信息化教学提升无人机操控技术的研究与探索*

余林江

台州科技职业学院 浙江 台州 318020

引言

近年来，无人机行业快速发展，改变了人们的生活和工作方式。比如无人机被应用于影视航拍、农业植保、电力巡检、地理勘测等众多领域。随着无人机这一行业的逐步扩大，高等院校也积极对接产业，相继增设“无人机专业”。 而无人机操控技术作为一门实践性极强的专业，迫切需要培养高层次高水平的人才队伍[1]。

1 无人机教学普遍现状分析

1.1 无人机操作的高风险性无人机操控技术不同于一般的教学课程，因现阶段无人机的自主控制有限，其飞行稳定性在很大程度上仍依赖于操控者的操作水平。在安排实际室外飞行训练时，需面对较大的操控风险，如[2]：①不确定性的安全隐患；②昂贵的设备损失。

1.2 技能培养的长周期性

无人机操控属于一种典型技能，一定的量变积累才能实现真正意义的质变。高层次和高水平技能的培养需要较长的时间积累，短短几十学时的课堂教学，难以完成高水平操控技术的提升。

1.3 操控技术的综合性

在实际操控无人机中，是一个需要全面性的训练过程。学生需要从理论基础出发，具备相关的理论知识。将操作技能、理论知识、操纵经验等有效结合起来，才能突出操控技术的综合性。虽然高职院校的无人机专业发展迅速，但分析了相关培训机构和人才的培养方案后，发现高职虽取得了一定的成效，但对于当前无人机操控技术的培训还需要进一步改革和创新。

2 通过云班课等信息化平台，改变操控技术的基础知识的传授模式

《无人机操控技术》是我们学校无人机专业的重点课程，通过这块内容的学习，使学生掌握无人机操控的核心技术。该课程以无人机应用为切入点，学习无人机安全、模拟飞行、微型无人机训练、穿越机训练、自动飞行训练、无人机竞赛规则等方面[3]。该课程知识点多，综合性强，实操难度高，对于没有实践经验的无人机专业学生来说，一些理论知识和操作过程接受比较慢，所以需要更多的信息化平台去解决这样的矛盾点和关键点。

云班课平台在这样的背景下应运而生。它可以实现我们的教学资源在线上，或者线下资源方便共享、让师生有更好的教学互动。与此同时，学生的信息反馈能得到及时传达。前期的分享，中间的过程精准管控等因素，从而使学生的主动性大幅提升。在课堂氛围营造方面，通过平台的抢答、头脑风暴等一系列活动，整体的学习氛围快速烘托。另外，学生平时的学习表现记录都会记录在云班课平台上，教师在前期或期中可以对每位学生的数据，进行综合分析和考量，及时调整教学计划，促进学生的基础理论知识和操控技术的快速提升。具体过程如。

2.1 课前

教师将无人机操控技术课程的学习资源，比如本节课程的训练项目课件、飞行的精彩视频、经典案例等，上传到云班课。在活动版块，给学生布置学习任务，通过学生的线上观看记录可查性和作业的提交结果，可实现保质保量地完成课前预习。考虑到个人自学和预习能力良莠不一，遇到不懂和存在有疑惑的问题，可直接在线联系老师，进行交流答疑。老师梳理和确定课程的教学目标及重难点，合理安排教学计划。按章节和不同项目把上传的学习资源进行分门别类，方便学生快速搜索所需资源。

2.2 课中

上课时间是最高效的学习时间，要充分合理安排。我们改变以往的以教师为中心，转变到以学生为主体的教学活动，是更为行之有效的发展趋势。过程中，通过课堂交流互动、抢答问题、头脑风暴、分配小组任务等，让学生不断融入其中。

2.3 课后

课堂时间毕竟有限，更多的业余时间能让学生充分利用起来。我们通过在平台上发布作业，设定提交截止日期，引导学生及时复习和巩固知识。针对学习进度慢的情况，我们也会再录制课堂的教学视频，让学生可反复观看和学习。

我们的目标是，打造一个实用、高效的开放式教学平台，实现师生之间即时的沟通和资源共享，打破了传统师生面对面交流的时间和空间局限性，从而促进师生互动交流，提高教学质量。二是提升课堂教学效率，激发学生对课程的学习兴趣，引导学生思维方式和行为方式的转变，帮助和促进学生化“被动性学习”为“主动性学习”，转变学生积极主动地参与学习。

3 利用线上信息化平台建立课程思政案例库，培养操控员的相关能力素质

无人机操控技术作为新兴行业的典型代表，使得操控人员具备更高层次的综合能力。研究表明，无人机操控员在掌握操控技术的同时，必须提高自身的能力素质。

3.1 具备安全法律意识

无人机操控过程中风险大，技术要求高，这就要求无人机操控员具备强烈的安全和法律意识，遵守当地的法律法规，拒绝“黑飞”。

3.2 具有提出问题、分析问题、解决问题的能力

要掌握一定的无人机技术、系统与结构技术，以便在从事无人机飞行工作中，形成良好的分析问题与解决问题的能力。

3.3 具有一定的科学思维方式和判断分析问题的能力

正常作业过程中，各种突发情况时有发生。良好的心理素质、敏锐的判断能力和及时的应急处置能力，都能有助于让我们在短时间内把风险和损失降到最低。

3.4 具有良好的职业道德素质

通过收集并整理《无人机操控技术》课程的思政资源库，多方位多渠道的分享资源，从而使操控员在平常的耳濡目染作用下，培养自身的能力素质、职业道德素质[4]。在案例资源库的建设中，以无人机主链条为引领，建设了“基础知识、模拟训练、飞行训练三大领域，包含线上、线下、混合、社会实践等课程资源”的案例库。实现操控技术训练中包含思政要求、理论内容中体现课程思政、学习考核评价中含有课程思政，构建了无人机操控技术课程的“大思政”育人格局。

