(yè)。這一技術(shù)深度融合了先進(jìn)的通信技術(shù)、高精度的路徑規(guī)劃算法、高效的碰撞避免機(jī)制以及復(fù)雜的分布式控制策略，構(gòu)建了一個高度協(xié)同、智能自主的系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，每一架無人機(jī)都是智能網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點(diǎn)，它們能夠?qū)崟r(shí)共享信息、動態(tài)調(diào)整策略，以最優(yōu)化的方式共同應(yīng)對復(fù)雜多變的任務(wù)環(huán)境。

無人機(jī)集群技術(shù)課程作為培養(yǎng)未來無人機(jī)技術(shù)專業(yè)人才的關(guān)鍵課程，其教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)均體現(xiàn)了對這一領(lǐng)域全面而深入的理解。課程不僅涵蓋了無人機(jī)集群技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識，如通信協(xié)議、傳感器技術(shù)等，還深入探討了集群協(xié)同作業(yè)的核心技術(shù)，包括但不限于：實(shí)時(shí)動態(tài)決策與自適應(yīng)控制、分布式協(xié)同算法以及安全性與可靠性保障。此外，無人機(jī)集群技術(shù)課程還注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、模擬演練等多種形式，學(xué)生有機(jī)會親手操作無人機(jī)集群系統(tǒng)，將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實(shí)際問題。同時(shí)，課程鼓勵學(xué)生探索新技術(shù)、新方法，破解傳統(tǒng)思維的局限，為無人機(jī)集群技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)新的思路和解決方案。

1.2" 學(xué)情分析

1.2.1" 知識和技能基礎(chǔ)

本課程作為高級專業(yè)課程，開設(shè)于學(xué)生學(xué)術(shù)生涯的第7學(xué)期，這是一個集大成者的學(xué)習(xí)階段，旨在將學(xué)生在前六個學(xué)期所積累的深厚理論基礎(chǔ)與專業(yè)技能進(jìn)一步升華與融合。在此之前，學(xué)生已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了無人機(jī)領(lǐng)域的核心課程，包括但不限于無人機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)、無人機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)、無人機(jī)控制工程基礎(chǔ)、無人機(jī)導(dǎo)航與通信、無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃、無人機(jī)飛行動力學(xué)以及無人機(jī)飛行控制等。這些課程不僅為學(xué)生構(gòu)建了扎實(shí)的專業(yè)知識框架，還培養(yǎng)了他們在通信導(dǎo)航、任務(wù)規(guī)劃、傳感技術(shù)、控制理論等方面的能力。

進(jìn)入無人機(jī)集群技術(shù)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將站在一個新的高度面對無人機(jī)技術(shù)的前沿挑戰(zhàn)——如何實(shí)現(xiàn)多架無人機(jī)的協(xié)同作業(yè)與高效管理。課程將深度挖掘無人機(jī)集群技術(shù)的核心要素，如集群控制算法、分布式?jīng)Q策機(jī)制以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享與處理等，引導(dǎo)學(xué)生將之前所學(xué)的專業(yè)知識綜合應(yīng)用于這一復(fù)雜系統(tǒng)中。

1.2.2" 認(rèn)知實(shí)踐能力

在學(xué)習(xí)無人機(jī)集群技術(shù)這一高級專業(yè)課程之前，學(xué)生已經(jīng)歷了一系列精心設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，如專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)、無人機(jī)應(yīng)用場景實(shí)習(xí)以及無人機(jī)“1+X”實(shí)習(xí)等，這些實(shí)習(xí)課程不僅為學(xué)生搭建了理論知識與實(shí)際操作之間的橋梁，還讓他們在真實(shí)或模擬的工作環(huán)境中親身體驗(yàn)了無人機(jī)的多種應(yīng)用場景與技術(shù)挑戰(zhàn)。這些實(shí)習(xí)經(jīng)歷直觀地展示了學(xué)生在無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)操能力成長軌跡。

為了更加精準(zhǔn)地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，有效規(guī)劃后續(xù)的教學(xué)路徑，課程組進(jìn)行了詳盡的學(xué)前摸底測試。測試結(jié)果顯示，大部分學(xué)生已經(jīng)牢固掌握了無人機(jī)動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)以及地面站操作等方面的基礎(chǔ)知識，這表明學(xué)生在無人機(jī)單體控制與管理方面具備了較為扎實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，學(xué)生在實(shí)習(xí)過程中展現(xiàn)出的解決問題的能力、創(chuàng)新思維以及對新技術(shù)的敏感度，也能為教師設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性和前瞻性的教學(xué)內(nèi)容提供有力依據(jù)。

1.3" 思政融入

為實(shí)現(xiàn)學(xué)生在無人機(jī)集群技術(shù)領(lǐng)域能力與素質(zhì)的全面躍升，應(yīng)構(gòu)建一個高度融合專業(yè)教育與職業(yè)素養(yǎng)的綜合性培養(yǎng)體系。這一體系以專業(yè)課教師深厚的專業(yè)素養(yǎng)為堅(jiān)實(shí)支撐，通過身體力行成為學(xué)生的楷模，深刻詮釋“身教勝于言傳”的教育理念[4]。

