新工科背景下无人机植保技术课程教学改革

高 雪，叶柏松

（常州工业职业技术学院智能控制学院，江苏 常州 213164）

0 引言

目前，无人机市场发展迅速，无人机在农业领域可完成灾害评估、航拍航测、农业植保、农业播种施肥和农田信息监测等多种任务。植保无人机能够实现智能分析、助力决策、变量喷洒和变量播撒。其本身是一种高效、安全、精准的农业机械，相对于传统的人工作业在一定程度上是生产技术的革命，新兴的植保无人机作业飞行速度快、喷洒作业效率高、应对突发灾害能力强。无人机农作物植保作为行业应用的重要方向之一，其人才需求缺口巨大，培养合格的植保技术人才，满足行业发展需求成为关键。

1 课程分析

1.1 课程概述

无人机植保技术课程是无人机应用技术专业的综合应用型课程，根据《植保无人飞机应用职业技能等级标准》1+X 标准及行业规范，参照教育部颁布的无人机应用技术专业教学标准及课程标准，以工程项目为引领，逐步培养学生工程应用的概念[1-3]。

在深入开展企业调研的基础上，本课程围绕植保无人机规范作业的技能要求，培养学生的职业能力、职业素养和工匠精神。大力推动植保无人机的宣传、普及和落地应用，特别是应对广大农业集中地区加大对植保无人机的应用、适应农业现代化发展的趋势，课程教学分别以市场占有率较高的大疆植保无人机和极飞植保无人机两种机型作为教学载体[4-6]。

1.2 教学基本设计

采用层层递进的教学过程，如图1 所示，从模块一“入行阶段−农田类植保”递进到模块二“提高阶段−果树类植保”，再到“综合素质提高与创业意识培养−案例分享和创业经验”的体系结构，从实际岗位工作要求出发，实现专业知识与职业素养融合。

图1 层层递进式教学过程Fig.1 Progressive teaching process

通过本课程的学习，熟悉典型农作物的生长周期、病虫草害的相关知识。能根据作业区块的温度、湿度、能见度、风向和风速等气象信息设置正确的作业参数，制定作业方案和应急处置预案；能操纵植保无人机在视距内和超视距场景下进行植保作业；能判断作业中出现的常见故障，并进行维修；学会如何承接飞防订单与任务分配，培养学生自主创业的意识和能力。

1.3 学情分析

1.3.1 知识和技能基础

本课程开设在第4 学期，学生已经学习了电工技术基础、模拟电子技术、数字电子技术、植保无人机的结构与原理和单片机C 语言程序设计等专业课程，初步具备了将所学的电工电子、机械、传感和控制等相关专业知识综合运用于植保无人机的飞行操控和设备装调的能力。

1.3.2 认知实践能力

在学习本课程之前，学生已经在前导课程植保无人机的组装与调试、植保无人机飞行技能实训等课程中学习了相关的实操技能，如图2 所示。为全面做好学情分析，有效完成教学设计，进行学前摸底测试，大部分学生掌握植保无人机的动力系统、飞控系统、地面站方面的基础知识。通过巩固强化，应该能够完成植保无人机的操作、排故与维护。

图2 学情分析Fig.2 Study situation analysis

1.4 思政融入

为实现能力和素质培养双轮驱动，需要健全专业教育与职业素养相融合的培养体系。专业课教师自身专业素养是开展课程思政的基础，身教胜过言传。

整个教学设计将航空“6S”素养的养成作为着力点，将实训过程的劳动教育作为强化点，将植保无人机的应用作为落脚点。

利用国产植保无人机的应用视频，增强学生的民族自豪感，引导学生关注科技发展，激发学生学习新知识和新技能的欲望；利用植保无人机作业中操作不当造成的事故视频，增加学生对于工作岗位的安全责任意识，培养工匠精神。引导学生关注民生，教育学生学好专业本领，服务社会。

2 教学策略

根据教学内容与目标、学情分析、课程资源和教学重难点，课程采用“4433”教学策略：以学生团队小组为主体，以面向岗位的核心能力为中心，以实际植保任务为载体，实施不同小组各成员扮演不同的岗位角色，选择不同设备对接工作任务、实现难易要求不同的作业模式（“4 不同”）；实现理论探究与项目实践相结合、问题引导与情景启发相结合、个人主导与团队协作相结合、示范带动与个性发展相结合教学实践（“4 结合”）；运用资源库平台、在线开放课程、问卷星平台（“3 平台”），实现看得懂（明确工作任务），学得会（会规划、会作业、会维修），做得精的目标（“3 目标”）[7-10]。运用翻转课堂、在线课程等线上线下结合式信息化手段，做中学、学中做，有效突破重难点，提升教学成效。教学策略如图3 所示。

