中小學(xué)無人機創(chuàng)客實驗室建設(shè)方案

1、創(chuàng)客實驗室建設(shè)解決方案空中機器人中小學(xué)創(chuàng)客實驗室建設(shè)方案（初稿）河北恒拓電子科技有限公司2017年8月17日一、背景空中機器人又叫無人機，近年來在軍用機器人家族中，無人機是科研活動最活躍、技術(shù)進步最大、研究及采購經(jīng)費投入最多、實戰(zhàn)經(jīng)驗最豐富的領(lǐng)域。近些年來，空中機器人從軍用走向了民用，同時也衍生出了多種多樣的形態(tài)和用途。目前使用最為廣泛的是多旋翼飛行器，多旋翼飛行器以其簡單的結(jié)構(gòu)、超強的機動性、獨特的飛行方式以及軍事和民事領(lǐng)域展現(xiàn)出的巨大應(yīng)用價值，引起了國內(nèi)外學(xué)者以及科研機構(gòu)的廣泛關(guān)注，并迅速成為目前國際上研究的熱點之一，越來越多的人員對其研究以及學(xué)習(xí)。從教育部獲悉，2017年本科院校新增7個

2、無人機相關(guān)專業(yè)，從側(cè)面印證了無人機行業(yè)的前瞻性，無論是現(xiàn)在還是未來無人機智控科技在社會上將掀起一陣新的科技浪潮。國務(wù)院印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃，規(guī)劃提出要在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，推動人工智能領(lǐng)域一級學(xué)科建設(shè)，把高端人才隊伍建設(shè)作為人工智能發(fā)展的重中之重，完善人工智能教育體系等內(nèi)容。2017年義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準提出，為進一步加強小學(xué)科學(xué)教育，從今年秋季開始，小學(xué)科學(xué)課程起始年級調(diào)整為一年級。并且今年國務(wù)院印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃，其中明確指出應(yīng)逐步開展全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國人工智能人才高

3、地。中國STEM教育協(xié)作聯(lián)盟倡導(dǎo)的“以人文引領(lǐng)的學(xué)科融合性教育”是STEAM教育理念的延伸，將給國內(nèi)的中小學(xué)人工智能學(xué)科教育帶來新的探索和嘗試。二、理念和必要性隨著無人機尤其是多旋翼飛行器技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機的用途已經(jīng)深入各行各業(yè)，尤其我國無人機行業(yè)發(fā)展速度很快，對于人才的需求急劇增加，據(jù)估算，我國2018年需要的無人機操作維護人員至少達到20萬人未來甚至更多，為面對未來人才的急劇需求和面對日新月異的科技變化時代，我國對人工智能基礎(chǔ)教育項目的重視越來越大，而國務(wù)院印發(fā)的新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃更是提出了對中小學(xué)人工智能相關(guān)教育的戰(zhàn)略規(guī)劃，為培養(yǎng)未來的人工智能人才，人工智能基礎(chǔ)教育顯得尤為重要，

4、而具體的體現(xiàn)便是空中機器人創(chuàng)客實驗室。本方案根據(jù)中小學(xué)自身的特點，結(jié)合本公司產(chǎn)品情況進行中小學(xué)科普課程設(shè)計，實驗室設(shè)施不僅可以滿足中小學(xué)生對空中機器人有一定系統(tǒng)的認識，掌握一定的基礎(chǔ)理論知識，還能在平時的課程練習(xí)中習(xí)得飛行技能和一定專業(yè)的編程知識。從認識到組裝，從組裝到趣味飛行，從趣味飛行到功能性任務(wù)完成，再到能力的升華，整個過程一氣呵成可謂一舉多得。三、 空中機器人創(chuàng)客教育實驗室建設(shè)目標(biāo) 建設(shè)具有自身特色的空中機器人創(chuàng)客教育實驗室，以此為依托促進學(xué)校的人工智能基礎(chǔ)教育發(fā)展和鍛煉學(xué)生的思維能力以及對人工智能有一定的認識和學(xué)習(xí)。教師可以依托實驗室的硬件以及技術(shù)環(huán)境進行課程設(shè)計和科學(xué)理論的普及，進

