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人纷飞 爱相随:高等学校无人机课程的跨学科教学研究

时间: 2019-01-24阅读:

摘要:依据2015-2020年中国无人机行业研究分析及市场前景预测报告,无人机市场的重点细分领域包括航拍及娱乐、农林、安防、电力。南京大学金陵学院紧跟无人机行业发展前景,以各学院学生全面发展为培养向导,建立跨学科跨领域的无人机课程群。通过两学年的无人机选修课的教学实践,初步探索出较为合理的跨学科的无人机课程群。

关键词:无人机;跨学科;教学研究

中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)29-0168-02

Abstract: According to the research analysis and market outlook forecast report of China's uav industry from 2015 to 2020, the key segments of the uav market include aerial photography and entertainment, agriculture, forestry, security and electricity. Following the development prospect of uav industry, jinling college of nanjing university sets up an interdisciplinary and cross-disciplinary uav course group with the guidance of students' comprehensive development. Through the teaching practice of uav elective course in two academic years, a reasonable interdisciplinary uav course group is preliminarily explored.

Key words: UAV; interdisciplinary; teaching research

随着科学技术的发展,无人机应用领域日益广泛,其无人机市场的重点细分领域包括航拍及娱乐、农林、安防、电力。航拍领域应用主要包括新闻拍摄、电影广告拍摄,农林领域主要为植物监测,安防领域主要包括灾情检查,交通巡逻指挥调度,电力领域主要为电力巡检,其他领域主要为城市规划、资源勘探、水利监测、地图测绘。所涉及的学科包括信息科学、传媒、艺术、城市资源等[1]。南京大学金陵学院以信息科学与工程学院、传媒学院、艺术学院、城市与资源学院为试点对象,围绕“新闻智能无人机”开展的应用及科学研究,各学院的专业教师根据相关专业的需求共同开发“新闻智能无人机”课程,開展跨学科、跨专业、跨领域的科研教学探索性改革[2]。

1 高等学校无人机课程现状分析

近年来,随着无人机价格的降低,操控的人性化发展,社会对无人机航拍产业需求量增大。高校通过开设无人机课程可以培养无人机相关人才,提高就业率;再者理论结合实践,提高学生相关领域的学习兴趣。但目前高校无人机课程往往局限于某一学科应用或局限于无人机航拍课程。

无人机航拍课程建设现状分析如下,高校无人机航拍领域的课程研究建设,面向全校开设无人机航拍公共选修课。无人机航拍课程主要内容涵盖无人机基本构造、无人机相关法规、无人机飞行实践操作、无人机航拍图像影片后期处理等。其无人机航拍课程主要涉及的是对无人机的操控及无人机航拍图像影片处理,无人机其他重点应用领域未见涉及;主要培养学生的无人机航拍技能及艺术素养,培养内容未见广泛[3]。

2 跨学科无人机课程教学策略

由于“新闻智能无人机”涉及多学科的综合知识,需要通过各学科联合培养,达到课程融合,实现跨学科无人机课程教学目标。为建立一套完善的跨学科无人机教学方案,以培养全面发展学生及建立一支跨学科无人机教师团队为宗旨,经过两学年的无人机教学实践,探索出了一套较为合理的跨学科无人机教学策略。跨学科无人机教学主要从无人机平台建设、无人机课程建设着手,通过无人机讲座、无人机网络教学、无人机比赛、无人机项目研究、无人机相关毕业设计等多个方面来确保跨学科无人机教学有效实施[4]。

2.1 跨学科无人机平台建设

跨学科无人机智能实验室由无人机理论教学与模拟器训练区、无人机拆装机操作区与生物传感、影视测评与虚拟现实体验区三大部分构成。

从实训教学的角度上来看,新闻无人机及智能实验室群的实训层次可以分为基础技能训练模块、综合性技能训练模块、创新性实验模块、科研训练实验模块。

基础技能训练模块:学生主要掌握无人机硬件基本知识、飞控基本原理与技术、航空基本气象学知识、航拍基本技能。该模块是跨学科无人机课程中基础理论知识部分的平台。

综合性技能训练模块:学生进一步掌握航拍技术,深入了解无人机的硬件系统,完成专业的航拍无人机搭建。该模块是跨学科无人机课程中飞行技巧实训部分的平台。

创新性实验模块:学生须进一步了解无人机航拍中的新技术、新手段,每个专业的学生都将进入高阶的实训课程。该模块是跨学科无人机课程中专业应用部分的平台。

科研训练实验模块:学生们除进一步进行新闻智能无人机的基本原理与创新技术的学习,还须进行相关传播效果技术手段的学习,在此实验阶段中,教学项目须以“项目带动教学”的模式进行,学生们将参与“生物传感技术”、“虚拟现实技术”相关的影视效果测评项目,完成一次新闻无人机的设计实现及航拍应用与测绘。该模块是跨学科无人机课程中课程融合部分的平台。

