刘城豪

摘 要：无人机竞速教育具有符合STEAM教育理念的跨学科性、趣味性、体验性、情境性、协作性等特点，成为青少年科技教育项目，并进入中小学综合实践、通用技术等课程。探究无人机竞速教育在STEAM理念指导下与科学、技术、工程、艺术和数学等学科进行深度融合。

关键词：无人机;竞速;教育;STEAM;融合

一、STEAM教育理念与无人机竞速教育

“STEAM教育由美国弗吉尼亚科技大学学者Yakman在研究综合教育时提出，即加强美国K12关于科学、技术、工程、艺术与数学教育。”[1]STEAM是科学、技术、工程、艺术和数学等学科的简称，这几门学科内容融合形成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能力。在实践STEAM理念的教学中，要有一项符合STEAM理念的具体的教育项目作为载体。

近年来，得益于多旋翼无人机、图像传输、锂电池等技术的发展，世界航模界兴起了一种“无人机竞速”的遥控类航模竞技运动。它带来空中极速的视觉刺激和无与伦比的操控体验，吸引了越来越多的青少年加入这项运动中来。它具有趣味性、体验性、情境性等特性，场地要求小，设备开放。无人机竞速教育已被越来越多的中小学纳入综合实践、通用技术等课程，逐渐成为推广STEAM教育理念可选择的有现实意义的新载体。

二、什么是无人机竞速教育项目

无人机竞速使用的是四旋翼无人机，它舍去定高、巡航等功能，区别于航拍、表演等无人机。机身安装了摄像头和图像传输系统，能实时地将图像传输到头戴式视频眼镜或屏幕上。无人机竞速运动员（也称飞手）通过观看第一視觉的实时图像并操作遥控器，控制无人机穿越障碍进行竞速，也称FPV无人机竞速。它是基于传统航模和电子竞技的一种新型运动项目。无人机竞速有学科融合的特点，突出动手和思维的能力，符合现代科技教育需求，能促进学生的全面发展。《教育信息化“十三五”规划》的通知中提到跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育形式能够促进学生的全面发展，学校应大力推崇。[2]

三、无人机竞速教育与各学科的融合

（一）无人机竞速教育与数学学科的融合

飞行控制系统，简称飞控。一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。多旋翼无人机通过控制电机的转速来控制无人机的姿态和实现不同动作。无人机自身状态依靠机载传感器获得，飞手的实时操作通过接收机传递到机载计算机（也就是飞控）。飞控根据一定的数学算法或模型识别无人机的状态和驾驶员的操作信号，并搭起它们之间沟通的桥梁。应用在飞控的数学学科知识有很多，如坐标系、微分方程、卡尔漫滤波算法等知识。在制作训练用的正六边形拱门过程中，要根据已知正六边形的高求出它的边长。可分解六边形，根据“勾股定理”、解方程、平方根表求出结果。

（二）无人机竞速教育与工程制作的融合

无人机的组装要求学生深入了解无人机的结构、零件和飞控，是一项电子制作的系统工程。组装者不仅要对飞控、电调、电机、机架、桨叶、电池等进行选择，而且要熟练掌握焊接、拼装、参数的设置等。在训练期间学生会经常遇到更换零件、维护机架、焊接线路等工程制作的操作。学生会使用到的工具有台钳、电烙铁、螺丝笔、刀等。需要掌握的技巧有上锡、焊盘、卸焊、布线、组装等。还可以制作教学辅助材料。掌握这些小技巧需要多练习，很有趣味性和体验感。

（三）无人机竞速教育与艺术学科的融合

无人机竞速使用的设备很多都可以进行创新设计，如无人机外观、机架、搭件、图标、概念无人机等。利用三维创意软件进行设计，3D打印技术实现制作，获得自己设计的塑料构件。利用三维创意软件设计机架，交给专业人员进行激光切割，获得自己设计的碳纤维机架。利用绘图软件，绘制出自己构思的图标和未来概念无人机。无人机竞速与仿真游戏设计的结合，可以让玩家足不出户就能体验到无人机竞速的乐趣。

（四）无人机竞速教育与科学、技术的融合

“STEM素养包含科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，同时又不是四者的简单组合：它包含运用这四门学科的相关能力、把学习到的零碎知识与机械过程转变成探究真实世界相互联系的不同侧面的综合能力。”[3]无人机竞速的出现和发展，是以科学理论为基础，以技术进步为促进的。目前，锂电池制作工艺、无线电图像传输、高清信号转播等成为无人机竞速发展的瓶颈。这些技术难题既是无人机竞速发展中亟待逾越的一座高山，更是促进技术和教育进步的一块垫脚石。

四、结语

在无人机竞速教育的实践过程中要注意不能陷入过度重视趣味性的误区，避免出现泡沫化的苗头，始终以教育为目标，开发校本课程，形成有效评价机制和优化机制，将基础学科知识融入教学中去。

参考文献：

[1]蒋宗礼.科学构建课程体系 提高专业教育水平[J].中国大学教学，2012（3）：8-11.

[2]王巍，袁磊.幼小衔接阶段基于项目的STEAM课程教学模式研究[J].现代远程教育，2018（3）：51-58.

[3]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015，21（4）：13-22.

注：本文系2019年广东教育学会教育科研规划小课题《STEM理念下的无人机竞速教育项目教学实践研究》的研究成果。

编辑 赵飞飞