非航空類高校新航空類專業課教學探索

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摘要以高校飛行器控制與信息工程專業的無人駕駛航空器開發與應用課程為例，立足非航空類高校的校情，創新性地提出學前教育、模塊化兩階段教學理念，明確無人飛行器專業“教、學、考、用”之間的關系，為高校無人飛行器專業人才的培養探索一套專業課程講授的方法，為非航空類高校提供借鑒。

關鍵詞高校;無人飛行器;教學方法;人才培養

0引言

隨著將中國航空航天有關裝備列入“中國制造2025”十大重點領域[1]和工業4.0概念的普及，我國航空航天制造業蓬勃發展，呈現出智能化、高端化、綜合化的發展態勢，對航空航天制造類專業人才的需求和培養提出更高要求[2-3]。為了培養服務國家戰略需求的創新型航空航天人才，高校開設的航空類專業課程也應與這些特點相呼應。從2017年開始，截止到2021年7月，國內已有11所高校設置無人飛行器相關航空類專業——飛行器控制與信息工程，其中絕大部分高校是沒有航空專業背景的地方高校，無人飛行器專業課程的教學需要找到符合自身特點的教學方法。目前，我國航空類院校傳統的教學方法注重課堂知識點傳授和對基本知識掌握程度的考察，人才培養方面存在一定程度的不足。通過對傳統教學方法的改革，培養服務國家戰略需求的創新型航空航天人才，是推進此類專業可持續發展的必然趨勢[4]。

1教學方法改革的主要思路

1.1夯實基礎，著重能力培養，推行“學前教育”

無人駕駛航空器設計開發與應用需要多門基礎專業課程作為先期課程。無人飛行器專業學生的一個非常重要的培養目標就是能夠進行無人飛行器的相關設計，但要進行相關設計需要掌握多個不同課程的知識，所需前期課程如圖1所示。要求學生知道哪些專業課中的哪些知識是非常重要的，從而有針對性地著重學習，為今后無人飛行器的相關設計提供理論基礎。

1.2組建教學基地，加強學生應用能力的培養

在校內基本理論學習、基礎實驗學習的基礎上，參與聯合建立校外實踐基地實習教學。通過一組相關聯的集成課程體系的學習，結合校內實驗和校外實踐，各個項目反復做好“做中學”，提高學生自主學習專業知識、團隊合作分享、利用無人機設計理論知識解決設計問題和溝通交流的能力。

1.3教師主導、學生主體，培養學生創新精神與無人機設計實踐能力

Winne[5]提出自主學習能力培養的三種途徑：接受針對自主學習的教學、學生的觀察學習、學生自己的探索。先要提高對無人機設計整個實例過程教學地位的認知，切實把無人機設計實例教學看作一個子系統，而且是在整個教學系統中，建立在理論教學基礎之上的子系統。這個子系統的任務是讓學生學會如何在無人飛行器中分析遇到的問題，并學會利用理論知識解決無人飛行器設計問題，具備嚴謹的無人飛行器設計開發研究等相關能力。然后再按照教學體系的總體考慮和學生知識水平布置學生進行分組合作，將無人機設計實踐與實驗的內容按不同層次加以劃分。每一個層次中，學生的無人飛行器設計能力和在此基礎上的創新都分配不同的培養任務。在實踐教學中，要求學生既要親自設計無人飛行器，又要思考創新，達成實踐教學目標。

1.4以工程實例教學為導向

案例教學法起源于美國哈佛大學，是美國職業教育普遍采用的教學方法之一[6]。它是指以知行合一、理論聯系實踐為目的，通過典型的無人機設計簡單案例，給學生展示真實的無人機設計環境；通過多向互動，重點建立學生對無人機設計各模塊知識應用和團隊合作的能力，促使學生理解無人機設計問題中較為復雜的設計問題[7]。案例教學法強調教學的主體是學生，尤其重視能力的培養，將被動灌輸轉變為由任務驅動的主動探索，強調互動式教學，培養學生集體意識。在此過程中，教學與經典工程實例建立直接的聯系，因此，案例教學法非常適合航空類無人飛行器專業課程的教學。

1.5創新考核機制

改革傳統的期末考試形式，在整個課程教學中彈性考核，增加教學過程考核，充分尊重學生的興趣和愛好。在整個學期內培養學生對無人機設計知識的自學能力，讓學生對自己的課程學習計劃進行詳細的規劃和設計。

2教學方法改革的具體措施

創新地提出學前教育、模塊化，兩個階段等教學方法與教學手段，如圖2所示，教學方法改革的具體措施如下。2.1創新性地提出課程的學前教育無人駕駛航空器設計開發與應用課程需要用到多個課程的知識，在無人飛行器專業大一新生報到后，給學生開一次無人飛行器知識或課程講座，介紹該專業最重要的專業課——如何設計一架簡單的無人機，給學生介紹需要用到哪些課程、哪些知識，讓學生從大一開始就參與無人機設計相關知識的學習，強調教學內容的超前性。

2.2理論聯系實際，積極組織比賽

無人機設計需要多動手，聯系相關公司贊助每年舉行一次校級無人機航模比賽，要求大一、大二所有無人機專業的學生參加，并給予一定的學分及物質獎勵，調動學生的積極性。讓無人飛行器專業的學生從大一入學后就親自參與無人機設計，大三或大四的學生可以將已掌握的無人飛行器設計知識應用到比賽當中。各年級學生相互學習，相互促進，在動手鍛煉中夯實理論知識，掌握無人飛行器設計，動手動腦，全面發展。

