教学无人机在景观设计课程教学中的应用

摘 要： 教学无人机作为有效的辅助工具，以其快速移动、空中悬停、多角度航拍等功能，在辅助现场教学、远程互动课堂教学和构建本土数据库中发挥积极的作用。教学无人机在协助师生获取多维度资料，调动学生参与课堂、课外学习的主动性，提升学生应用技能等方面效果显著，在景观设计课堂教学准备、教学过程和教学组织中效果突出。

关键词： 教学无人机 现场教学 课堂效果

现代化教学手段具有提高教学效率、改进教学的活动方式、拓展教学时间的维度等功能[1]。信息技术在教育领域的全面应用，必将促进教学内容、教学手段、教学方法和教学模式的深刻变革[2]。教学无人机是新的教学辅助手段，具有移动速度快、空中悬停性能优异、多角度航拍及在4G通信技术的支持下可以远程共享图像的功能，成为现场教学、野外调研、远程监测等教学活动的最佳辅助性工具。无人机进入课堂教学必将给提高高校课堂教学效率、改进教学组织获得方式、拓展师生互动学习方式、培养学生应用能力带来显著的变化。笔者结合教学无人机引入景观设计课程的两年经验，对无人机影响改进课堂教学的实效进行分析。

一、教学无人机的课堂需求

教学无人机能够有效地辅助现场教学活动，不仅能提高学生动手能力、丰富景观教学资料库，還能改变学生观测角度、提升学生观测高度、改变现场教学移动速度、到达学生难以到达的地点，为课堂教学和现场教学提供更丰富的观测内容，打造互动课堂最佳辅助工具。

1.教学无人机的规格需求。无人机教学平台由四旋翼直升机机体、机器人着陆机构及地面控制站三个部分构成[3]，其航拍的艺术性效果往往是地面拍摄无法实现的[4]。目前市面上无人机种类繁多，价格区间较大，大致可分为四种类型，即玩具型无人机、一般用途型无人机、专业型无人机和特种无人机，玩具型无人机在200元—2000元之间，一般用途型无人机价格在3000元—9000元之间，专业无人机需要10000元—30000元之间，特种无人机价格高昂。教学使用介于一般用途和专业用途之间，可根据教学经费选择不同价位，选择价位6000元-12000元的无人机基本能满足教学需求。教学无人机使用性能要求方面，续航能力在20分钟及以上，飞行控制范围1000米及以上，摄影像素1200万及以上，视频录制像素2K及以上，支持多机联动、协同拍摄（即一个人控制飞行一个人控制拍照）、操控系统良好的四旋翼及以上机型即可。

2.教学无人机的课程需求。教学无人机主要使用于新闻传媒、体育舞蹈、土木建筑、园林园艺、艺术设计和景观设计等需要现场教学要求较高的专业。教学无人机需求领域主要包括构建本土教学数据库、辅助现场教学和远程互动课堂教学三个方面。首先，构建本土数据库。构建本土教学数据库主要是预先对教学需求对象进行拍摄及处理，成为课题教学第一手资料，为学生提供个性化教学数据，比网上收集影音图片等具体、更生动、更符合学生情感需求，教师可以根据自己构建的数据库，进行本土案例教学活动。其次，辅助现场教学，在现场教学组织学生移动的效率低、速度慢、视角窄，无人机可以发挥快速移动、空中悬停、多角度观测优势，成为现场教学得力的辅助工具，它可以将采集的动态数据实时分享给现场同学，满足学生现场教学高效率、高质量的需求。再次，远程互动课堂教学。教师和学生在课堂，无人机操控人员通过远程共享设备，将现场景观、事件、过程通过实时动态的方式传输到课堂屏幕上，让学生在课堂即可远程观测现场情况，对景物、事件及变化过程进行动态研判分析。

3.无人机拍摄的气象需求。虽然无人机飞行对环境适应性较强、对气象条件要求不高，但摄像效果对气象有移动要求，因此根据教学需求不同，对教学无人机飞行拍摄气象要求有一定差异。首先，素材采集拍摄类对气象要最高。素材采集型对天气要求很高，尽可能在无风、晴朗、光线适度的情况下，对需要采集景观进行多角度、多频次的视频和图片采集，保证拥有最佳效果，为构架景观教学素材库建设提供最佳状态视频、图片资料，但特殊景观拍摄除外（如云海、麦浪、烟雨古街等），同时素材采集飞行拍摄还需要大量后期处理，主要在课余时间完成拍摄、后期处理，供课堂使用。其次，现场观摩性拍摄气象要求较低，现场观摩性拍摄主要应用于现场教学，由于现场教学实践固定，对气象选择余地小，只要能满足无人机飞行拍摄的基本条件，即可进行飞行拍摄，但拍摄效果和最佳效果有一定差距，也能满足现场教学需求。再次，远程互动教学对气象要求介于二者之间，远程互动教学既可以传输实时动态数据，又可以传输预先拍摄影音资料。定时传输的预先拍摄的影音资料，在预先拍摄时，尽可能选择最佳摄影气象条件，需要选择拍摄时机和条件，而实时动态数据则难以选择气象条件，满足基本飞行拍摄条件即可。

