鄒衛(wèi)華

教育部“十三五”規(guī)劃強(qiáng)調(diào)對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)客教育，全國各地的中小學(xué)還在積極地引入STEM課程，筆者結(jié)合一線的教學(xué)實(shí)際，談一下中小學(xué)引入無人機(jī)項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)客教育的意義與實(shí)施，以期豐富學(xué)校的創(chuàng)客前端課程，提升學(xué)校創(chuàng)客教學(xué)水平，推進(jìn)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)，以先進(jìn)科技提升學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。

● 開設(shè)“無人機(jī)”創(chuàng)客課程對學(xué)生的積極意義

1.以先進(jìn)科技提升學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力

通過先進(jìn)、完備的科學(xué)教具和精心設(shè)計(jì)的無人機(jī)實(shí)驗(yàn)課程，可以使學(xué)生掌握基本實(shí)踐技能，培養(yǎng)綜合運(yùn)用各種儀器的能力。無人機(jī)創(chuàng)客教育將會(huì)給學(xué)生提供更先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)手段，進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。通過培養(yǎng)學(xué)生對社會(huì)的責(zé)任感，通過知識的學(xué)習(xí)、技能的掌握和活動(dòng)的參與，讓學(xué)生初步領(lǐng)會(huì)科學(xué)的方法論，提高觀察能力、思維能力、創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力，從而促進(jìn)其科學(xué)素質(zhì)的全面提高。此外，通過無人機(jī)創(chuàng)客教育的學(xué)習(xí)可以激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，確保學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論和基本技能的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步增強(qiáng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

2.“無人機(jī)”創(chuàng)客課程對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)

知識方面：讓了解無人機(jī)這個(gè)學(xué)術(shù)前沿領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用狀況，了解無人機(jī)的概念和工作原理，提高對無人機(jī)的認(rèn)識，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)無人機(jī)的有關(guān)知識打下基礎(chǔ)。

能力方面：①了解無人機(jī)的各種傳感器、控制系統(tǒng)及動(dòng)力裝置的作用，理解體會(huì)程序是無人機(jī)的靈魂，了解無人機(jī)是怎樣在程序的自動(dòng)控制或者人的指揮下工作的。②學(xué)習(xí)一種和無人機(jī)自動(dòng)控制相關(guān)的計(jì)算機(jī)編程語言，通過對無人機(jī)自動(dòng)控制算法的了解來訓(xùn)練科學(xué)而高效的思維方式，提高邏輯思維能力、規(guī)劃能力，提高分析問題和解決問題的能力。③通過模擬及實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目的完成，在組裝與操控?zé)o人機(jī)的過程中培養(yǎng)動(dòng)手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力。

情感方面：①通過介紹高科技領(lǐng)域?qū)W科發(fā)展前沿和我國空中機(jī)器的先進(jìn)技術(shù)培養(yǎng)愛國主義精神、科學(xué)精神、頑強(qiáng)拼搏精神，激勵(lì)確立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。②培養(yǎng)對人工智能技術(shù)的興趣，真正認(rèn)識到無人機(jī)對社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用，積極參加無人機(jī)設(shè)計(jì)比賽、無人機(jī)競技比賽等各種課外活動(dòng)，在競賽活動(dòng)中培養(yǎng)創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)意識和競爭意識。

● “無人機(jī)”創(chuàng)客課程的實(shí)施與能力培養(yǎng)

1.選擇適合教學(xué)的無人機(jī)

印象中的無人機(jī)大多專業(yè)性十足，但是并不適合教學(xué)：一是對于普通用戶來說上手操作非常有難度;二是設(shè)備昂貴，容易損壞;三是整個(gè)操作系統(tǒng)是閉源的，也不支持給用戶進(jìn)行編程使用。

本課程選擇的是Makeblock公司出品的Airblock無人機(jī)。Airblock是一款可自己拼裝、編程的模塊化飛行器，模塊間采用磁吸連接，可快速搭建出無人機(jī)、氣墊船或更多意想不到的形態(tài)。這款無人機(jī)不僅能一鍵起航，體驗(yàn)操縱飛行的快感，還能配合大人小孩都能輕松上手的圖形化編程，自定義更多復(fù)雜動(dòng)作，在游戲中系統(tǒng)地鍛煉編程思維。

