無人機創(chuàng)客實驗室方案

無人機創(chuàng)新實驗室

建設方案

上海聞曦信息科技有限公司

目錄

一、前言

(一)創(chuàng)客背景

MDOAIKTWEITRHS

創(chuàng)客一詞來源于英文單詞"Maker"，指的是將自己的創(chuàng)新想法變?yōu)閷嶋H產

品的一群人。他們勇于創(chuàng)新、自己動手、主動學習的精神正是學生所需要的。近

些年創(chuàng)客教育在我國興起，目標是在非正式學習中激發(fā)學生的主動學習性。為學

生提供更多的機會發(fā)展信心、創(chuàng)造力，憑借他們對科學、技術、工程、數(shù)學、藝

術的興趣進行發(fā)明創(chuàng)造。

(-)發(fā)展現(xiàn)狀

在2015年3月11日，國務院印發(fā)《關于發(fā)展眾創(chuàng)空間推進大眾創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的

指導意見》之后，各地政府對創(chuàng)客教育均發(fā)布推進性意見，各類院校建設了眾多

創(chuàng)客空間，機器人創(chuàng)客、3D打印創(chuàng)客等等創(chuàng)客空間層出不窮，可見創(chuàng)客教育在

我國發(fā)展之快。

（三）存在問題

優(yōu)點不足

目前，全美已有MIT、哈佛大學、斯坦福大學等在內的近百所高校開設了創(chuàng)

客空間，不限年級、不限學科，面向所有學生開放。2011到2014年，創(chuàng)客教育

在我國悄然興起，并在大踏步的摸索前進，北京、上海、深圳等城市是國內創(chuàng)客

教育的領跑者。2015年以后，通過建設創(chuàng)客空間、舉辦創(chuàng)客大賽、文化節(jié)、成

立創(chuàng)客俱樂部、召開創(chuàng)客教育研討會等多種方式，大大推動了國內創(chuàng)客教育的快

速發(fā)展。創(chuàng)客空間飛速發(fā)展也衍生出如下一些問題。

1、工具單一

耽IW,BS片婢M百科如

BaiW圖片創(chuàng)客套件百度一下

目前市面的創(chuàng)客套件大多以電子模塊、積木搭建為主，提及創(chuàng)客大多數(shù)師生

會第一時間想到陸地創(chuàng)客套件、機器人小車等等。過于單一的創(chuàng)客套件很大程度

限制了學生創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

2、銜接度低

中學［?

