无人机专业基础课程教学方法探讨与实践

郑翌洁 齐晓慧

摘  要 专业基础课程是基础课程向专业课程深入过程中的过渡课程，在基础到专业之间架起一座桥梁。鉴于其地位和重要性，以飞行器原理这门专业基础课的教学实践为例，对专业基础课程的教学方法进行探讨，以期探索更加适合专业基础课程教学的实施方法，最大限度提高教学质量并发挥专业基础课的作用和优势。

关键词 无人机;专业基础课;教学方法;飞行器原理;示教系统

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）18-0078-04

Discussion and Practice of Teaching Methods of Basic Courses for UAV Majors//ZHENG Yijie， QI Xiaohui

Abstract The professional basic course is the transition course from

the basic course to the in-depth course， which builds a bridge between

basic and professional. In view of its status and importance， taking

the teaching practice of the professional basic course of Aircraft Prin-

ciple as an example， this paper discusses the teaching methods of the basic courses of the major， in order to explore the implementation methods more suitable for the teaching of the basic courses of the major， to maximize the teaching effect and to play the role and advantages of the basic courses of the major.

Key words UAV; professional basic courses; teaching methods; air-craft principle; teaching system

1 前言

近年來，陆军工程大学石家庄校区为陆军无人机部队培养了大量无人机相关专业的军官和士官，开设了各类课程为培养无人机相关人才服务。这些课程当中主要包含基础课、专业基础课和专业课三大类：前期的基础课主要为学员奠定必要的基础理论知识;后期的专业课主要进行装备理论和实践方面的学习;而专业基础课作为连接基础课和专业课的桥梁，在学员的纵向学习历程中起到承上启下的作用，将学员已有的基础理论知识进行专业化的同时，培养学员必要的专业素养，为学员后续的专业课程学习奠定深厚的专业理论基础，因此地位重要。但是在专业基础课教学过程中还存在不少问题，特别是教学方法上，为了提升教学质量，有必要展开针对性的研究和实践。为此，以飞行器原理这门专业基础课程为例，对无人机相关专业基础课程的教学方法展开研究。

2 飞行器原理课程特点和教学中面临的问题

飞行器原理当中专业基础知识的范围较广，内容模块多，涉及飞行原理、飞机系统组成及飞机系统性能三大模块内容;每个模块当中又包含多个小模块，且部分内容原理较为复杂，对学员的学习能力提出较高的要求。目前，在飞行器原理教学过程中存在以下问题。

内容模块多，部分理论内容晦涩难懂，学员掌握知识困难  学员在接触飞行器原理这门课程之前，所学习的全部是基础理论知识，初次接触内容模块多的专业性理论课程，会因为接触的知识面突然变得广泛而感到迷茫，产生畏难情绪。此外，飞机系统性能分析相关内容理论性强且抽象难懂，仅仅为学员分析公式、过多地讲授理论方法，直接带来的结果就是学员感到枯燥乏味，课堂氛围变得沉闷，从而导致学员对这门课程的兴趣和学习积极性降低，进而对知识的接受和掌握变得更加困难。

理论课程和实践课程脱节，不能达到所学为所用的效果  作为专业基础课，飞行器原理这门课程希望能够为后续装备课程的顺利开展提供理论支撑。学员学习装备课程过程中如果遇到相关理论问题，刚好能够运用飞行器原理相关理论知识解决，这是最理想的情况。但是现实情况是，一方面，学员在学习飞行器原理课程时全部是理论知识，理论内容本身较抽象，难以理解深透，无法形成感性认识，因此，学以致用的能力较弱;另一方面，理论课程与装备课程开课时间相隔较远，当学员学习装备课程遇到实际问题时，早已将相对应的理论知识遗忘，因此，原理课程的学习最终很难体现在“用”上，也很难发挥其对装备问题解释的针对性，造成理论与实践脱节的后果。

授课内容及侧重点与学员将来任职岗位的针对性不强  现有授课内容主要集中在空气动力学、飞机（无人机）结构及系统性能上，授课过程中只注重通用理论知识的讲解，忽视了教学内容应指向任职岗位。例如，学员在进入部队以后需要经常操控装备，在无人机发射回收时都需要掌握风速、风向信息，而在授课过程中没有针对无人机发射回收过程中风速、风向对无人机的影响等情况进行阐述，只是讲授了通常情况的气流特性。这样传授给学员的知识范围较为宽泛，不够具备岗位指向性和针对性，不利于培养学员的岗位任职能力。

3 飞行器原理课程教学方法探讨与实践

基于飞行器原理课程特点及培养目标要求，进行有针对性的教学方法研究和实践。

依托示教系统，贯穿启发思想，进行讨论式教学  以“升力的产生”一讲为例，教员依托示教系统进行实验，在实验授课过程中将启发式思想贯穿全程，适时引导学员讨论实验现象与结果，并从中归纳总结出相关知识。简要流程如图1所示，具体展开过程如下。

