类比教学法在无人机测控系统课程教学中的应用研究

闫云斌，王宁，崔雪炜，王路

类比教学法在无人机测控系统课程教学中的应用研究

闫云斌，王宁2，崔雪炜3，王路1

（1. 陆军工程大学石家庄校区 无人机工程系，河北 石家庄 050003；2. 中国人民解放军第32366部队，北京 石景山 100042；3. 石家庄信息工程职业学院 传媒艺术系，河北 石家庄 050000）

针对无人机测控系统构造与维修课程教学中存在的概念抽象、不易理解的问题，将类比教学法应用到该课程教学实施中．阐述了类比教学法的基本原理及实施步骤，并对该课程的学情进行了分析，探索了该课程采用类比教学法的可行性．在此基础上，将类比教学法应用到课程中部分模块的教学．实践结果表明，采用类比教学法能够提升学员的学习积极性，取得了良好的教学效果．

无人机测控系统；类比教学；士官职业技术教育

无人机测控系统构造与维修课程是士官职业技术教育无人机飞行控制系统维修专业的一门岗位任职必修课，该课程以无人机测控分系统信息传输流程为主线，涵盖无人机测控系统组成结构、工作原理、操作使用、整机性能指标测试、典型故障分析与排除和维护保养等内容[1]．其中，组成结构和工作原理模块概念比较抽象，专业术语理解起来比较困难，对学生的逻辑思维和抽象思维能力要求较高，对于士官学员来说，因为基础比较薄弱，学习难度非常大．

类比教学法是指利用类比思维展开的系列教学活动，即在教学活动中已知一种事物，根据这种事物去推理另一种具有相同或是内在联系的事物特征[2]．类比教学法通过把已经有的成熟的知识、经验、案例等类比到抽象的、不熟悉的问题，通过两者对比，使学员能够尽快理解学习内容，解决问题．类比教学法有着丰富的理论基础和科学依据，已经被广泛地应用到各个学科领域[3-6]．

本文将类比教学法应用到无人机测控系统构造与维修课程中，通过把学员在生活中熟悉的实例类比到测控系统信息传输过程，将复杂抽象的概念和理论形象化，使得学员能够“听得懂、能理解”，调动了学员的主观能动性，学习兴趣更加浓厚，为后续的装备实践课程奠定了坚实的基础．

1 教学需求分析

1.1 类比教学法基本原理及实施步骤

1.1.1 类比教学法基本原理 类比指的是把存在相似性的两类不同事物进行比较，通过比较把一种已经熟悉或掌握的知识迁移到另外一种新的特殊对象上的方法．采用类比教学法要考虑三要素，（1）“类比源”，主要指作为类比参照的事物或现象；（2）“类比泉”，需要解决的新的问题；（3）“类比知识单元”，是指两类事物或现象存在的某种相似的属性[7]．

1.1.2 类比教学法组织教学的步骤 （1）提出问题．首先将“类比泉”抛出，即在授课中需要学习的新概念、工作原理等知识点．

（2）分析问题．分析“类比泉”的特点，查找对应的“类比源”，即根据“类比泉”的特点，查找与其对应的具有类似特点的概念或者案例．具体在教学组织中，选取的“类比源”应当是学员熟悉的、已知的典型案例，同时形象生动，便于学员理解．

（3）解决问题．搭建“类比知识单元”，通过分析对比，进一步明确“类比源”和“类比泉”之间的相似性，通过对两者进行对比解读，使学员理解授课中需要掌握的知识点．具体在授课过程中，可以采用图、表等直观形式，使学员尽快掌握新的知识．

（4）课堂小结．对比总结本次课教学内容，在总结过程中，要进行对比分析，必要时还需要指出采用类比教学的不足．因为“类比源”和“类比泉”毕竟是２个不同的概念或原理，两者之间还存在一些不同，学员在学习过程中，由于惯性思维，容易把“类比源”独有的属性迁移到“类比泉”上，这些需要在总结时加以强调．

1.2 授课对象学情分析

士官学员在入伍前主要为高中学历，极少部分为大专学历，而在高中学历学员中，很多并没有完整地完成高中教育．虽然在入学以后也经过一年的基础教育，但是通过调查，大部分学员的基础还不够牢固，基础知识掌握不足．总体来说，士官学员的特点是文化基础较为薄弱，对于理论课程的学习兴趣不高，但是实践动手能力较强．

