基于课程的无人机实验室的建设

林勤／上海市市西中学

那是几年前的一个中午，一位高一年级的学生拿着从家里带来的无人机，在操场上进行着操控飞行。无人机时而升空，时而盘旋，呼啸着从操场上一圈圈掠过。在当时无人机尚不普及的情况下，飞行表演吸引了众多学生观看，也引来了阵阵欢呼。学生会社团部长激动地来到我面前说：“老师，学校能建一个无人机实验室吗？这可是我们大家都挺感兴趣的活动啊！”看着学生们殷切的目光，经学校组织的跨学科教师研讨，建设无人机创新实验室的创意诞生了！

创新实验室建设是上海市课程教材改革中的突破性举措。它重构了传统学习的环境，丰富了学生跨学科学习和动手实践的内容，也撬动了教与学方式的变革。而在创新实验室建设的主题确定中，与科技发展接轨的、能激发学生浓厚兴趣的内容，正是我们应该首选的方向。

无人机实验室建设就是让学生学会简单的操控飞行吗？还能够为学生设计怎样的学习内容呢？我们几位科技老师开始了讨论。

学生初中时已经了解了固定翼飞机的升力，高中也学过了固定翼飞机转弯时的向心力，但无人机的升力与转弯又是什么原理？不同旋翼的无人机有什么不同？无人机通讯方式有哪几类？实验室还能增加哪些学生动手的内容……在有关专业公司的支持下，我们编写了由九章内容组成的无人机实验室教材，完成了课程的设计。分别为：航空史话和航天器分类、无人机原理、多旋翼无人机结构、飞行控制器、调试与飞行技巧、建模与四旋翼飞机动力学模型、控制率与仿真、飞控通讯系统、航空器的未来发展趋势。

课程，是创新实验室建设的基础，也是上海市“基于课程的创新实验室建设”目标的指向。创新实验室的活力和延续性，正是体现在课程的各个要素上。

随着课程的建构，无人机实验室建设很快也完成了。当学生进入实验室看到一架架不同类型的无人机时，那种兴奋真的无以言表。但是，面对教师提出的“三旋翼飞机与四旋翼、六旋翼飞机的飞行差异在哪里”“单层旋翼与双层旋翼飞机的飞行差异有哪些”等问题，学生们都愣住了。“请大家网上查找并进行讨论”，随着老师的提示，学生们三五人一组围绕到了电脑旁。这也形成了以后教学的模式——上课首先开展问题的学习讨论。为此，学生们带来了《无人机手册》《青少年无人机制作指南》《玩转无人机40 讲》等资料，配合网上资源，形成了自主学习的模式。当然，实验室课程中的飞行活动也是不可缺少的，如定点投掷、超低空飞行、穿越障碍等。组装小型练习机也是必须完成的任务，而航拍后的3D校园模型制作，则成为了学生最为自豪的作品。

似乎，无人机实验室的教学进入了常态轨道。然而，学生在课上又提出了新的问题：无人机为什么要采取控制器控制，能用声音控制或采用手势控制吗？也许这是AI 技术对学生的影响，或是学生对遥控器使用中的挑战。但不论问题是怎样激发出来的，这都是实验室给学生提供的创造性思维的启迪。

很快，在专业公司的支持下，我们第一架声控飞机试飞了。随着“起飞、向前、左转”的口令，利用手机的APP 和网络信号，飞机实现了声控操作。现在，实验室中手势控制的飞机、飞控程序的编写、芯片的写入等探究，仍在进行中。

创新实验室的建设，给学校的创新人才培养、教师专业素养提升，带来了新的发展契机。