5、一步促進學(xué)?？萍贾悄芙逃陌l(fā)展和相關(guān)學(xué)科課程的升華，促進學(xué)校教學(xué)能力的提升，為學(xué)校的教學(xué)發(fā)展增添一抹科技亮色。在憑借恒拓系列開源飛行控制器系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)支持環(huán)境下，搭建軟件、硬件和通信平臺，學(xué)生在實驗教師的指導(dǎo)下，從簡單的入門到最后的飛行小能手、編程小能手，都可以在實驗室中實現(xiàn)。另外，近年來中小學(xué)生競賽數(shù)量、種類越來越多，其中空中機器人的有關(guān)競賽也越來越受廣大中小學(xué)的歡迎，實驗室的建設(shè)可以完善空中機器人競賽隊員培訓(xùn)和選拔體系，不僅能更進一步增加學(xué)校人工智能教育建設(shè)力度還能培養(yǎng)一批高素質(zhì)的教師隊伍。簡單概括創(chuàng)客教育實驗室具備一下幾點優(yōu)勢：1）建立高水平的空中機器人科普教師團隊；2）建立可復(fù)制推廣

6、的空中機器人知識科普課程體系；3）促進學(xué)生對人工智能和空中機器人的認識；4）參加各類相關(guān)競賽并爭取優(yōu)異成績，增強學(xué)校的知名度。5）促進學(xué)?？萍冀逃嚓P(guān)學(xué)科的發(fā)展，增加認可度。四、 實驗室方案方案特點1、 空中機器人是嵌入式、傳感器、單片機、圖像處理等一系列智能技術(shù)的一個具體應(yīng)用，恒拓系列空中機器人是應(yīng)用的先行者，恒拓飛二次開發(fā)平臺具有多種接口。恒拓科技在自己的空中機器人中各處均體現(xiàn)了各種技術(shù)的綜合應(yīng)用，并且在自己的產(chǎn)品中提供了各種二次開發(fā)的功能均可滿足課程設(shè)置和學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。 2、 實驗體系搭建的中小學(xué)人工智能教育教學(xué)需求。無人機創(chuàng)客實驗室首先要滿足中小學(xué)教學(xué)的第一需求，所以平臺不只是簡單的

7、硬件組合，要求所有硬件驅(qū)動暢通的前提下，既能滿足人工智能知識方面的教學(xué)需要，又能滿足學(xué)生在學(xué)習(xí)后能力提升的渴求，恒拓本著服務(wù)于教育，提高學(xué)生品質(zhì)的宗旨，了解中小學(xué)教學(xué)需求，強調(diào)軟硬兼顧，綜合發(fā)展。3、空中機器人是一個多學(xué)科的綜合應(yīng)用體現(xiàn)，也是體現(xiàn)團隊合作能力的一個重要平臺。既有硬件的基礎(chǔ)也要有軟件的配合，相輔相成，缺一不可。打造具有自身學(xué)校特色的教師團隊和學(xué)生團隊，既解決了學(xué)校人工智能相關(guān)學(xué)科科技教育的需要，也為未來學(xué)生的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。一、 實驗室的區(qū)域及功能1） 自主設(shè)計區(qū)提供所有的零部件，同時配備3D打印機，學(xué)生可以動手將所有部件按照實驗指導(dǎo)書組裝成一架完整的無人機，也可以自行設(shè)計

8、部分外觀和結(jié)構(gòu)，通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)。通過組裝讓學(xué)生熟悉無人機結(jié)構(gòu)與原理，了解相關(guān)組成部件。2） 組裝與調(diào)試區(qū)將組裝好的飛機進行參數(shù)設(shè)置和校準，按照手冊對機架、電池、螺旋槳、電機、電調(diào)、飛行控制器以及遙控器等進行維護，提高學(xué)生對飛機的進一步認識和對自身能力的提升。當(dāng)飛行器出現(xiàn)鼓掌無法正常工作時，學(xué)生借助相關(guān)測試儀器和平臺提供的相關(guān)手冊，快速判斷出故障位置并進行響應(yīng)修理，突出鍛煉學(xué)生的動手和以及邏輯思維的能力，形成自己發(fā)現(xiàn)問題，自己解決問題的工作態(tài)度。3）測試飛行區(qū)對設(shè)計好的空中機器人，進行試飛和飛行調(diào)試，觀察姿態(tài)和相關(guān)飛行參數(shù)，從而優(yōu)化飛行性能。4) 能力提升區(qū)通過實驗室提供的開源飛行控制器系統(tǒng)和其他解決方案，恒拓提供了相配套的課程和任務(wù)，學(xué)生可以針對課程任務(wù)進行二次開發(fā)，利用自己學(xué)到的編程基礎(chǔ)知識相互配合，團結(jié)合作，達到一定的任務(wù)目的，提高自己對編程和人工智能之間具象的認識，同時也可以在此區(qū)域為競賽進行功能設(shè)計，提高學(xué)生的思維邏輯能力。二、實驗室的軟