中小学“无人机”创客课程的意义与实施

邹卫华

教育部“十三五”规划强调对学生进行创客教育，全国各地的中小学还在积极地引入STEM课程，笔者结合一线的教学实际，谈一下中小学引入无人机项目进行创客教育的意义与实施，以期丰富学校的创客前端课程，提升学校创客教学水平，推进学生的科学创新素养培养，以先进科技提升学生的学习品质，增强学生的综合素质能力。

● 开设“无人机”创客课程对学生的积极意义

1.以先进科技提升学生的学习品质，增强学生的综合素质能力

通过先进、完备的科学教具和精心设计的无人机实验课程，可以使学生掌握基本实践技能，培养综合运用各种仪器的能力。无人机创客教育将会给学生提供更先进的设备和技术手段，进一步提高学生的创新意识和创新能力。通过培养学生对社会的责任感，通过知识的学习、技能的掌握和活动的参与，让学生初步领会科学的方法论，提高观察能力、思维能力、创造能力和实践能力，从而促进其科学素质的全面提高。此外，通过无人机创客教育的学习可以激发学生的实验兴趣，调动学生学习的主动性，确保学生在掌握基础理论和基本技能的基础上，更进一步增强创新思维和创新能力。

2.“无人机”创客课程对学生的培养目标

知识方面：让了解无人机这个学术前沿领域的发展和应用状况，了解无人机的概念和工作原理，提高对无人机的认识，为进一步学习无人机的有关知识打下基础。

能力方面：①了解无人机的各种传感器、控制系统及动力装置的作用，理解体会程序是无人机的灵魂，了解无人机是怎样在程序的自动控制或者人的指挥下工作的。②学习一种和无人机自动控制相关的计算机编程语言，通过对无人机自动控制算法的了解来训练科学而高效的思维方式，提高逻辑思维能力、规划能力，提高分析问题和解决问题的能力。③通过模拟及实战项目的完成，在组装与操控无人机的过程中培养动手能力、协作能力和创造能力。

情感方面：①通过介绍高科技领域学科发展前沿和我国空中机器的先进技术培养爱国主义精神、科学精神、顽强拼搏精神，激励确立正确的世界观、人生观和价值观。②培养对人工智能技术的兴趣，真正认识到无人机对社会进步与经济发展的作用，积极参加无人机设计比赛、无人机竞技比赛等各种课外活动，在竞赛活动中培养创新意识、团队意识和竞争意识。

● “无人机”创客课程的实施与能力培养

1.选择适合教学的无人机

印象中的无人机大多专业性十足，但是并不适合教学：一是对于普通用户来说上手操作非常有难度;二是设备昂贵，容易损坏;三是整个操作系统是闭源的，也不支持给用户进行编程使用。

本课程选择的是Makeblock公司出品的Airblock无人机。Airblock是一款可自己拼装、编程的模块化飞行器，模块间采用磁吸连接，可快速搭建出无人机、气垫船或更多意想不到的形态。這款无人机不仅能一键起航，体验操纵飞行的快感，还能配合大人小孩都能轻松上手的图形化编程，自定义更多复杂动作，在游戏中系统地锻炼编程思维。

2.拼装与操控，培养学生实践动手能力

学生对无人机的亲手拆解、组装机械零件、联通导线、安装部件等活动可以锻炼学生的手指灵活性，刺激大脑的发展，为培养未来的能工巧匠打下基础。无人机也综合了信息技术、各种传感器、机械、电子、控制等多个学科知识，操控一台无人机对学生来说，需要理解无人机飞行的各种知识，克服操控中的各种问题。

在拼装方面，Airblock的组件构成比较简单，可以由学生自行组装。在无人机模式下，只需要将6个动力模块吸在主控模块的接口上就好，但要把机头的动力模块区分开来，机头的动力模块是红色的，要求放在一号接口。Airblock设计上最巧妙的地方，是模块安装的方式，它们是通过磁性来连接的。当把动力模块接近主控模块接口时，它们就会瞬间吸附在一起，这种拼装方式，既提高了学生的搭建乐趣，又能省掉无谓的错误或损坏，提升学生成功的体验度。

