项目教学法在无人机维修课程教学中的应用

王雨峰 冯园

摘 要：无人机维修是无人机应用技术专业的核心课程，涉及零部件更换、结构优化、电路检修、飞控调试等内容，它是保障飞行安全、降低经济损失的必备技能。本文分析了无人机维修的市场潜力，介绍了无人机系统及维修特点，并结合市场需求寻找典型项目案例，以项目教学法改革为依托，开展科学合理的教学设计。实践证明，项目教学法能够有效突破无人机维修课程理论知识枯燥、缺少实践内容的困境，创设良好的项目情景，可切实提高学生的学习热情，培养学生独立思考和解决问题的能力，达到学以致用的目的。

关键词：项目教学法 无人机维修 教学应用 典型案例

一、研究背景

近几年，随着卫星定位系统的成熟、电子与无线电控制技术的改进、多旋翼无人机的出现，无人机行业进入高速发展阶段，无人机技术在军民两大领域得到了广泛应用，推动无人机驾驶员和无人机装调检修工两个新职业不断发展。民用无人机市场规模迅速扩大，比例超过80%，包括应用在农林、安防、电力、物流等领域的工业级无人机和用于个人航拍、影视制作、娱乐及灯光表演等领域的消费级无人机。特别是航拍类消费级无人机凭借操作简易、上手即飞的优点，让原本高大上的无人机迅速“飞入寻常百姓家”。由于大多数人都是新手，因没有严格按照用户手册操作、操纵不熟练导致无人机“炸机”的情况时有发生，而大部分厂家提供售后维修服务的时间有限，且费用昂贵，无人机维修市场巨大，无人机维修师成为名副其实的“香饽饽”。

但无人机维修尚属于新兴产业，缺少专业教材及有效教学指导，因此结合市场需求，开展无人机维修课程教学，不仅有助于提升学生专业技能，更有助于促进整个无人机维修产业的发展。

二、无人机系统特点及无人机维修

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，由飞控、导航、电气、动力及通信等电子部件组成，属于精密器械。因此，任何部件的微小变化都会影响其飞行状态及使用寿命。无人机在日常使用过程中应小心谨慎，且应定期进行维护和检查。

（一）无人机系统特点

1.无人机使用寿命要求高

无人机属于准单次循环系统，因为它在使用过程中无法维修，所以操作者必须保证每次使用前遵守操作规范，排查可能出现的故障，确保飞行安全，以达到长时间使用的要求。

2.无人机的使用领域特殊

无人机在空中执行任务，就必须适应复杂的空间系统。只有可靠的地面维护，才能保证其在空中有效准确地飞行。

3.无人机使用环境严酷

无人机需适应恶劣天气、多变地形、特殊作业等要求，因而對人们操控水平及无人机自动控制技术均提出严格的要求。

（二）无人机维修

无人机维修包括维护和修理两个部分，其中检查、清洁等起飞前规定动作，是为了保持无人机正常运转，即维护;而将出现“炸机”的无人机修复至规定状态，即修理。因此，通常把无人机维修作业划分三类，即保养、预防性维修和修复性维修。

保养，即按使用规范，定期对无人机进行清洁、检查等，保持其固有状态。预防性维修，即按操作规范，定期对无人机动力、图传、数传等进行检测，遵守起飞前准备工作及飞行注意事项的相关规划要求，尽量避免其发生各类故障。修复性维修，即无人机不可避免地发生故障后，通过定位故障、分析问题、更换或维修部件、再装后测试，让其恢复到工作状态。

三、将项目教学法应用于无人机维修课程教学中的必要性

项目教学法是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动，可以整合传统教学资源，打破课程之间、专业之间的壁垒，将不同课程内容组合到一起，将教学活动设计成为学生以小组团队共同解决具体问题的形式，从信息的收集、方案的设计、项目的实施及最终的评价均由学生自主完成，教师进行引导，以有效解决传统学科教学存在的知识和技能的分割等问题。

无人机维修作为无人机应用技术专业的核心课程，涉及零部件更换、结构优化、电路检修、飞控调试等内容，立足机械与电子的基础课程、无人机结构与原理、无人机组装与调试等前序课程，要求学生综合运用所学知识解决具体问题，进行培养学生良好的职业素养。

把项目教学法引入无人机维修课程的教学，首先，要解决维修课程理论知识过于枯燥而实践内容较少且难以开展的现实问题;其次，可通过行业应用分析，寻找具有代表意义的典型项目，为学生创新学习创设良好的学习情景;最终，通过项目教学法让学生达到学以致用的目的。

四、项目教学法在无人机维修课程教学中的具体应用

为了在无人机维修课程教学中有效开展项目教学，笔者前期进行市场调研、走访企业，同时结合日常飞行训练以及总结无人机创新应用技能大赛等相关经验，寻找无人机维修领域典型案例，以无人机结构组成为划分单元，设计层层递进的项目模块，开展无人机维修专业理实一体化课程教学改革。