无人机测控系统构造与维修课程涉及到的理论及原理主要以测控与信息传输原理内容为主，概念抽象、不容易理解[8]，这部分内容对于本科学员也属于难度较大的课程．

因此，针对文化基础薄弱、理论学习兴趣缺乏的士官学员，如何采用适合的教学方法，能够调动学员的主观能动性，使得学员理解所学内容非常关键．而类比教学方法能够充分利用学员已有的知识去解决现有的问题，保证学员能够理解专业术语，掌握专业知识，积极主动地去完成课程教学内容．

1.3 类比教学可行性分析

在多年从事无人机测控系统教学的过程中，针对一些专业术语、基本概念和工作原理经常采用类比的方法．通过生动形象的类比，能够把复杂抽象的理论变成通熟易懂的知识，使得学员能够理解所讲内容，提升学员的学习兴趣．此外，通过查阅相关文献，进一步研究了类比教学法的概念、组织流程和注意事项，并进行了总结提炼，取得了较好的教学效果．

2 类比教学法在无人机测控系统构造与维修课程中的应用

2.1 提出问题

无人机测控系统是无人机系统重要的组成部分，由地面测控系统和机载测控设备共同组成[9]．无人机测控系统工作过程示意图见图1．

图1 无人机测控系统工作过程示意图

在具体的工作过程中，地面控制站产生的上行遥控指令通过地面测控设备发射到机载测控设备，机载测控设备接收到遥控指令后把接收到的遥控指令传输给机载计算机，由其控制完成各种遥控指令的执行．而无人机上各种传感器会把飞机本身的状态参数以遥测数据的形式发送回地面测控设备．此外，无人机上面的载荷也会把信息数据传输给地面测控设备．

无人机测控系统的本质是上行和下行2条传输通道，其中，对于上行通道为了保证遥控信息能够安全可靠，一些测控系统会设置主副２个通道．但是不论是上行通道，还是下行通道本质都是一个通信系统，包括发射系统和接收系统，为了更加形象的说明，以某型无人机测控系统上行遥控链路功能组成框图为例进行介绍，典型的无人机测控系统上行遥控链路组成框图见图2．

图2 无人机测控系统上行遥控链路功能组成框图

在图2中，地面控制站产生的遥控指令到达地面数据终端首先进行基带数据处理（加密、扩频等措施），经过基带数据处理后经过调制、上变频和功放后经过天线发射出去；在机载接收端，首先是天线接收遥控射频信号，然后经过滤波、低噪放处理，接着经过下变频、解调以及基带数据处理（解扩、解密等措施），最终得到遥控指令发送到机载计算机完成上行遥控指令的传输．

无人机测控系统上行遥控链路功能组成，对于士官学员来说学习起来非常困难，由于无法理解其内涵，导致后续的学习时只能死记硬背，无法真正学懂、学透，学习效果大打折扣．

2.2 分析问题

无人机测控系统核心功能是完成遥控指令和遥测、信息数据的传输，其本质是信息的传输过程，也就是为了把信息更快、更安全地传输出去．因此，在传输过程中需要对基带数据进行处理，需要经过调制/解调、上/下变频等处理．

信息的传输过程可以和货物运输过程进行类比，信息传输是把信息从发送到送到接收端，而货物运输是把货物从出发地运输到目的地，而货物在运输过程中，为了保证货物的安全、快速，也会对运输过程进行一系列的处理．

货物运输的过程，学员都比较熟悉，整个过程都能够很好地理解，可以作为“类比源”用于类比教学．

2.3 解决问题

通过分析，信息传输过程和货物运输过程可以进行类比，为了更加形象地说明，这里以无人机测控系统上行遥控链路功能类比快递货物运输为例，搭建“类比知识单元”，进行类比教学．其中“类比泉”为无人机测控系统上行遥控链路的发送和接收，“类比源”案例为某公司由于涉密原因，不方便通过网络传输一些涉密信息，需要通过某快递公司把一份涉密资料邮寄到某地的过程．各个模块或功能对应见表1．

在教学组织实施过程中，可以先把快递运输的过程讲清，然后再引入本次课需要授课的内容，也可以采用一一对应的方法讲解，讲解过程中采用启发式教学方法，让学员充分思考、理解，提高课堂教学效果．

2.4 课堂小结

该课堂教学采用类比教学方法，通过学员熟悉的快递运输全过程对比无人机测控系统上行遥控链路工作全过程．使抽象的概念变得形象生动，避免了复杂的公式推导，降低了学员的畏难情绪，理解了遥控链路传输的全过程，提高了课堂授课效益，为后续的实践教学奠定了坚实的基础．