图3 “4433”教学策略Fig.3 "4433" teaching strategy

3 课堂教学实施

根据教学内容、目标、对象和重难点的分析，不同任务、不同课堂形式采取不同教学方式和教学活动，并将思政教育融入到课堂教学中，以实现高素质、高技能人才的培养目标。通过资源库平台提供丰富可扩充的教学资源，学生自主选择、重组、学习，以课前测试、调研、投票等多种形式完成学情分析，从而采取相应教学方法解决教学重难点；课中通过情境引导，以示教、实操、指导和参观等教学手段，通过小组汇报、学习示范、角色转换等教学活动完成教学内容；课后通过大数据监控平台的信息查看，教师进行教学过程分析，进而针对性调整教学环节，学生进行学习过程反思，将修改完善的作品上传资源库平台，以工匠精神争做示范卓越人才，提升教学效果。基于在线开发课程的混合式教学模式如图4 所示。

图4 基于在线课程的混合式教学模式Fig.4 Blended teaching mode based on online courses

4 特色创新

4.1 “1 核心、3 阶段”课程教学改革

以各种形式田块作业的工作全过程为主线、校企共育为引领、岗位对接为目标，设计“1 核心、3 阶段”课程教学改革。“入行阶段+提升阶段+创业阶段”3 个阶段，以核心岗位能力为引领，结合行业标准及《植保无人飞机应用职业技能等级标准》1+X 证书标准，将项目分解为实现“知原则、会操作，懂规范、强管理，精作业、能调试”能力的子工作任务。由师德先进个人及企业工程师组成的双师型教学团队，利用团队个人优势分工，企业工程师提升技能，共建优质课堂。“1 核心、3 阶段”的课程教学模式，如图5 所示。

图5 “1 核心和3 阶段”教学模式Fig.5 "One core and three stages" teaching mode

4.2 创新教学模式

创新工程应用型实训课程的教学模式，采用“3 不同、3 结合”教学方法，如图6 所示，实现分层化、个性化教学。根据不同品牌的植保无人机，合理选择产品型号，激发学生探究选用机型的考量要素；根据不同的项目和不同地块，选用不同的作业模式和药剂；小组成员承担项目团队中飞手、观察员、地勤人员等不同角色，提高团队协作能力，角色轮换，掌握不同岗位职责和技能。

图6 “3 不同、3 结合”教学方法Fig.6 "Three different and three combined" teaching method

4.3 课堂形式创新

学生走出课堂，进入农田实地作业，在企业工程师的带领下，了解农药的基本知识及常见的病虫草害，学习飞防植保的规范流程及植保无人机的维护和保养，并分组在小麦田和樱花园使用大疆植保无人机和极飞植保无人机进行手动作业和全自主作业的实战演练。

4.4 培养创业思维

企业导师分享作业案例，介绍公司运营模式，讲授如何承接飞防订单及如何进行人员分配等实战经验，为毕业后有创业意愿的同学传授经验。

5 教学反思

5.1 增加真实场景训练

在实际的教学作业过程中，遇到前方障碍物、塑料膜卷住桨叶、下雨等突发情况时，由于学生的飞行经验不足，判断失误和处理不够冷静和果断，导致植保无人机碰撞到障碍物，出现损坏需要维修的情况。但是在实际的植保作业中，进行植保作业往往是高强度的短期作业，机器一旦出现问题，就很可能错过打药期，损失严重。改进的方法是尽可能增加真实场景训练的机会，练就扎实的操作技能。

5.2 提升职业技能覆盖

积极关注《植保无人飞机应用职业技能等级标准》“1+X”证书制度工作的推进情况，逐步扩大职业技能等级证书中涉及的基本知识、职业素养、技能要求等在教学中的覆盖程度，继续以“1+X”证书制度试点工作为抓手，进一步深化人才培养方案改革，构建基于“岗课赛证、课证融通”的课程体系，推进“三教改革”，切实做好高素质技术技能人才的培养工作。

5.3 利用增强现实技术

随着5G 技术的普及、人工智能的推广，在未来的课程改革中，拟利用增强技术将虚拟场景与真实场景深度融合，利用视频捕捉系统全程录制学生表现，及时反馈和分析问题，提高教学质量。

6 结束语

无人机植保技术课程大力推动无人机的宣传、普及和落地应用。基于植保技术人员的岗位技能标准，学校、行业、企业联合定制人才培养计划，在课程、师资、实践方面引入外部资源，打通教学平台，以工作过程为导向，实现“专业基础能力培养、专业核心能力强化、专业综合能力提升”的3 段式能力递进，达到培养符合市场和行业发展需求的高素质人才的最终目标。