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基于无人机编程教学STEM教育项目学校本土化的实践与思考

发表时间：2021/5/28 来源：《基础教育课程》2021年5月作者：洪明

[导读] STEM是指科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics），STEM教育在上世纪90年代起源于美国宇航局人才培养问题，逐渐在美国大学内推广，目前已扩展到全世界包括中小学在内的整个教育领域系统。

江苏省锡东高级中学江苏省无锡市洪明 214000

        STEM是指科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics），STEM教育在上世纪90年代起源于美国宇航局人才培养问题，逐渐在美国大学内推广，目前已扩展到全世界包括中小学在内的整个教育领域系统。
        STEM教育是一种多学科融合的教学模式，它不仅涉及于理工科方面，现在已拓展到人文、社会、艺术（STEMA）等更复杂形式。
        STEM教育目前已经成为众多国家提升自身综合国力的重要战略，毫无置疑是未来全球经济繁荣繁荣关键，成为各国政府和教育决策者的高度优先考虑。
        我校是省科学教育特色学校，自2013年学校整合后学校特别重视科学教育和科技普活动。2015年是省STEM教育项目试点首批学校；2017年为无锡市STEM教育科普中心；2019-2020
        连续二年为全国人工教智能活动特色单位；大成科院STEM教育创客实验室于2019年成为省青少年科学特色工作室和省科技创新基地。
        大成科院STEM教育创客实验室包含了创意电子校本课程、航模（航空、航海、车辆和无线电测向）运动、机器人和人工智能等多个社团，组织学生学习图形和代码编程、创客、机器学习及人工智能体验等多个内容实践活动。其中以无人车、无人机等机械装置为载体，进行编程学习和实践，让学生学习和掌握编程知识，从而为将来升入高一级学校学习或从事关职业打下基础。
        无人机，顾名思义就是无人驾驶的飞行器，也是属于机器人的一种，即空中机器人。为适应社会的发展，学校开设了人工智能体验活动，接受人工智能教育。无人机作为一种理想的智能机器人的学习载体，它不仅涵盖一般机器人领域的机械、通信、电子、控制、设计、计算机等知识，还涉及了空气动力学、流体力学及飞行控制等知识和技能，通过学生动手实践和操控，充分体现了STEM（科学、技术、工程和数学）思想和教育理念。通过无人机学习和活动，学生不仅能体会设计与搭建、组装机械结构、编写与调试控制程序知识爱国和操控飞行器乐趣圆自己飞行梦，还能更能接受爱国主义、军事等方面的教育。
        无人机编程飞行，是在普通无人机基础上发展起来的，它能够完成普通无人机无法完成的任务，也是代表了真正无人机的功能。编程是我校创意电子校本课程中学习的一个内容，中间爱好飞行的课程成员组建了人工智能—无人机编程飞行社团，系统学习无人机飞行、编程基础知识和实践活动，参加各项无人机编程比赛和活动。
        无人机编程飞行社团实践活动是通过学习基础知识进行编程，让无人机按程序飞行。无人机分为科技公司制造的现存无人机和学生利用零件自己组装，现在活动仅是利用前者。目前编程无人机都为自主开发和具有自主知识产权的国内著名科技公司生产的，如大疆、创客火、思创优学等品牌。

                 编程包括代码和图形编程，大部分同学上手的是图形编程。图形编程大多基于Scratch3.0开放程序进行二次开发的，所以社团同学都是以创意电子校本课程成员，他们都学过Scratch3.0图形编程内容，学习无人机图形编程非常完全容易，也易于创作和创新。
        无人机编程分类成单体编程无人机和编队编程无人机。
        单体编程无人机是指只能单个控制的编程无人机，即程序只能操控单个无人机完成各种动作或任务。社团最早接触的是创客火（Makerfire）GhostⅡ和思创优学C语言编程无人机。
首先是要下载编程软件或APP（手机是用APP软件）。编程无人机上都内置了WIFI芯片，先开无人机电源，然后在笔记本电脑右下网络（或手机的设置—WLAN）中找到无人机的WIFI
名称，保持连通。启动载编程软件或APP，进入界面拖入积木程序。

         编队无人机是指能够通过程序控制的序号相同的无人机群，即程序可以对多个无人机实现同时操控统一指挥，将无人机与控制系统进行数据对接，完成一些复杂的飞行表演和任务。编队无人机可以在室外或室内，可以用GPS定位等控制。我们采用在室内，通过路由器建立的局域网将多台无人机与APP连接起来，通过无人机摄像头识别二维码来来完成如舞步动作。编队无人机除了需要无人机编程、控制、通信等基本知识外，还需要中音乐、舞蹈等编排技能。
        无人机编队由多架无人机通过编程协同运动，融合了无人机与音乐、军事、物理、定位、表演等诸多教育元素，能充分体现了STEM教育，又能切合当前人工智能—编程教育。
从一机二机到多机编程，循序渐进学习编队编程。
                  以无人机为载体，从单机到多机编队，满足学生以循序渐进的方式学习编程，深入培养学生们的逻辑思维、创新能力以及解决问题的能力。涉及众多跨学科知识，以航空知识为主旨，覆盖了语文、数学、物理、历史、音乐、编程等知识，学生将在这里学到创造性思维和系统化推理方法的同时，还能培养学生各学科间的综合能力。