項目教學(xué)法在無人機(jī)維修課程教學(xué)中的應(yīng)用

王雨峰 馮園

摘 要：無人機(jī)維修是無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的核心課程，涉及零部件更換、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電路檢修、飛控調(diào)試等內(nèi)容，它是保障飛行安全、降低經(jīng)濟(jì)損失的必備技能。本文分析了無人機(jī)維修的市場潛力，介紹了無人機(jī)系統(tǒng)及維修特點(diǎn)，并結(jié)合市場需求尋找典型項目案例，以項目教學(xué)法改革為依托，開展科學(xué)合理的教學(xué)設(shè)計。實踐證明，項目教學(xué)法能夠有效突破無人機(jī)維修課程理論知識枯燥、缺少實踐內(nèi)容的困境，創(chuàng)設(shè)良好的項目情景，可切實提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

關(guān)鍵詞：項目教學(xué)法 無人機(jī)維修 教學(xué)應(yīng)用 典型案例

一、研究背景

近幾年，隨著衛(wèi)星定位系統(tǒng)的成熟、電子與無線電控制技術(shù)的改進(jìn)、多旋翼無人機(jī)的出現(xiàn)，無人機(jī)行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，無人機(jī)技術(shù)在軍民兩大領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，推動無人機(jī)駕駛員和無人機(jī)裝調(diào)檢修工兩個新職業(yè)不斷發(fā)展。民用無人機(jī)市場規(guī)模迅速擴(kuò)大，比例超過80%，包括應(yīng)用在農(nóng)林、安防、電力、物流等領(lǐng)域的工業(yè)級無人機(jī)和用于個人航拍、影視制作、娛樂及燈光表演等領(lǐng)域的消費(fèi)級無人機(jī)。特別是航拍類消費(fèi)級無人機(jī)憑借操作簡易、上手即飛的優(yōu)點(diǎn)，讓原本高大上的無人機(jī)迅速“飛入尋常百姓家”。由于大多數(shù)人都是新手，因沒有嚴(yán)格按照用戶手冊操作、操縱不熟練導(dǎo)致無人機(jī)“炸機(jī)”的情況時有發(fā)生，而大部分廠家提供售后維修服務(wù)的時間有限，且費(fèi)用昂貴，無人機(jī)維修市場巨大，無人機(jī)維修師成為名副其實的“香餑餑”。

但無人機(jī)維修尚屬于新興產(chǎn)業(yè)，缺少專業(yè)教材及有效教學(xué)指導(dǎo)，因此結(jié)合市場需求，開展無人機(jī)維修課程教學(xué)，不僅有助于提升學(xué)生專業(yè)技能，更有助于促進(jìn)整個無人機(jī)維修產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、無人機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)及無人機(jī)維修

無人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器，由飛控、導(dǎo)航、電氣、動力及通信等電子部件組成，屬于精密器械。因此，任何部件的微小變化都會影響其飛行狀態(tài)及使用壽命。無人機(jī)在日常使用過程中應(yīng)小心謹(jǐn)慎，且應(yīng)定期進(jìn)行維護(hù)和檢查。

（一）無人機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)

1.無人機(jī)使用壽命要求高

無人機(jī)屬于準(zhǔn)單次循環(huán)系統(tǒng)，因為它在使用過程中無法維修，所以操作者必須保證每次使用前遵守操作規(guī)范，排查可能出現(xiàn)的故障，確保飛行安全，以達(dá)到長時間使用的要求。

2.無人機(jī)的使用領(lǐng)域特殊

無人機(jī)在空中執(zhí)行任務(wù)，就必須適應(yīng)復(fù)雜的空間系統(tǒng)。只有可靠的地面維護(hù)，才能保證其在空中有效準(zhǔn)確地飛行。

3.無人機(jī)使用環(huán)境嚴(yán)酷

無人機(jī)需適應(yīng)惡劣天氣、多變地形、特殊作業(yè)等要求，因而對人們操控水平及無人機(jī)自動控制技術(shù)均提出嚴(yán)格的要求。

（二）無人機(jī)維修

無人機(jī)維修包括維護(hù)和修理兩個部分，其中檢查、清潔等起飛前規(guī)定動作，是為了保持無人機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即維護(hù);而將出現(xiàn)“炸機(jī)”的無人機(jī)修復(fù)至規(guī)定狀態(tài)，即修理。因此，通常把無人機(jī)維修作業(yè)劃分三類，即保養(yǎng)、預(yù)防性維修和修復(fù)性維修。