2.3模塊化，兩個階段

根據所講課程的內容，將其分為不同的無人機設計相關模塊，分別講解。第一階段，初期教學以統一教學為主，講解相關的無人飛行器設計知識；第二階段，充分認識學生的學習能力，將學生分組，小組之內相互學習、相互幫助，直到小組成員都掌握無人飛行器設計這門課程的相關知識。在教學過程中，強調學生對無人機設計相關問題所需思維的訓練，充分發揮學生在無人機設計學習中的積極主動性，不僅能夠使學生感受無人機設計的整個學習過程，還可以讓學生領悟學習無人機設計的過程和無人機設計的結果同樣重要。

2.4課前、課中、課后及最后五分鐘

課前除預習相關知識外，給學生選取無人飛行器設計相關且具有工程性的例子讓學生思考；課中除理論知識講解外，抽出某幾次課講解無人飛行器設計中的經典工程實例，讓學生學到具體的設計理論、設計方法、設計經驗，提高學生實際解決無人機設計中基本問題的能力；課后除布置精選的具有代表性的作業外，也精選一些工程性設計題目，讓學生動手解決工程中遇到的一些實際問題；根據上課情況，選擇幾次課最后五分鐘左右時間，集中回答學生遇到最多的問題，并進行討論。

2.5創新考核機制

改革傳統的期末考試形式，充分尊重學生對無人機設計的興趣，培養學生對無人機設計所需知識的自主學習能力，幫助學生規劃符合自身特點的無人機設計學習、實踐計劃。在整個課程教學中彈性考核，增加教學過程考核，隨堂小測、參加比賽、實踐實習、學術小論文等均可作為課程的考核指標。

2.6后期教育

無人駕駛航空器設計與開發應用課程結束之后，學生可回到實驗室繼續從事復雜高級無人飛行器設計的實驗學習，為進一步掌握無人飛行器設計相關知識打下更好的基礎。

2.7聯系相關無人機公司

為學生提供較好的無人機設計相關實習基地，讓學生能夠應用在校內學習的無人機設計理論知識與無人機設計經驗，形成校內教學、校外實踐于一體的教學模式。

2.8與其他高校交流教學經驗

無人駕駛航空器設計開發與應用是一門融合多個學科知識的課程，相關教學方法需要時間來驗證。可以去航空類高校調研，學習先進的教學方法和教學理論，為課題的開展和建立具有中原工學院特色的地方高校無人飛行器專業課程教學方法提供參考。

2.9思政元素融入

從國內權威報告等渠道廣泛收集整理截至目前我國在無人飛行器領域取得的一些代表性成就，以及我國圍繞無人飛行器所做的戰略規劃，有機融入無人駕駛航空器設計與開發應用專業課程教學，培養學生的民族自豪感，并通過分析無人飛行器產業發展背后的家國情懷，培養學生的歷史使命感。

3結束語

通過對無人飛行器專業課程進行教學方法的改革，有針對性地設計和開展相關教學項目及實驗項目，將有利于無人駕駛航空器設計與開發應用專業課程的相關教學探索，有助于學生掌握從事航空類無人飛行相關專業所需的基礎知識以及專業知識，加強無人飛行器專業學生對無人飛行器設計的綜合掌握程度，培養學生通過不斷自學提升自己從事無人機設計所需知識和設計無人機、解決設計過程出現問題的能力，拓展學生知識面，增加系統的工程實踐經歷，讓學生發現航空工程領域的相關工程技術問題，并給出解決方案，培養服務國家戰略需求的創新型航空航天人才。無人飛行器專業作為中原工學院航空類的新專業，是學校“一體兩翼”中的兩個發展方向之一，也是學校具有代表性的一個專業。把這個專業建設好，尤其是把相關專業課程建設好，對學校無人飛行器專業的發展將有非常好的指導意義，將促進專業建設、專業人才培養質量等方面更好地發展。因此，本研究為中原工學院航空類無人飛行器專業人才培養探索一套無人飛行器專業課程講授的方法，為形成系統化的教學標準提供有力的支撐，為其他高職或地方本科高校無人飛行器專業人才培養提供借鑒。

參考文獻

[1]國家制造強國建設戰略咨詢委員會.《中國制造2025》重點領域技術創新綠皮書[M].北京:電子工業出版社,2016.

[2]沈敏.高等教育國際化背景下航空航天人才培養模式的探究[J].中國科教創新導刊,2013(7):19.

[3]張麗萍.試論科學發展觀與高校創新人才培養[J].理論導刊,2009(9):101-102,105.

[4]齊振超,安魯陵.“互聯網+”時代航空航天制造專業教學方法的探討[J].高教學刊,2017(17):77-80.

[5]WinnePH.Experimentingtobootstrapself-regulatedlearning[J].JournalofEducationalPsychology,1997,89(3):397-410.

[6]王青梅,趙革.國內外案例教學法研究綜述[J].寧波大學學報（教育科學版）,2009,31(3):7-11.

[7]陳玉榮.試論案例教學法[J].中國職業技術教育,2004(31):19-21.

作者:張利民 路向陽 柴旭朝 李召 溫鵬偉 周同馳 單位:中原工學院電子信息學院 中原工學院電子信息學院