根据项目教学法实施的基本过程，把教学过程划分为四个阶段：项目主题的形成（创意产生和分析）、项目计划的制订（项目计划和决策）、项目执行、项目结束（评估、反思和总结）。学生在教师指导下，以小组合作来完成具体项目，首先，针对无人机维修中的客户需求进行分析;其次，通过信息收集，提出解决方案;最后，经讨论分析，确定最优方案并实施及评价。现以无人机云台维修中“如何获得更好的航拍视角”的需求为例，介绍项目化教学设计。

（一）项目主题的形成

某位顾客定制一台航拍无人机，采用两轴云台搭载运动相机，在飞行测试中发现桨叶或脚架经常进入运动相机的画面中，严重影响了航拍效果，希望获得更好的航拍视角。

为了获得较好的航拍视角，从以下两个角度分析并解决问题：一是提高相机俯仰及横滚两个运动范围，可以从无人机结构、云台结构及运动相机焦距等方面进行思考。二是运用遥控器的通道设置与微调知识，合理设置云台运动范围，确保在云台有效工作范围内，不会有桨叶或脚架进入相机画面。

（二）项目计划的制订

1.项目计划（信息收集与方案制定）

学生以小组为单位，复习无人机结构、云台结构等知识内容，现场研究客户提供的无人机，集思广益形成各组的方案。

一是从无人机结构角度分析。在满足无人机飞行性能的前提下，通过改变桨叶尺寸和脚架长度，可调节视角范围。

二是从云台结构角度分析。调节云台与电池仓的位置，有以下几种摆放位置：一种是云台前置、电池仓后置，保持平衡;一种是云台悬挂电池仓下方，降低相机高度，提高俯仰视角;还有一种是在保持无人机平衡的前提下，调整云台本身结构，由相机内置改成前置，提高相机视角。

三是从相机焦距角度分析。可以更换运动相机焦距，以调整相机视角大小。

四是云台运动范围限定。运用遥控器的通道设置技术，对云台俯仰和横滚两个通道进行微调，限制其运动范围，以保证在其有效工作范围内无桨叶或脚架进入画面。

2.项目决策（确定执行方案）

学生在教师引导下组织小组讨论，从多个角度提出改進方案，最终形成两套改进方案。

方案一：整体采用云台前置、电池仓后置的组合方式，调整云台本身结构，让相机前置，适当缩短无人机脚架，即在保持无人机整体平衡与稳定的基础上，尽可能让相机位置前移，以获取更好的视角。

方案二：整体采用云台悬挂电池仓下方的组合方式，调整云台本身结构，并缩短脚架，即在保持整体平衡基础上，让相机位置向前下方移动，以获得良好的视角。

（三）项目执行

为了验证两套方案的改进效果，教师规定脚架缩短长度相同，组织学生按方案执行项目。学生在实际改进过程中，学习无人机拆装、结构平衡计算、遥控器微调等知识与技术，最终通过云台有效范围进行综合比较。在横滚范围上，初始值为+24/-20，方案一为+43/-35，方案二为+30/-25，因在方案一中相机更加前置，可获得更大横滚范围;在俯仰范围上，初始值为+26/-20，方案一为+56/-25，方案二为+34/-38，其中方案一获得更大向下倾斜的角度，方案二获得更大向上倾斜的角度，在总的俯仰范围上，方案一比方案二略大。综合两个方案的特点可知，方案一和方案二相比初始无人机云台范围均有了明显扩展。

（四）项目结束（评估、反思、总结）

学生总结方案执行过程与结果，结合无人机航拍特点及需求，综合考虑更倾向于方案一。在整个项目执行过程中，学生经历了分析、思考、设计到实施的完整过程，通过分享项目实施过程中遇到的困难、解决方案等，学生学会项目化思维模式，开展相互点评。教师从项目管理、团队分工协作、项目执行过程等角度，综合评价各组表现。

基于项目教学法的教学改革，更强调学生的自主学习与主动参与。由简单到复杂，从尝试到实践，逐渐调动学生的主动性和积极性，激发学生的学习积极性，让学生成为“主角”;而教师则发挥引导、答疑解惑的作用，重点培养学生的创新能力。

五、小结

项目教学法在无人机维修课程教学中的应用，有效推动了学校无人机应用技术专业的教学改革与创新，不仅打破了理论课程的局限性，克服了知识与技能分割的问题，而且紧贴市场需求，立足典型项目案例，使实践内容更加丰富，有利于充分调动学生的学习积极性，让学生真正想学、会学、学好无人机维修技能。同时培养学生优秀的职业素养，使之成为市场紧缺的高技能无人机维修师。

参考文献：

[1]徐肇杰.任务驱动教学法与项目教学法之比较[J].教育与职业，2008（11）.

[2]徐朔.项目教学法的内涵、教育追求和教学特征[J].职业技术教育，2008（29）.

[3]王雨峰，冯园.3D打印在无人机维修专业教学中的应用[J].职业，2018（33）.

（作者单位：王雨峰，江苏省交通技师学院;冯园，镇江第一外国语学校）