保養(yǎng)，即按使用規(guī)范，定期對無人機(jī)進(jìn)行清潔、檢查等，保持其固有狀態(tài)。預(yù)防性維修，即按操作規(guī)范，定期對無人機(jī)動力、圖傳、數(shù)傳等進(jìn)行檢測，遵守起飛前準(zhǔn)備工作及飛行注意事項的相關(guān)規(guī)劃要求，盡量避免其發(fā)生各類故障。修復(fù)性維修，即無人機(jī)不可避免地發(fā)生故障后，通過定位故障、分析問題、更換或維修部件、再裝后測試，讓其恢復(fù)到工作狀態(tài)。

三、將項目教學(xué)法應(yīng)用于無人機(jī)維修課程教學(xué)中的必要性

項目教學(xué)法是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動，可以整合傳統(tǒng)教學(xué)資源，打破課程之間、專業(yè)之間的壁壘，將不同課程內(nèi)容組合到一起，將教學(xué)活動設(shè)計成為學(xué)生以小組團(tuán)隊共同解決具體問題的形式，從信息的收集、方案的設(shè)計、項目的實施及最終的評價均由學(xué)生自主完成，教師進(jìn)行引導(dǎo)，以有效解決傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)存在的知識和技能的分割等問題。

無人機(jī)維修作為無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的核心課程，涉及零部件更換、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電路檢修、飛控調(diào)試等內(nèi)容，立足機(jī)械與電子的基礎(chǔ)課程、無人機(jī)結(jié)構(gòu)與原理、無人機(jī)組裝與調(diào)試等前序課程，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決具體問題，進(jìn)行培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)素養(yǎng)。

把項目教學(xué)法引入無人機(jī)維修課程的教學(xué)，首先，要解決維修課程理論知識過于枯燥而實踐內(nèi)容較少且難以開展的現(xiàn)實問題;其次，可通過行業(yè)應(yīng)用分析，尋找具有代表意義的典型項目，為學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情景;最終，通過項目教學(xué)法讓學(xué)生達(dá)到學(xué)以致用的目的。

四、項目教學(xué)法在無人機(jī)維修課程教學(xué)中的具體應(yīng)用

為了在無人機(jī)維修課程教學(xué)中有效開展項目教學(xué)，筆者前期進(jìn)行市場調(diào)研、走訪企業(yè)，同時結(jié)合日常飛行訓(xùn)練以及總結(jié)無人機(jī)創(chuàng)新應(yīng)用技能大賽等相關(guān)經(jīng)驗，尋找無人機(jī)維修領(lǐng)域典型案例，以無人機(jī)結(jié)構(gòu)組成為劃分單元，設(shè)計層層遞進(jìn)的項目模塊，開展無人機(jī)維修專業(yè)理實一體化課程教學(xué)改革。

根據(jù)項目教學(xué)法實施的基本過程，把教學(xué)過程劃分為四個階段：項目主題的形成（創(chuàng)意產(chǎn)生和分析）、項目計劃的制訂（項目計劃和決策）、項目執(zhí)行、項目結(jié)束（評估、反思和總結(jié)）。學(xué)生在教師指導(dǎo)下，以小組合作來完成具體項目，首先，針對無人機(jī)維修中的客戶需求進(jìn)行分析;其次，通過信息收集，提出解決方案;最后，經(jīng)討論分析，確定最優(yōu)方案并實施及評價?，F(xiàn)以無人機(jī)云臺維修中“如何獲得更好的航拍視角”的需求為例，介紹項目化教學(xué)設(shè)計。

（一）項目主題的形成

某位顧客定制一臺航拍無人機(jī)，采用兩軸云臺搭載運(yùn)動相機(jī)，在飛行測試中發(fā)現(xiàn)槳葉或腳架經(jīng)常進(jìn)入運(yùn)動相機(jī)的畫面中，嚴(yán)重影響了航拍效果，希望獲得更好的航拍視角。

為了獲得較好的航拍視角，從以下兩個角度分析并解決問題：一是提高相機(jī)俯仰及橫滾兩個運(yùn)動范圍，可以從無人機(jī)結(jié)構(gòu)、云臺結(jié)構(gòu)及運(yùn)動相機(jī)焦距等方面進(jìn)行思考。二是運(yùn)用遙控器的通道設(shè)置與微調(diào)知識，合理設(shè)置云臺運(yùn)動范圍，確保在云臺有效工作范圍內(nèi)，不會有槳葉或腳架進(jìn)入相機(jī)畫面。

（二）項目計劃的制訂

1.項目計劃（信息收集與方案制定）

學(xué)生以小組為單位，復(fù)習(xí)無人機(jī)結(jié)構(gòu)、云臺結(jié)構(gòu)等知識內(nèi)容，現(xiàn)場研究客戶提供的無人機(jī)，集思廣益形成各組的方案。