教员将制作好的两块平面面积相同的泡沫板（一个是平板形状，另一个是机翼剖面形状）放入实验用小型风洞中，并对实验装置作简要介绍。在实验正式开始之前，引导学员猜想：接通电源后会出现怎样的现象？两块泡沫板会发生怎样的变化？由此带动学员思维，使其对实验观察重点了然于胸。实验正式开始之后，学员观察到实验现象，教员针对实验现象，按照“你们看到了什么→为什么会出现这种现象→从这个现象能够得出什么结论→推广到飞机上，要想使飞机产生升力，应具备什么条件→飞机上的升力到底从何而来”这样一条主线来引导学员观察、讨论和归纳结论。学员在此过程中适当地结合成若干个小组，针对主线中的各个问题展开讨论，并由小组不同成员给出阶段性问题的结果反馈。最后，学员集中讨论“飞机上的升力到底从何而来”。讨论之前可增加一个小实验，再次依托空气动力学演示装置，测量较大翼型上下表面的压强大小，结合最初的实验，再加上这个实验结果，引导学员归纳得出结论。

在此授课过程中始终以学员为主体、教员为主导，学员是课堂实际参与者，教员是流程（主线）控制者，更确切来说是引导者。首先，教员结合适当的引导和启发，使学员在很大程度上参与课堂，并最大限度发挥自主性，最初在实验中发现问题;其次，学员在讨论中思考问题，提出解决办法，在此过程中还包含各种思维的碰撞，批判性思维得到培养;最后，学员在归纳总结中将知识内化并解决问题。整个教学过程从知识学习走向问题解决，学习动机从浅层引领转向深度唤醒。

实施项目驱动教学，培养学员的工程实践能力及创新精神  为了检验并加深学员对飞机飞行中所涉及的空气动力学部分、飞机系统结构、系统性能等方面内容的理解，设计一个能综合研究并运用这些内容的任务：根据所学理论，实现小飞机的起飞降落，保证其稳定性和操纵性良好。

虽是小飞机设计，但是麻雀虽小，五脏俱全。支持飞机成功飞行和实现稳定操纵的部件，小飞机都具备，这就要求学员从整体上去进行设计，从全局上去把握系统，而不是仅仅局限于某一部分。学员除了查閱飞机设计相关书籍之外，还需要熟练掌握各个系统相关知识，在熟悉各种相关理论知识的前提下再展开对小飞机的设计。

设计当中又包含多方面内容：首先是机体的设计，这当中包括设定合理的起飞重量，设计飞机的气动布局以使其气动性较好，设计舵面及其操纵问题;其次是动力装置的选取，需要根据飞机起飞重量和其他影响因素设计动力装置，或者计算动力装置所需各项参数以选取合适的动力;除此之外，学员还需要查阅相关编程资料，进行飞行控制方面的设计，抑或结合舵机相关知识进行舵机的选取和设计，总之，最终是为了解决飞机稳定性和操纵性问题。

当整个飞机组装完成后，还需要进行一系列试验和调试、改进，提高飞机飞行性能和飞行品质，最终实现飞机的稳定飞行和安全操纵，至此任务才被完成。在完成任务的过程中，单单靠一个人不能解决所有问题，所以教员需要适时地鼓励学员互相合作，共同完成小飞机的制作，共同对知识进行理解和应用。具体实施流程如图2所示。

在解决这种具备实用性、适度复杂性和整合性的真实性任务过程中[1]，学员从任务本身出发，在任务的驱动下确立学习目标、查阅相关资料、寻求合作伙伴、尝试探索改变，最终完成任务、解决问题，在亲身经历中获得经验和知识，形成飞机全系统的概念，加深对各系统工作原理的认识。同时，学员提高了工程实践能力，在探索中培养了创新精神，为后续飞机系统装备学习打下良好的专业基础。

基于案例教学，培养学员学习兴趣和分析解决问题能力  为拓宽学员视野，提高学员学习积极性，紧贴教学内容，给定具备示范性和叙事性教学案例，让学员从案例入手，或探讨提取出的案例问题，或综合所学知识分析和处理案例难题，锻炼分析并解决问题的能力。

飞机的操纵性相关知识较抽象、晦涩且理论分析多，学员理解起来困难。鉴于此种情况，教员可设计相应的案例，开展案例教学，以此加深学员对这部分内容的理解。将飞机失事的部分事件作为给定案例抛给学员，要求学员用所学知识去分析事故发生的原理以及相应的预防措施。

给定案例1：暴风雪导致的空难。以视频形式给出。给出案例后，可组织学员对此案例涉及的原因及预防措施进行讨论，所涉及的原因关乎飞机的操纵性以及除此之外的其他本课程已有知识，如空气动力学相关知识、航空发动机相关知识等，对学员综合运用知识的能力提出要求，学员在综合运用知识解决案例涉及的问题的同时，加深对飞机操纵性的认识，甚至对整门课程重新有一个深入且系统的认识。