二、教学无人机应用的课堂效用

对景观设计课程而言，教学无人机不仅能激发学生学习兴趣、提高学生动手能力，还能活跃课题形式、丰富教学内容和满足教学改革需求。

1.新颖教学形式激发学生学习兴趣。兴趣是最好的老师，高校学生处在18岁—22岁，学习兴奋程度和兴趣有密切关系，对新鲜事物感兴趣，将无人机引入教学课题，引起学生浓厚的兴趣。首先，学生对无人机本身有浓厚的兴趣，包括无人机款式、构成、基本性能均能引起兴趣。其次，学生对无人机操控有极浓厚的兴趣，学生希望自己有操控无人机的经验，希望自己能更好地操控无人机，操控无人机的新奇兴趣超过学生玩手机的兴趣，学生都希望有较多操控无人机的机会，展示操控无人机的个人技巧。再次，学生对无人机拍摄内容十分感兴趣，无人机拍摄内容生动、活泼、具体、互动性强，比网络上搜寻的网上视频、图片资料更吸引人。特别是自己采集、处理的数据运用到课堂教学中，会引起学生极浓厚的学习兴趣。学生更愿意分组采集景观数据并应用于课堂教学。学生对景观设计课程产生极浓厚的兴趣，每次上课都抱有较大的期待，希望景观设计课程有更多的惊喜。同时，学生还会形成较高的专业认同感、优越感，认为本专业比其他专业好。

2.自制教学案例提高学生动手能力。影响案例教学满意度的因素主要是本土化案例比重偏低[5]，提升课堂满意度需要提升本土教学案例的比率。通过教学无人机构筑本土化案例平台，既可以提高学生的学习兴趣，提高学生对教学的满意程度，又可以让学生参与本土数据库建设、自制教学案例，提高学生的动手能力，进一步激发学生的学习兴趣。首先，提高学生飞控、拍摄能力。在本土数据库素材拍摄过程中，培养一批飞控技能强、拍摄能力强的学生，让学生配合完成无人机飞控和拍摄，给学生规定任务、讲清楚要求，让学生自选素材进行拍摄，可以普遍提高学生的动手能力。其次，提高学生后期处理能力。培养一组图片处理能力强、一组视频处理能力强的同学，让他们进行后期图片处理和视频编辑，形成效果较好、质量较高、景观独特的影音图片，丰富本土景观数据库。再次，提高学生交互软件操作能力。培养一组交互软件应用能力强的同学，参与现场教学和远程互动教学的交互软件调适和应用之中，使之具备较强的软件应用能力，培养学生的动手能力。

3.提高学生现场景观规划设计能力。学生通过对同一景观多角度观测，有利于更直观、更全面、更具体地了解景观设计。首先，有利于提高学生临摹设计能力。通过无人机航拍，获取景区典型案例，让学生进行临摹性设计，可以快速提高学生的景观基础设计能力，让零美术基础的学生迅速掌握景观设计图的绘制（如图1）。其次，有利于提高景观改进设计能力。利用无人机进行航拍快速获取景区景观全貌，可以通过对其园路、绿植、建筑、地形等进行系统性学习，让学生可以直观地了解景区设计可借鉴之处，对该景区进行改进性设计，就有了较高的起点和基础。再次，有利于对未开发区域景观模拟设计。如对山体类景区进行道路设计，借助无人机的空中勘察，可以十分輕松地到达人们难以达到的地方，从空中多角度勘察，能更好地进行游步道的位置、走向、沿途风景的设计。如对园林植被景观设计时，利用无人机进行垂直俯拍，可以预判未来5年植物树冠的直径、覆盖率、株植生长关系等。

三、教学无人机的课堂改变

景观设计课程引入无人机教学，对教师课前准备提出更高的要求，教师需要提前策划、认真准备课堂内容，才能提供动态数据，改变PPT+网络视频的局面，促使教师投入更多精力。

首先，教学内容让课堂更生动活泼。在传统PPT+视频教学中，教师使用的材料绝大部分是网络收集而来的二手图片、视频资料，在资料使用过程中存在诸多问题，学生对景观设计课题教学兴趣不够浓厚。但无人机进入课堂教学，教师在备课过程使用大量无人机航拍的图片、视频，用自己的角度展示身边景观的品质、类型、特色等。大量一手资料使得课堂教学质量有较大提升，学生对课题教学的兴趣迅速提高。

其次，改善课程准备偷工减料情况。在基础理论课教学中，可以一个教程、一个教案、一份PPT用几年，应用性课程教学这种做法就是偷工减料，甚至会误人子弟。但是，目前应用性课程备课教学中教学偷懒情况还较多存在，如何改变教学偷懒情况呢？需要借助科技手段和监督机制。无人机教学资料强调本土性、动态性和实时性，即使用的材料都是身边的景观材料，身边景观的变化师生都能看得到，如果老师使用老旧一手资料就会造成课题上的尴尬。这样就促使教师不断更新视频、图片资料内容。学生作为教师备课内容更新的受益者和监督员，能够很好地对教师案例的更新动态进行监督和反馈。同时，教学内容的实时丰富对提高学生的课题兴趣、课堂参与性都有极大的帮助，能提升学生对景观设计课堂内容的热爱，培养学生的专业兴趣。