一是從無人機(jī)結(jié)構(gòu)角度分析。在滿足無人機(jī)飛行性能的前提下，通過改變槳葉尺寸和腳架長度，可調(diào)節(jié)視角范圍。

二是從云臺結(jié)構(gòu)角度分析。調(diào)節(jié)云臺與電池倉的位置，有以下幾種擺放位置：一種是云臺前置、電池倉后置，保持平衡;一種是云臺懸掛電池倉下方，降低相機(jī)高度，提高俯仰視角;還有一種是在保持無人機(jī)平衡的前提下，調(diào)整云臺本身結(jié)構(gòu)，由相機(jī)內(nèi)置改成前置，提高相機(jī)視角。

三是從相機(jī)焦距角度分析?？梢愿鼡Q運(yùn)動相機(jī)焦距，以調(diào)整相機(jī)視角大小。

四是云臺運(yùn)動范圍限定。運(yùn)用遙控器的通道設(shè)置技術(shù)，對云臺俯仰和橫滾兩個通道進(jìn)行微調(diào)，限制其運(yùn)動范圍，以保證在其有效工作范圍內(nèi)無槳葉或腳架進(jìn)入畫面。

2.項目決策（確定執(zhí)行方案）

學(xué)生在教師引導(dǎo)下組織小組討論，從多個角度提出改進(jìn)方案，最終形成兩套改進(jìn)方案。

方案一：整體采用云臺前置、電池倉后置的組合方式，調(diào)整云臺本身結(jié)構(gòu)，讓相機(jī)前置，適當(dāng)縮短無人機(jī)腳架，即在保持無人機(jī)整體平衡與穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，盡可能讓相機(jī)位置前移，以獲取更好的視角。

方案二：整體采用云臺懸掛電池倉下方的組合方式，調(diào)整云臺本身結(jié)構(gòu)，并縮短腳架，即在保持整體平衡基礎(chǔ)上，讓相機(jī)位置向前下方移動，以獲得良好的視角。

（三）項目執(zhí)行

為了驗證兩套方案的改進(jìn)效果，教師規(guī)定腳架縮短長度相同，組織學(xué)生按方案執(zhí)行項目。學(xué)生在實際改進(jìn)過程中，學(xué)習(xí)無人機(jī)拆裝、結(jié)構(gòu)平衡計算、遙控器微調(diào)等知識與技術(shù)，最終通過云臺有效范圍進(jìn)行綜合比較。在橫滾范圍上，初始值為+24/-20，方案一為+43/-35，方案二為+30/-25，因在方案一中相機(jī)更加前置，可獲得更大橫滾范圍;在俯仰范圍上，初始值為+26/-20，方案一為+56/-25，方案二為+34/-38，其中方案一獲得更大向下傾斜的角度，方案二獲得更大向上傾斜的角度，在總的俯仰范圍上，方案一比方案二略大。綜合兩個方案的特點(diǎn)可知，方案一和方案二相比初始無人機(jī)云臺范圍均有了明顯擴(kuò)展。

（四）項目結(jié)束（評估、反思、總結(jié)）

學(xué)生總結(jié)方案執(zhí)行過程與結(jié)果，結(jié)合無人機(jī)航拍特點(diǎn)及需求，綜合考慮更傾向于方案一。在整個項目執(zhí)行過程中，學(xué)生經(jīng)歷了分析、思考、設(shè)計到實施的完整過程，通過分享項目實施過程中遇到的困難、解決方案等，學(xué)生學(xué)會項目化思維模式，開展相互點(diǎn)評。教師從項目管理、團(tuán)隊分工協(xié)作、項目執(zhí)行過程等角度，綜合評價各組表現(xiàn)。

基于項目教學(xué)法的教學(xué)改革，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與主動參與。由簡單到復(fù)雜，從嘗試到實踐，逐漸調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生成為“主角”;而教師則發(fā)揮引導(dǎo)、答疑解惑的作用，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

五、小結(jié)

項目教學(xué)法在無人機(jī)維修課程教學(xué)中的應(yīng)用，有效推動了學(xué)校無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的教學(xué)改革與創(chuàng)新，不僅打破了理論課程的局限性，克服了知識與技能分割的問題，而且緊貼市場需求，立足典型項目案例，使實踐內(nèi)容更加豐富，有利于充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生真正想學(xué)、會學(xué)、學(xué)好無人機(jī)維修技能。同時培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的職業(yè)素養(yǎng)，使之成為市場緊缺的高技能無人機(jī)維修師。

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[3]王雨峰，馮園.3D打印在無人機(jī)維修專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].職業(yè)，2018（33）.

（作者單位：王雨峰，江蘇省交通技師學(xué)院;馮園，鎮(zhèn)江第一外國語學(xué)校）