2.2 跨学科无人机课程建设

跨学科无人机选修课主要面向信息科学与工程学院、传媒学院、艺术学院、城市与资源学院的学生开设。其选修课内容包括基础理论知识、飞行技巧实训与专业应用三大部分构成,其师资队伍包括了四个学院的专职教师,跨学科无人机课程将各学院课程融合在一个实训教学体系里是本实训课程研究的课程目标。

1) 基础理论知识部分,主要包括无人机的飞行基本原理、构造原理与无人机飞行的基本伦理道德与法律规范,使学生在掌握无人机基本专业知识。

2) 飞行技巧实训部分,学生通过模拟训练、基础知识训练,掌握无人机的专业操作技巧。

3) 专业应用部分,不同院系的学生在该院系专业教师的指导下完成应用实训,使学生提高专业分析问题和解决问题的实际能力。

信息科学与工程学院的无人机专业应用教学课程为例,课程内容包括航拍无人机硬件结构、多旋翼无人机的数学模型和性能估算、无人机控制系统、无人机续航技术、航拍无人机图传系统设计。

课程内容涉及信息科学领域的计算机应用基础、大学物理、电路分析基础、数字电路、模拟电路、程序设计语言、微处理器、嵌入式系统、自动控制原理等跨专业课程。无人机专业应用教学课程不仅可以提高学生专业课学习兴趣,还能够通过无人机课程与实践巩固所学专业课程。

课程授课方式包括理论讲授、创新实验、应用实训、应用讲座,授课课时分别为12个课时、12个课时、18个课时、9个课时。课程考核方式为理论考试和实践考试,考核比例分别为40%、60%,其中实践考试可以是参与中国机器人无人机比赛、主持无人机相关大学生创新创业项目或无人机相关毕业设计。

传媒学院的无人机专业应用教学课程为例,课程内容包括无人机新闻概论、无人机新闻选题策划、无人机航拍摄影摄像基础、无人机航拍摄影摄像技巧与创意。涉及专业课程包括新闻学概论、广告学概论、摄影摄像基础、新闻节目策划、影视包装与特效。

艺术学院的无人机专业应用教学课程为例,课程内容包括无人机航拍技巧、无人机影视编导。涉及专业课程包括影视编导、视觉传达、影视艺术。

城市与资源学院的无人机专业应用教学课程为例,课程内容包括无人机航空摄影测量基础、无人机航空摄影测量在城乡规划应用,无人机航测在物流管理应用。涉及专业课程包括地理信息系统、测量学、气象学。

4) 课程融合部分,各学院学生一起设计完成无人机并实现一次無人机的新闻及测绘应用。信息科学与工程的专业实训课程内容指导学生完成带有GPS定位系统与高清图像采集功能的新闻无人机的硬件设计、新闻无人机管控平台的研发;传媒学院与艺术学院完成一次新闻无人机的航拍应用;城市与资源学院的应用实践类实训完成一次无人机测绘,将几个学院的专业教学目标与内容融合在一个实训教学体系里。

3 跨学科无人机教学效果

跨学科无人机教学效果评价,主要从学生无人机比赛、大学生创新创业项目、无人机相关毕业设计及发表论文等指标评判。

信息科学与工程学院无人机教学效果显著,学生参与2016年中国机器人续航无人机比赛获三等奖;学生主持航拍无人机的大学生创新创业项目顺利结题;学生航拍无人机图传毕业设计获校毕业设计二等奖;已发表无人机相关论文五篇。

传媒学院邀请美国密苏里新闻学院知名教授Bill Allen举办为期一周的无人机新闻培训,培训内容为无人机的商业运用以及无人机报道对于社会智能的承担;了解密苏里新闻学院的无人机课程设置以及教学效果;讨论无人机使用的安全问题及隐私入侵问题;并且指导无人机操作。培训结束后,学院在全校范围组织无人机操控及无人机航拍比赛,各学科师生们都亲身体验了整个无人机课程及实践过程,受益匪浅。

各学科学生完成了一次航拍无人机设计实现及航拍应用。

4 结语

综上所述,本文总结了一套较合理的跨学科无人机教学方案。南京大学金陵学院以信息科学与工程学院、传媒学院、艺术学院、城市与资源学院为试点对象,围绕“新闻智能无人机”建设了跨学科的无人机课程群,各学科学生完成了一次航拍无人机设计实现及航拍应用。跨学科无人机教学课程建设调动了全校教师及学生的无人机学习兴趣,为学生全面发展及就业提供了更广阔的平台。

参考文献:

[1] 谢春茂.无人机系统产业发展及市场研究[J].科技传播,2013(11):107-109

[2] 陈勇.无人机在新闻中的应用[J].新闻前哨,2013(8):37

[3] 吴亚明.论高校无人机航拍公选课程的设置与优化[J].西部素质教育,2017(12):136-137

[4] 沈张果.以学科竞赛为平台培养大学生的创新实践能力[J].教育教学论坛,2016,(16):75-76.

【通联编辑:梁书】

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