例如素材1：电视报道江苏南京首个5G无人机基地介绍的视频。

简介：江苏南京无人机基地，是由南京航空航天大学、浦口区政府共同筹建、运营，是江苏省内第一家获批的试飞基地，也是全国首个拥有5G组网的无人机基地。同时满足中大型工业级无人机和小型消费级无人机的飞行需要，拓展了无人机远程监控、多机网联、高度低时延的数据传递场景应用。

案例与专业结合：同学们作为无人机的操控者，一般控制在视距范围内。如果超远距离飞行，可能会导致无人机的信号中断，失去控制，甚至坠毁。因为大家所知道的，传统的遥控通信距离非常有限，通常只能控制在300~500m的视距范围以内。而通过5G技术的不断革新，所拥有的高带宽、低延时、远距离、高安全，解决了通信链路上的距离瓶颈，解锁了更多的应用场景，满足更多的用户需求。这个案例让同学们增加眼界，明白科技的发展现状，以及对操控技术的信号知识有更多的认识，从而让学生明白需要跳出狭隘的发展眼光，去挑战更高的操控技术，去助力完成更高难度的应用场景。

4 应用模拟飞行系统，让训练有效便捷

无人机是比较贵重，而且有一定危险性的设备，如果让学生一下子就马上开真实的无人机，很容易造成设备损坏，操控不当甚至会威胁人身安全。因此我们首先让学生利用模拟训练系统这样的信息化平台先进行训练。模拟飞行的优势[5]：①所使用的器材是普通的计算机及模拟器，降低了无人机的炸机频率，具有良好的经济性。②在基础训练方面，无人机模拟飞行与无人机真实飞行具有融通性。③高度仿真及互动性强，使模拟飞行具有实用性和应用性。④时间上灵活，不受设备、天气、场地和管理上的限制，在家里也可以练习。⑤没有电量限制，可以长时间进行练习。⑥通过规范的无人机模拟飞行，可以非常快地适应无人机真实飞行培训。

这种方式，可以有效利用学生课外的时间碎片，实现“平时练，课上纠”，解决无人机操控技能训练的长周期性问题。课程中选用的是以市场上常用的凤凰模拟器，或Reflex XTR为例作为训练平台。

训练内容1：悬停：要求学生在不同的风力环境下，保持无人机的悬停状态。先做到对尾的悬停，然后做侧方向和对头的悬停。内容2：八字飞行技能的训练。航线是由若干个点组成的，在上一个任务的悬停基本功练习扎实的前提条件下，可以把若干个点的悬停慢慢连贯起来，形成慢速的各种航线。

通过模拟飞行系统的高效训练，达成2个主要目标：①掌握遥控器操控杆的使用方法，并能熟练运用遥控器控制无人机飞行；②训练学生的方向感，特别是对头悬停时，方向感显得尤为重要，如果没掌握好很容易出现无人机向自己冲过来的情况。只有在模拟器中达到一定操控水平才能使用真机，这个也是安全的基本保障。

5 结合RTK信息化平台，实现场外飞行的精准定位

满足模拟器系统不断重复训练时长达标后，再对学生进行项目化考核，达标的学生可安排实际操控飞行训练。实操训练是对操控技术的综合素质考核最有效和直接的方式。不单单是操控飞行，也包括前期准备动作、任务规划的执行、操控无人机的过程、事后设备的检查与维护等一系列完整流程。我们发现，实飞训练时学员因紧张、目视角度不正确等因素常常会有一些无意识的、习惯性错误操作，而不能正常的进行操控，让无人机偏离预定的轨道。纠治不正确动作的难点是学员看不到自己的操作过程，感受不到因这些动作所导致的问题。错误动作不纠治，实飞训练会成为简单重复的枯燥过程，浪费有限的宝贵训练时间。

针对这个问题，我们利用基于RTK精准定位，以电子桩的方式，在手机App或电脑上实现飞行轨迹的可记录可追溯。这样，训练时的各参数和飞行偏差能得到及时的发现和纠正。作为一套及时有效的复盘系统，它可以将飞行时的飞机姿态画面和飞机的电子定位数据相比较，实现训练过程的复盘，就可以一目了然地发现错误打舵和其导致的飞行偏差问题，便于学员切实发现自己的问题并做针对性改正，有效提升训练的针对性。此外，这些飞行资料也可作为教学总结和优化教学设计的重要依据，成为下一批同学学习和参考的素材。

6 结束语

通过研究和探索基于信息化平台的教学模式，合理设计教学过程，设置适当的训练项目，有效的破解无人机操控技术的教学难点，切实提高教学质量。作为一种新兴专业课程，无人机操控教学方法需要不断创新和与时俱进。本文所采用的信息化平台仍在不断更新之中，下一步，我们将通过建设和完善无人机实训基地，配备更有效的学习平台，进一步提升无人机操控技术类课程的教学能力。