2.拼裝與操控，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力

學(xué)生對無人機(jī)的親手拆解、組裝機(jī)械零件、聯(lián)通導(dǎo)線、安裝部件等活動(dòng)可以鍛煉學(xué)生的手指靈活性，刺激大腦的發(fā)展，為培養(yǎng)未來的能工巧匠打下基礎(chǔ)。無人機(jī)也綜合了信息技術(shù)、各種傳感器、機(jī)械、電子、控制等多個(gè)學(xué)科知識，操控一臺(tái)無人機(jī)對學(xué)生來說，需要理解無人機(jī)飛行的各種知識，克服操控中的各種問題。

在拼裝方面，Airblock的組件構(gòu)成比較簡單，可以由學(xué)生自行組裝。在無人機(jī)模式下，只需要將6個(gè)動(dòng)力模塊吸在主控模塊的接口上就好，但要把機(jī)頭的動(dòng)力模塊區(qū)分開來，機(jī)頭的動(dòng)力模塊是紅色的，要求放在一號接口。Airblock設(shè)計(jì)上最巧妙的地方，是模塊安裝的方式，它們是通過磁性來連接的。當(dāng)把動(dòng)力模塊接近主控模塊接口時(shí)，它們就會(huì)瞬間吸附在一起，這種拼裝方式，既提高了學(xué)生的搭建樂趣，又能省掉無謂的錯(cuò)誤或損壞，提升學(xué)生成功的體驗(yàn)度。

在操控方面，Airblock飛行主控制器圍繞著六個(gè)電機(jī)，以此保證其充沛的升力和靈活性，中間是一個(gè)多面體，內(nèi)部包含電源和控制單元，整個(gè)飛行器結(jié)構(gòu)簡單而又緊湊。但學(xué)生操控Airblock時(shí)，需要對機(jī)器的飛行姿態(tài)保持相對平穩(wěn)。學(xué)生需要學(xué)會(huì)常規(guī)飛行的所有功能，在智能手機(jī)或平板的藍(lán)牙控制下，指揮它懸停、向任意方向平移，并且按照規(guī)劃的路徑飛行。雖然看似平常，然而實(shí)際上，涉及學(xué)生對Airblock的動(dòng)力原理和對飛行動(dòng)力學(xué)的理解與實(shí)施。

3.自定義編程，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力

創(chuàng)客教學(xué)中的無人機(jī)，跟像常規(guī)無人機(jī)一樣需要進(jìn)行手動(dòng)操控，但對于培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)來說，它的價(jià)值是編寫控制代碼。我們可以讓學(xué)生通過自定義飛控編程，來分析解決實(shí)際問題，這既能培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)編輯能力，又能讓學(xué)生掌握更多的知識、算法和程序思考方法，逐漸培養(yǎng)起對信息技術(shù)的興趣。

Airblock無機(jī)人通過手機(jī)或平板來進(jìn)行編程操作，只需要下載Makeblock APP，這個(gè)編程平臺(tái)源自Scratch2.0圖形編程平臺(tái)，這也正是如今小學(xué)生學(xué)習(xí)的編程軟件。Airblock支持螺旋槳模塊配合編程，把對飛行器的控制做成了可視化的拖拽模式。例如，在運(yùn)動(dòng)模式編程中，可以發(fā)現(xiàn)這里沒有復(fù)雜的英文代碼，一切都是圖形模式，簡單易懂，可以非常直觀地看到在一個(gè)事件中的各類參數(shù)，如可以設(shè)置每一個(gè)螺旋槳?jiǎng)恿丶鸟R力。這個(gè)原理非常簡單，就是發(fā)揮自己的創(chuàng)意，將螺旋槳?jiǎng)恿δK以不同的角度鏈接至中心主控模塊，作為推進(jìn)器或者鼓風(fēng)機(jī)使用，通過圖形變成為電機(jī)設(shè)置不同轉(zhuǎn)速，來獲得不同方向的推進(jìn)力或者風(fēng)力。