表1 无人机测控系统上行遥控链路与快递运输各功能模块对应

3 教学效果分析

2018—2019年依托2期无人机飞行控制系统维修专业学员进行了类比教学实践，通过教学实践，总结类比教学法在无人机测控系统构造与维修课程中应用的优点：

3.1 考核成绩普遍提高

针对士官学员特点，该课程组成结构和工作原理部分采用类比教学法进行授课．2年来学员平均成绩均超过82分，优秀率达到15%，不及格率为0，95%以上学员考试成绩超过70分，表明类比教学法在课程教学中取得了很好的效果．

3.2 课堂教学氛围良好

由于士官学员基础普遍较弱，当遇到理论授课，尤其是比较抽象的内容时，通常是教员在上面滔滔不绝，学员在下面一头雾水，教学效果较差．而应用类比教学法后，学员能够“听得懂”，学习有了“满足感”，学员的积极性普遍提高，课堂学习的氛围得到了积极的改善．

3.3 学习能力得以提升

采用类比教学法，讲授了一般通信系统的组成及功能．在此基础上，以某典型无人机测控系统为例，系统讲解其组成结构及工作原理，再推广到其他无人机测控系统，认知方式采用“一般——特殊——一般”．通过学习，学员的学习能力得到了进一步的提升，为后续岗位任职打下了坚实的基础．

4 结语

本文将类比教学法应用到无人机测控系统课程教学，在教学组织实施过程中，充分考虑士官学员自身特点，将其生活中熟悉的实例类比到抽象、复杂的组成结构和原理教学中．使学员在学习过程中不再有畏难情绪，积极性、主动性得到了很好的提升，取得了非常好的教学效果．此外，类比教学法在任职教育无人机专业教学中也进行了应用，同样取得了很好的教学效果，后续将其推广到其它课程教学．

[1] 闫云斌，刘新海，李永科，等．无人机任职专业模块化课程设计与实施研究[J]．继续教育，2017（11）：42-44

[2] 刘静雯．类比教学法在技校数学教学中的应用[J]．职业，2011（4）：68-69

[3] 刘涵，李平辉，倪为民，等．类比教学法在电磁场理论课程中的应用[J]．教育教学论坛，2015（44）：162-163

[4] 李佳静，徐慧．操作系统课程教学中类比教学法的应用探讨[J]．教育现代化，2019，6（41）：143-144

[5] 徐亦霞．关于高等数学教学改革中类比教学法的实践与思考[J]．科技视界，2016（13）：222

[6] 曹毅，刘学飞，王功文．类比教学法在《矿产勘查学》教学中的尝试[J]．课程教育研究，2013（27）：206-207

[7] 杨恒伏，孙光，田祖伟．类比教学模式在操作系统教学中的应用[J]．计算机教育，2008（24）：76-77

[8] 闫云斌，刘新海，王永川，等．基于SystemView的无人机数据链实验系统构建[J]．高师理科学刊，2016，36（7）：83-86

[9] 宋飞飞．无人机数据链信道编码方法研究[J]．计算机测量与控制，2012，20（6）：1602-1605

Application of analogue teaching method in the teaching of UAV TT & C system

YAN Yunbin1，WANG Ning2，CUI Xuewei3，WANG Lu1

（1. Department of UAV Engineering，Army Engineering College，Shijiazhuang 050003，China；2. PLA of 32366 Unit，Beijing 100042，China；3. Department of Media Arts，Shijiazhaung Information Engineering Vocational College，Shijiazhuang 050000，China）

Aiming at the problem of abstract concepts and incomprehensibility in the course of construction and maintenance of UAV TT & C System，proposes the application of analogy pedagogy on teaching of this course．The basic principles and implementation steps of analogy teaching method are elaborated，and through the analyzation of learning situation，the feasibility of applying the analogy pedagogy on the course is explored．According to the basis above，the analogy teaching method is applied to the teaching of some modules in the course．The result of practice show that the enthusiasm of students is improved，and good teaching results are achieved by using this method．

UAV TT & C system；analogue teaching method；sergeant vocational and technical education

1007-9831（2020）07-0074-04

TN912.4∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.07.018

2020-02-22

陆军工程大学2019年大学级教学成果立项培育项目

闫云斌（1984-），男，山西朔州人，讲师，博士，从事无人机测控系统研究．E-mail：zkjysyyb@163.com