在操控方面，Airblock飞行主控制器围绕着六个电机，以此保证其充沛的升力和灵活性，中间是一个多面体，内部包含电源和控制单元，整个飞行器结构简单而又紧凑。但学生操控Airblock时，需要对机器的飞行姿态保持相对平稳。学生需要学会常规飞行的所有功能，在智能手机或平板的蓝牙控制下，指挥它悬停、向任意方向平移，并且按照规划的路径飞行。虽然看似平常，然而实际上，涉及学生对Airblock的动力原理和对飞行动力学的理解与实施。

3.自定义编程，培养学生逻辑思维能力

创客教学中的无人机，跟像常规无人机一样需要进行手动操控，但对于培养学生信息素养来说，它的价值是编写控制代码。我们可以让学生通过自定义飞控编程，来分析解决实际问题，这既能培养学生的计算机编辑能力，又能让学生掌握更多的知识、算法和程序思考方法，逐渐培养起对信息技术的兴趣。

Airblock无机人通过手机或平板来进行编程操作，只需要下载Makeblock APP，这个编程平台源自Scratch2.0图形编程平台，这也正是如今小学生学习的编程软件。Airblock支持螺旋桨模块配合编程，把对飞行器的控制做成了可视化的拖拽模式。例如，在运动模式编程中，可以发现这里没有复杂的英文代码，一切都是图形模式，简单易懂，可以非常直观地看到在一个事件中的各类参数，如可以设置每一个螺旋桨动力控件的马力。这个原理非常简单，就是发挥自己的创意，将螺旋桨动力模块以不同的角度链接至中心主控模块，作为推进器或者鼓风机使用，通过图形变成为电机设置不同转速，来获得不同方向的推进力或者风力。

图形化、积木式拖拽编程，易于上手，不仅可以让学生自定义酷炫的飞行特技，还可以系统地锻炼学生的逻辑思维能力。对于部分变量，学生只需要替换成自己想要的，就能实现对飞行器任意的复杂控制。在娱乐和游戏的过程中，学生就能潜移默化地学会程序语言背后的逻辑。这样的无人机自定义编程飞控，可以轻轻松松地引导学生从小树立编程思想，寓学于乐。

4.创意改造，培养学生创新创造能力

Airblock无人机不仅操作简单还可以DIY！这可以让学生充分发扬创客精神进行创新性实践。例如，由于Airblock的六个旋转电机以及包围的保护罩与机身之间是通过磁性材料互相吸引连接的，学生可以随意取下或拼回。如果学生只拼接三个带有保护罩的电机，6旋翼飞行器就变成3旋翼飞行器。学生还可以把电机旋转90度或者180度之后再拼接，如两个电机朝下，另外四个电机朝前或者朝后，Airblock就变成了气垫船，两个朝下的电机让气垫船与地面或水面之间形成气体隔离，另外四个电机控制方向和速度，这样Airblock就能以水陆两栖的方式在地面或水面上随意移动。

由于Airblock的模块化设计，学生还可以组合出更多的形态如摩托车，还可以和乐高进行组合，只要想象力够丰富，Airblock可以变成各种形态。总的来说，Airblock的可塑性很高，而且由于体积小，操控简单，学生随时都可以用iPad连接操作，连接的方式也非常简单，打开蓝牙将iPad贴近主控模块，就可以快速建立连接，启动时先点按操作界面上的开机键，然后左边摇杆负责高低，右边负责方向，想怎么控制都可以。

这样的无人机创新活动，也为学生提供了全面接触、学习信息科技，理解信息科技内涵的智能化学习平台，有利于中小学生信息素养、想象力、创造力的全面提高。无人机完全靠学生运用自己的聪明才智去制作，有利于培养学生的开放性思维。

● 学校“无人机”创客课程的课程设计

学校进行“无人机”创客教学，除了依靠采用的无人机平台本身的教学特性外，还必须建立一整套基于学生知识认知规律的循序渐进的教学课程，上页表1是笔者建议的一些课程与教学进度，表2是部分课程内容举例。

创客教育理念在于强调“做中学”。当前，无人机集计算机语言、通信、网络、传感技术、自动化技术、人工智能多种技术于一体，无人机创客教育过程中融入了创客的精神内涵，能充分发展学生的创新精神和动手实践能力，能将学生培养成为有创客精神的人。