再次，学生课堂讨论向实战化转变。在传统状态下，学生翻转课堂的讨论使用的大量图片绝大多数为网络资料，难以表达学生对具体案例的设计思想。引入教学无人机后，学生以小组为单位，使用无人机航拍，选取感兴趣的景观资源，进行空中特写、多角度选择、大尺度拍摄等，学生还需对自己所拍摄图片、视频资料进行编辑和制作讲解讨论内容。用无人机拍摄一手资料，近似实战化的课题讨论，需要学生花费大量的时间，投入较多的精力才能很好地完成。因此，相对传统的以二手资料为基础的反转课题的讨论效果，以无人机拍摄一手资料的实战化互动课堂讨论，更能增强学生学习投入精力和情感，提高学生学习兴趣和热情。

四、教学无人机增强学生能力

普通院校学生存在主动学习意识不强、学习兴趣不浓厚等问题。如何激发学生课外学习兴趣成为高校教育的重要内容，教学无人机的引入，学生对景观设计课外学习兴趣得到空前的提升，学生课外学习主动显著提高。

1.增强课外主动学习兴趣。主动学习就是把学习变成人的主体性、能动性、独立性不断生成、张扬、发展、提升的过程[6]。景观设计主动学习就是让学生更愿意观测身边景观，将日常生活环境和景观设计融为一体，由于平时作业、小组讨论和课堂教学内容主要采用身边一手资料，日渐培养学生对身边环境景观设计的关注和兴趣，学生会将校园、周边公园、附近小景区、广场古镇的建筑景观、空间位置、水体景观、林地景观、花卉景观、园林路桥、道路铺装等纳入借鉴学习和改进提升的对象，成为课堂所学、小组讨论和课外作业同生活环境观测密切结合的学习方式。如通过引导，学生会对身边树木的树种特征、树冠类型、土壤根系需求、丛植关系等进行日常判断思考，能对不同种类乔木种植景观价值有基本的判断，对校园花卉摆放、园路铺装有基本的个人评判。将对景、借景、仰景、俯景等景观关系对身边设计有基本的认识。

2.增强学生团队协作能力。随着社会经济的发展，要求学生除了掌握传统的技术能力外，还应具备较强的沟通交流、团队合作、灵活应变、信息处理等非技术能力，培养学生的工程实践能力和团队协作能力[7]。教学无人机的操作使用和后期处理，需要比较专业的技术和消耗大量的时间，通常需要小组成员的协同作业才能完成。如无人机航拍，一般需要一个人操控、一个人拍照、一个人进行地面拍摄，一个人做文字记录、一个人拿行李用品等，后期需要对文字记录与图片匹配整理，地面图片与航拍图片匹配整理、航拍视频处理，以及景观借鉴设计、作业作品展示等，需要团队成员配合。长期的团队协作对培养学生团队精神十分有利，团队的分工能培养学生的兴趣和专长。

3.有利于培养学生兴趣专长。学生借助教学无人机等先进的教学设施设备，能够培养独特的兴趣专长，有利于就业和个人发展。如具有较强的操控无人机飞行技术，将来可以朝着无人机飞控发展，在电视台航拍、婚庆航拍、大型赛事航拍均有巨大的发展空间；如果在图片处理、后期视频制作方面有专长，将来就能够在景区营销设计、广告行业等方面发展。

总之，教学无人机作为先进的教学辅助手段，以较低的价格、优异的性能、宽泛的使用范围越来越受到重视，将其引入课堂教学和现场教学是未来发展趋势。教学无人机能够引导学生主动学习、提高课题课外学习兴趣、增强专业认同感，对提高学生动手能力、培养应用型人才大有裨益。

参考文献：

[1]程红，张天宝.论教学的有效性及其提高策略[J].中国教育学刊，1998（5）：37-40.

[2]何克抗.论现代教育技术与教育深化改革[J].电化教育研究，1999（1）：3-10.

[3]罗偲.基于Odroid的四旋翼无人机教学平台设计[J].实验技术与管理，2016（11）：165-167.

[4]邵鹏，左蒙.无人机新闻与新闻教学中的创新探索[J].中国成人教育，2016（18）：111-113.

[5]何志毅，孙梦.中国工商管理案例教学现状研究[J].南开管理评论，2005（8）：91-95.

[6]陈长飞.“主动学习”教学模式的实践与思考[J].教育探索，2012（1）：45-47.

[7]何朝阳，欧玉芳，曹祁.美国大学翻转课堂教学模式的启示[J].高等工程教育研究，2014（3）：148-151.

基金项目：长江师范学院重点教改项目“多屏幕实时互动现场教学模式的探索与实践”（编号：YZJ2017021），主持人，刘军林。