圖形化、積木式拖拽編程，易于上手，不僅可以讓學(xué)生自定義酷炫的飛行特技，還可以系統(tǒng)地鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力。對于部分變量，學(xué)生只需要替換成自己想要的，就能實(shí)現(xiàn)對飛行器任意的復(fù)雜控制。在娛樂和游戲的過程中，學(xué)生就能潛移默化地學(xué)會(huì)程序語言背后的邏輯。這樣的無人機(jī)自定義編程飛控，可以輕輕松松地引導(dǎo)學(xué)生從小樹立編程思想，寓學(xué)于樂。

4.創(chuàng)意改造，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力

Airblock無人機(jī)不僅操作簡單還可以DIY！這可以讓學(xué)生充分發(fā)揚(yáng)創(chuàng)客精神進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)踐。例如，由于Airblock的六個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及包圍的保護(hù)罩與機(jī)身之間是通過磁性材料互相吸引連接的，學(xué)生可以隨意取下或拼回。如果學(xué)生只拼接三個(gè)帶有保護(hù)罩的電機(jī)，6旋翼飛行器就變成3旋翼飛行器。學(xué)生還可以把電機(jī)旋轉(zhuǎn)90度或者180度之后再拼接，如兩個(gè)電機(jī)朝下，另外四個(gè)電機(jī)朝前或者朝后，Airblock就變成了氣墊船，兩個(gè)朝下的電機(jī)讓氣墊船與地面或水面之間形成氣體隔離，另外四個(gè)電機(jī)控制方向和速度，這樣Airblock就能以水陸兩棲的方式在地面或水面上隨意移動(dòng)。

由于Airblock的模塊化設(shè)計(jì)，學(xué)生還可以組合出更多的形態(tài)如摩托車，還可以和樂高進(jìn)行組合，只要想象力夠豐富，Airblock可以變成各種形態(tài)?？偟膩碚f，Airblock的可塑性很高，而且由于體積小，操控簡單，學(xué)生隨時(shí)都可以用iPad連接操作，連接的方式也非常簡單，打開藍(lán)牙將iPad貼近主控模塊，就可以快速建立連接，啟動(dòng)時(shí)先點(diǎn)按操作界面上的開機(jī)鍵，然后左邊搖桿負(fù)責(zé)高低，右邊負(fù)責(zé)方向，想怎么控制都可以。

這樣的無人機(jī)創(chuàng)新活動(dòng)，也為學(xué)生提供了全面接觸、學(xué)習(xí)信息科技，理解信息科技內(nèi)涵的智能化學(xué)習(xí)平臺(tái)，有利于中小學(xué)生信息素養(yǎng)、想象力、創(chuàng)造力的全面提高。無人機(jī)完全靠學(xué)生運(yùn)用自己的聰明才智去制作，有利于培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維。

● 學(xué)校“無人機(jī)”創(chuàng)客課程的課程設(shè)計(jì)

學(xué)校進(jìn)行“無人機(jī)”創(chuàng)客教學(xué)，除了依靠采用的無人機(jī)平臺(tái)本身的教學(xué)特性外，還必須建立一整套基于學(xué)生知識認(rèn)知規(guī)律的循序漸進(jìn)的教學(xué)課程，上頁表1是筆者建議的一些課程與教學(xué)進(jìn)度，表2是部分課程內(nèi)容舉例。

創(chuàng)客教育理念在于強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”。當(dāng)前，無人機(jī)集計(jì)算機(jī)語言、通信、網(wǎng)絡(luò)、傳感技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、人工智能多種技術(shù)于一體，無人機(jī)創(chuàng)客教育過程中融入了創(chuàng)客的精神內(nèi)涵，能充分發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新精神和動(dòng)手實(shí)踐能力，能將學(xué)生培養(yǎng)成為有創(chuàng)客精神的人。