體系的核心設(shè)計(jì)緊密圍繞三大支柱展開：首先，強(qiáng)化航空“6S”素養(yǎng)，通過模擬真實(shí)的無人機(jī)集群作業(yè)環(huán)境，要求學(xué)生嚴(yán)格遵循操作規(guī)范，不僅錘煉其專業(yè)技能，還培養(yǎng)其細(xì)致入微的工作態(tài)度、緊密的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和高度的安全意識，為其日后的職業(yè)生涯奠定堅(jiān)不可摧的基礎(chǔ)。其次，實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)深度融入勞動教育，讓學(xué)生親身體驗(yàn)無人機(jī)集群從組裝、調(diào)試到維護(hù)的全過程，這不僅鍛煉了學(xué)生的動手能力、耐心與責(zé)任感，還通過團(tuán)隊(duì)合作解決復(fù)雜任務(wù)，極大地提升他們的協(xié)作能力與集體榮譽(yù)感，為其未來的職業(yè)道路鋪設(shè)堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。再次，以軍用和民用無人機(jī)集群的廣泛應(yīng)用為實(shí)踐平臺，精選應(yīng)用視頻作為教學(xué)素材。通過展示無人機(jī)集群在國防建設(shè)、農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的卓越表現(xiàn)，旨在激發(fā)學(xué)生的民族自豪感，引導(dǎo)他們緊密關(guān)注科技發(fā)展的最新動態(tài)，點(diǎn)燃他們探索新知、掌握新技能的強(qiáng)烈欲望。同時(shí)，通過剖析無人機(jī)集群作業(yè)中因操作不當(dāng)而引發(fā)的事故案例，深刻警示學(xué)生，增強(qiáng)他們的安全責(zé)任意識，培養(yǎng)其精益求精的工匠精神，確保他們在未來的工作中能夠嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、萬無一失。最終目標(biāo)是培養(yǎng)精通無人機(jī)集群技術(shù)、職業(yè)素養(yǎng)高、具備社會責(zé)任感與工匠精神的復(fù)合型人才，以專業(yè)的技能、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、高效的團(tuán)隊(duì)協(xié)作推動技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)社會繁榮發(fā)展。

2" 教學(xué)策略

2.1" 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

無人機(jī)集群技術(shù)教學(xué)優(yōu)化，是提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。教師需全面審視教學(xué)體系，實(shí)施針對性改進(jìn)，以促進(jìn)教學(xué)效果與學(xué)生能力同步提升。

首先，致力于強(qiáng)化理論基礎(chǔ)與前沿技術(shù)的深度融合。在扎實(shí)傳授控制理論、優(yōu)化算法、通信協(xié)議及傳感器等核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，緊跟科技發(fā)展的脈搏，將人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理等前沿技術(shù)引入課堂，通過生動的案例講解、實(shí)操演練等方式，讓學(xué)生深刻理解這些新技術(shù)如何重塑無人機(jī)集群技術(shù)的面貌，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，拓寬他們的知識視野和思維邊界。其次，高度重視實(shí)踐技能的培養(yǎng)。增設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程不僅涵蓋無人機(jī)集群的搭建、調(diào)試、控制等基本技能，還融入對故障排查、性能優(yōu)化等高級技能的培養(yǎng)。通過模擬真實(shí)應(yīng)用場景的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，鍛煉他們的動手能力和創(chuàng)新思維。同時(shí)，引入國內(nèi)外無人機(jī)集群技術(shù)的典型案例，通過案例分析與討論，讓學(xué)生深入了解無人機(jī)集群技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和潛在價(jià)值，培養(yǎng)他們的行業(yè)洞察力和市場敏感度。再次，積極推動跨學(xué)科知識的融合。無人機(jī)集群技術(shù)是一個高度交叉的學(xué)科領(lǐng)域，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制科學(xué)、通信工程、機(jī)械工程等多個學(xué)科。為了培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識解決問題的能力，學(xué)校開設(shè)了跨學(xué)科課堂，邀請不同領(lǐng)域的專家進(jìn)行授課和交流；同時(shí)，實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式參與無人機(jī)集群技術(shù)實(shí)際項(xiàng)目的研發(fā)，歷經(jīng)需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)的全過程，既錘煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與創(chuàng)新力，又深刻體驗(yàn)了復(fù)雜的技術(shù)與挑戰(zhàn)。最后，始終關(guān)注倫理與法規(guī)教育。隨著無人機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其倫理問題和法規(guī)要求也日益凸顯。為了引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀和倫理觀，學(xué)校開設(shè)了專門的倫理與法規(guī)課程，通過案例分析、討論辯論等方式，讓學(xué)生深入了解無人機(jī)集群技術(shù)可能帶來的倫理問題和社會影響；同時(shí)，加強(qiáng)對相關(guān)法律法規(guī)的教育和宣傳，讓學(xué)生熟悉并遵守相關(guān)法規(guī)要求，培養(yǎng)他們的法律意識和合規(guī)意識。