给定案例2：一个螺帽导致的空难。课堂上学员对案例的分析及讨论流程与案例1相同，不同之处在于，要求学员课下思考和请教装备课教员：案例2当中涉及的是客机的情况，若是无人机，一个螺帽对飞机的影响会不会也如此恶劣呢？一个螺帽的正常与否是怎样影响无人机的操纵性的？这些后续对知识深入的挖掘以及与装备的结合，都需要学员利用课下时间完成，这恰恰也体现了案例教学开放性的一面。如此一来，通过案例教学，不仅增加了课堂的互动性，加深了学员对所学知识的理解深度，还给学员创造了一定的自主学习空间，为培养学员的装备素养和岗位能力奠定基础。

案例教学的具体实施流程见图3。

4 飞行器原理课程教学对无人机相关专业基础课程教学的启示

通过近几期飞行器原理课程的教学方法研究与实践，感到基于讨论式教学法、任务驱动教学法、案例教学法等教学方法，再贯之以启发思想，教学效果要好于传统教学。

1）学员思维更加活跃，对于问题的探索意识更强烈，逐步开始习惯于独立思考，而不是始终依赖教员“手把手”教。

2）通过任务驱动，在实践操作过程中培养了学员发现问题、分析问题和运用知识解决问题的能力，并初步具备装备实践能力。

3）通过相关案例拓展学员视野，学员亦在分析、研究案例的同时，将理性认识转化为感性认识，激发学习兴趣。

鉴于此，亦可根据飞行器原理这门课程的教学实践，将有关经验推广至其他无人机相关专业基础课程的教学中，为其他无人机专业基础课教学提供一定的参考。

1）注重启发式教学，调动学员学习积极性。启发式教学注重科学引导学员思维并训练学员思维方法、思维习惯，应在教学活动中一以贯之。教员在提问时，要由简单的启发到复杂的启发，让学员用已有的知识和认识探索新的领域，逐渐完善自己的认知水平和知识结构[2]。这样，不管是枯燥的理论知识，还是更具吸引力的相关案例、实验，都会给学员一种循序渐进、由浅入深的层次感，使教学活动处于师生协同活动、相互促进的状态，对调动学员的学习积极性可谓行之有效。启发式教学“贵在导航、妙在开窍、要在转化”，无形中可使学员由传统的被动学习变为主动进取，学习质量得到显著提升。

2）突出学员主体作用，提升学员学习自主性。专业基础课程理论性强，同时具备一定专业性，在应用性较强的模块可适当采用任务驱动式教学法、讨论式教学法等学员参与度较高的教学方法，学员在教学过程中大多既能够独立思考，又能够相互协作，直至解决问题，在自己全過程参与中收获知识。通过全程参与，有助于增强学员的主体意识，更好地发挥学员的学习积极性。同时，在讨论过程中的思维碰撞，或者是完成任务过程中不同完成方式的选择，都能够培养学员独立思考能力、团队合作意识和探索创新精神。由此，学员变传统的“学会”为自主的“会学”，在直接参与教学活动中获得直接的体验而产生兴趣[3]，学习自主性不断被激发并加强。

3）加强教学实践性，锻炼学员装备实践能力。无人机相关专业课程的任务是通过系统学习，提高学员综合运用基础理论知识解决本专业学习过程中遇到的实际问题的能力[4]，增强学员的装备素养。专业基础课作为学员纵向学习中承上启下的教学环节，首先是将基础理论知识进行专业化，而归根结底是要为学员能够解决实际问题、具备装备实践素养服务。但是，专业基础课大多为理论课，理论本身枯燥、抽象的特点导致学员的学习积极性不高。因此，在专业基础课的教学过程中应适当增加实践学时，多为学员提供动手实践的机会，鼓励学员在做中学、学中做，激发学员兴趣并加深学员对基础理论的认识和理解。同时，初步锻炼学员的装备实践能力，并为学员开展后续装备研究奠定基础。

5 结语

为最大限度发挥专业基础课的作用和优势，提高学员学习质量，陆军工程大学石家庄校区无人机工程系积极致力于改进传统教学手段，融合讨论式教学、任务驱动式教学、案例式教学等教学方法，同时注意增强教学实践性，变“教为主”为“学为主”，提升学员学习的积极性、自主性和装备实践能力，取得理想的教学效果。

参考文献

[1]胡庆芳，程可拉.美国项目研究模式的学习概论[J].外国教育研究，2003（8）：18-21.

[2]文惠，周磊.论启发式教学在会计教学中的运用[M]//决策论坛：如何制定科学决策学术研讨会论文集（下）.《科技与企业》编辑部.2015.

[3]莫静.对学员主体参与教学活动的思考[J].研究与借鉴，2015（9）：14-15.

[4]沙树静，刘亚梅.基于项目驱动的机电专业教学模式探索与实践[J].长春理工大学学报，2012（1）：207-208.