基于STEAM 教学理念的无人机制作与飞行实践训练的课例探索与研究

翟磊

（南京新港中等专业学校，江苏南京，210046）

自2018 年我校开办无人机操控与维护专业以来，我始终在一线担任该专业教学工作，做为专业负责人，在教学过程中不断摸索和优化专业课程的建设方案，每年通过教研组以及学科活动调整专业人才方案，从创办专业至今课程体系内容也出现了较大的调整。在我们教学过程中越来越多的发现无人机是很有趣味性和拓展性的专业，教学目标由原来的偏重于理论知识到现在的更多重视学生应用实践技能的训练。我们的教学一线团队在进行《无人机航拍技术》、《第一人称视角飞行》等专业课教学时发现学生基本功较差，平台专业课程教学在多个层面上难以推进。教研活动中我们通过深入剖析和研讨，发现是我们的教学一线团队教师大家走进了教学的一种误区，认为无人机只要能飞起来就行，甚至打开自动模式自动巡航也算会操作飞行作业了。其实无人机光会飞行是远远不够的，如果不从源头上对无人机的发展史，结构，原理，对机身上的每一个传感器，螺旋桨，线路，电源进行针对性讲解和拆装，只能算是一个普通的爱好者。只有花更多的时间，系统地学习无人机基础理论与实操课程才能帮助学生打开无人机专业领域知识的大门。从而提升学生机械设计能力、部件制作能力、整机装配能力、整机调试能力、试飞调整能力、飞行操控等方面的专业实践水平具有重要的意义。针对课程目标,从教学理念实战化、教学内容模块化、教学方法多样化等方面对小型无人机制作与飞行训练课程的教学设计进行了分析,并研究了小型无人机飞行训练的优化方法。

通过同事介绍，我们有机会深入地接触到STEAM 教育理念，发现无人机操控与维护也是一个综合性很强的专业，适当的融合机械基础知识、机械识图知识、光学传感器知识、仿生学知识以及流体力学和美术知识等内容，配合STEAM 项目的教学理念，我们在学生中开展了无人机制作与飞行实训活动，根据整个教学过程的总结与反思，把他撰写成最新的教学研究课例。

我目前所带的技能实训项目主要以无人机飞行训练为主，在教材以及厂家维修资料的要求下按部就班的指导学生进行训练，通过老师的示范，学生只能被动地接受而不能创造性地去设计或者改变操作方式，开展的活动太少，项目比较单一，缺少对学生的个性开发，很难调动学生的学习主动性。如何才能多维度的强化学生动手能力，多层次的满足学生学习需求，多角度评价实训的达成程度。 借鉴STEAM 理念指导下的实训教学则可以解决以上的种种问题。

20 世纪80 年代，STEAM 课程在美国逐渐发展。是一种重实践的超学科教育概念。任何事情的发展和应用都不能仅依靠某一种能力和领域来实现，是需要介于多种能力之间的相互配合，比如无人机技术作为高科技电子产品的建造过程中，不但需要先进的科学技术，运用最新的科技手段来创新产品功能，还需要好看的外观，也就是艺术等方面的综合应用才能促使无人机技术和设备的专业领域更好的发展，所以单一技能的运用已经无法支撑未来人才的发展，未来，我们需要的是多方面的综合型人才。从而探索出STEAM 教育理念是通过整合Science(科学)、Technology(技术)、Engineering(工程)、Art（艺术）、Mathematics(数学)五门课程，但它并不是将这五门课程知识简单地进行叠加，而是将多学科内容交叉融合形成有机整体，采用多种方法、多种途径将综合多学科知识与技能的创新课程成为培养学生创新精神和实践能力的主要手段，旨在提高学生的问题解决能力、团队合作能力、设计能力和实践创新能力。

此教学理念充分将多学科的知识与技能整合在项目学习中，注重过程实践课程以其开放性、主体性、情境性、关联性、发展性，从一开始产生就顺应了中国课程改革的发展态势，以真实问题为教学导向，让学生在实践教学过程中独立动手完成规定项目、自己感兴趣且和他们生活相关的项目，强调理论知识与动手能力并重、并用，注重知识层面的跨学科迁移和有机结合，有助于学生在STEAM 教学理念的框架下学会机械设计、学会操作、学会部件制作能力、整机装配能力、整机调试能力、试飞调整能力、飞行操控等方面的专业实践水平，充分实现做中学。

基于现代智能制造的兴起，无人机应用的市场和领域正在迅猛的发展，现阶段如再不改变我们的教学模式，毕业的学生出校后就不能很好的适应就业市场的需要，为了能够适应市场对无人机专业领域人才的需要，我们的一线教学团队在丰富专业教学活动的同时，进一步加强和提升学生的实际动手操作能力。在校本课程尝试加入无人机制作与飞行的项目课例外，通过多专业、多领域的深度融合，多学科、学应用的交叉结合，多能力、多场景的广泛应用，最终实现组装，调试，飞行训练达到最后的个人飞行能力PK赛，等一系列学习过程。整个过程中我适当记录，不断反思，总结如何将STEAM 教育理念融入课堂的实践教学之中。具体制作目标和制作内容分别见表1、表2。

表1 无人机制作与飞行实训目标

表2 无人机制作与飞行具体工作内容

工程设计是STEAM 教育的重要特征，它是将多学科内容交叉融合形成有机整体，倡导问题解决驱动的跨学科教育，旨在提高学生的问题解决能力、团队合作能力、设计能力和实践创新能力。在无人机的制作与飞行课程中，由无人机机架、螺旋桨、电机，电源，超声波传感器，电流调节器等部分组成，表五列出了跨学科知识及其应用。

图1 无人机制作与飞行实施过程框图

STEAM 课程是综合性项目，它为其他专业课准备了真实的工作情境，无人机在制作过程中充分融入STEAM 教育理论，有效的保障了学生能够独立自主的完成机器组装和功能示范和调试等状态下的工作，表六中列出了跨学科研究和学习方法应用的具体内容。

在无人机制作过程中，评价反馈是制作过程中的重要环节。STEAM 遵循发展性评价理念，通过将过程性评价、作品评价、综合活动评价、总结性评价等多种评价结合，使教师的指导作用和学生的主体作用实现最佳结合。无人机制作成功后把作品以小组为单位从设计思路、制作过程、分工情况等几个方面进行介绍和展示，让学生自评与互评，最后再进行教师的点评，在整个评价过程中需要更过的强调多元评价主体、面向学习过程的评价，教师从开发学生潜在的创新角度出发对各组作品提出改良和后期升级建议。在交流评价中培养学生的审美情趣、勇于表达自己观点以及锻炼与他人的沟通合作能力，切实地以评价为抓手促进和提升学生勤于反思、勇于探究、乐于协作的核心素养。

以往职业教育所具备的功能更多的是“应用与传承”，但在STEAM 教育理念框架下，“设计与创新”毫无疑问成为了职业教育的主旋律。通过运用STEAM 理念能将学科知识与已有生活经验有效整合，让学生体验了观察、设计、探究、实践、调试的过程，激发了学生的想象力、协调力和创新意识等方面的开发，使学生在项目学习过程中有真实的体验、成功的经验。同时，也使学生的创意在学校这个平台上有了变为现实的可能，激发了学生DIY 的兴趣和学习热情，使学习过程更加生动有趣，并且将艺术的美感与作品的创作融合在一起，使学生能自主地把多门知识进行融合，有效的开发了学生潜在的知识迁移能力，实现多学科之间的有机整合和无缝对接，有效生成了技能，为学生的专业领域学习开辟了新的空间和思路。