2.2" 改進(jìn)教學(xué)方法

無人機(jī)集群技術(shù)教學(xué)改革中，教學(xué)方法的革新是關(guān)鍵。首先，構(gòu)建全方位、多層次的教學(xué)體系，采用多元化的教學(xué)手段，以適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格與興趣偏好。線上線下融合教學(xué)不僅打破時(shí)間與空間的限制，讓學(xué)生可以靈活安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，還通過線上平臺的豐富資源和線下課堂的即時(shí)互動，實(shí)現(xiàn)對知識的深度理解與應(yīng)用。此外，還可以引入虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，打造沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生親歷無人機(jī)集群操作與設(shè)計(jì)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的吸引力與效果。其次，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持“做中學(xué)、學(xué)中做”的理念，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和校企合作的深度融合，為學(xué)生搭建從理論到實(shí)踐、從課堂到職場的橋梁。學(xué)生在參與實(shí)際項(xiàng)目的過程中，不僅能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決復(fù)雜問題，還能在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中鍛煉溝通協(xié)調(diào)能力和創(chuàng)新思維。與企業(yè)的緊密合作，則為學(xué)生提供了接觸行業(yè)前沿、了解市場需求的機(jī)會，幫助他們提前規(guī)劃職業(yè)生涯，為未來的職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最后，通過設(shè)立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、組織科技競賽等方式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和解決問題的能力。同時(shí)，在教學(xué)過程中融入批判性思維訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度審視問題、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論，并鼓勵學(xué)生勇于表達(dá)自己的觀點(diǎn)和見解，從而培養(yǎng)出具有獨(dú)立思考能力和批判精神的未來科技人才。

2.3" 完善評價(jià)體系

在無人機(jī)集群技術(shù)課程的教學(xué)改革中，完善評價(jià)體系至關(guān)重要[5]。為此，高校應(yīng)構(gòu)建一個多元化、綜合性的評價(jià)體系，聚焦于學(xué)生對基礎(chǔ)理論與核心知識的掌握，通過實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的雙重評估，全面衡量學(xué)生的動手實(shí)操、項(xiàng)目執(zhí)行、問題解決及創(chuàng)新創(chuàng)造等多維度的能力。同時(shí)，巧妙融合過程性評價(jià)與結(jié)果性評價(jià)，關(guān)注學(xué)生的日常學(xué)習(xí)態(tài)度、方法及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，并依托考試、項(xiàng)目報(bào)告與學(xué)術(shù)論文等客觀標(biāo)準(zhǔn)，綜合評價(jià)其學(xué)習(xí)成效。此外，充分利用信息技術(shù)的優(yōu)勢，如在線評價(jià)平臺與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，提升評價(jià)的效率，確保評價(jià)的精準(zhǔn)性與實(shí)效性。最后，建立及時(shí)的反饋機(jī)制，定期收集學(xué)生對課程教學(xué)的意見和建議，根據(jù)反饋結(jié)果調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法，提高教學(xué)效果，為教學(xué)改進(jìn)提供強(qiáng)有力的支撐與保障。

3" 結(jié)語

隨著無人機(jī)技術(shù)在軍用與民用領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，高等院校正高效推動無人機(jī)應(yīng)用技能人才的培養(yǎng)與供給?；诿鞔_的崗位技能標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)校、行業(yè)、企業(yè)緊密合作，定制精準(zhǔn)人才培養(yǎng)方案，實(shí)施“專業(yè)基礎(chǔ)夯實(shí)、核心能力精進(jìn)、綜合能力飛躍”的培養(yǎng)策略，確保培養(yǎng)出緊貼市場與行業(yè)需求的高素質(zhì)無人機(jī)應(yīng)用人才。

基金項(xiàng)目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（3122023QD18）。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓亮，任章，董希旺，等.多無人機(jī)協(xié)同控制方法及應(yīng)用研究[J].導(dǎo)航定位與授時(shí)，2018，5（4）：1-7.

[2] 段海濱，邱華鑫，陳琳，等.無人機(jī)自主集群技術(shù)研究展望[J].科技導(dǎo)報(bào)，2018，36（21）：90-98.

[3] 劉小明.基于5G的植保無人機(jī)多機(jī)協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2022.

[4] 高雪，葉柏松.新工科背景下無人機(jī)植保技術(shù)課程教學(xué)改革[J].農(nóng)業(yè)工程，2023，13（2）：123-126.

[5] 李程程，張紅華，許延麗，等.人工智能背景下“無人機(jī)測繪技術(shù)”專業(yè)課程改革探索[J].科技與創(chuàng)新，2024（5）：146-148.