創(chuàng)客教育意在將自己的想法變?yōu)楝F(xiàn)實，從單獨制作和集體活動中發(fā)揮自己

的特長并發(fā)現(xiàn)自己擅長的"領域"，以便為后續(xù)的學業(yè)職業(yè)規(guī)劃起到一定的參考

作用，但目前的創(chuàng)客活動以興趣類手工制作為主，與將來的高（?。┙虄热葶暯?/p>

度不夠。

3、體系不強

當前創(chuàng)客教育的課程過于零散，大多包括：手工制作、電子積木搭建、3D

打印、機床制作、激光切割、制作等，但課程間關聯(lián)性及銜接度不夠。松散的課

程體系不利于創(chuàng)客教育的延續(xù)且很難培養(yǎng)學生良好的知識結構。

二、建設意義

(-)動手實操能力

學生親手拆解、組裝機械零件、聯(lián)通導線、安裝部件等活動鍛煉學生的手指

靈活性，刺激大腦的發(fā)展?？梢詾榕囵B(yǎng)未來的能工巧匠打下基礎。此外無人機需

要編寫控制代碼，分析解決實際中的問題，這能培養(yǎng)學生計算機操作能力。同時

學生能夠掌握更多的知識、方法，逐漸的培養(yǎng)對科學技術的興趣。

(-)方案解決能力

無人機綜合了信息技術、各種傳感器、機械、電子、控制等多個學科知識。

拼接一臺無人機對學生來說是個巨大的挑戰(zhàn)，學生通過查閱各種無人機知識、克

服組裝無人機中的各種問題。這將能有效的培養(yǎng)學生克服問題，越挫越勇的能力。

（三）團隊協(xié)作能力

目前多種集成計算機語言、通信、網絡、傳感技術、自動化技術、人工智能

一體的無人機出現(xiàn)，需要學生之間通力配合才能解決問題，如何發(fā)揮團隊作用、

如何體現(xiàn)個體價值，能充分的在無人機創(chuàng)新中體現(xiàn)。

（四）創(chuàng)新智造能力

無人機創(chuàng)新活動，學生提供了全面接觸、學習信息科技，理解信息科技內

涵的智能化學習平臺，有利于中小學生信息素養(yǎng)、想象力、創(chuàng)造力的全面提高。

無人機完全靠學生運用自己的聰明才智去制作，有利于培養(yǎng)學生的開放性思維。

（五）綜合發(fā)展平臺

內容的知識程度能夠作為知識體系的圓心

（六）純天然吸引力

三、設計思路

創(chuàng)新實驗室的建設是國家人才發(fā)展戰(zhàn)略的需要，課程改革發(fā)展的需要，對

形成學校鮮明特色的課程和活動具有突出的意義，所以必須注重將現(xiàn)代技術、裝

備、課程資源三者深度融合，它對實踐選擇性教育起到了重要作用。

無人機涉及氣動、結構、導航、控制、可靠性等多門學科，它是一個高度學

科融合的典型代表，將無人機創(chuàng)新實驗室作為航空項目之一，從航空模型課程，

逐步發(fā)展至無人機空中課堂、無人機信息化教學、無人機Maker等模塊，完備

的課程體系，更有利于實現(xiàn)學生的全面有個性發(fā)展。

(-)設計宗旨

以現(xiàn)代技術、裝備、課程為三大栗素，搭建虛實融合的創(chuàng)客空間環(huán)境，建設

個性化、常態(tài)化的無人機課程體系，營造科技創(chuàng)新的校園氛圍，培養(yǎng)各層次的校

園創(chuàng)客，以創(chuàng)新帶動學習，從而挖掘在校學生的內在潛力，提高他們的綜合素養(yǎng)，

培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐動手能力，展示學生特長，促進學生的全面發(fā)展。

(二)核心策略

由淺入深”、“由內而外"、“由小至大”、“由點蓋面”

1.基礎課程

課程設計以“無縫銜接+啟發(fā)引導”作為指導思路并分為基礎目標和高級目

標?；A目標是通過學習無人機基礎創(chuàng)客課程，在動手搭建、工具使用、編程語

言學習等方面打下一定的基礎，為將來的大學相關課程學習起到一定的鋪墊作用。

高級目標是通過相關課程學習及活動參與，讓學生們對將來的高校專業(yè)有所了解

并在報考以及填報志愿時起到一定的幫助和引導作用，降低大學畢業(yè)后所從事工

作與本專業(yè)偏差較大的比例。

2.各類大賽

Qg際創(chuàng)客

大賽

'省級創(chuàng)客

大賽

。市區(qū)級創(chuàng)

客大賽

通過無人機課程學習和訓練，學生們可以參加各類相關創(chuàng)客大賽。創(chuàng)客大賽

取得優(yōu)異成績對學校及自身團隊是一種激勵，對部分高等院校的自主招生也將有

很大的幫助作用。部分賽項高校與中學同場競技，增加中學與高校學長的交流學

習的機會，對中學生提升和開闊眼界都有較強的幫助。

3.聯(lián)合開發(fā)

中學生參與大學生相關項目(如：中美大學生創(chuàng)客大賽)工作中，由大學

生交由中學生一些能力范圍內的任務和工作。在完成相關任務和工作的過程中，

中學生學習相關知識同時與相關高校的學長建立良好的交流，形成多幫多的互助

對，鍛煉中小、學生的綜合能力，也可適當減輕中學、高校教師的教學壓力。

四、建設目標

(―)基礎目標

1.知識方面

使學生了解無人機這個學術前沿領域的發(fā)展和應用狀況，了解無人機的概念

和工作原理，提高對無人機的認識，為進一步學習無人機的有關知識打下基礎。

2.能力方面

使學生了解無人機的各種傳感器、控制系統(tǒng)及動力裝置的作用。理解體會程

序是無人機的靈魂，了解無人機是怎樣在程序的自動控制或者人的指揮下工作的。

使學生學習一種和無人機自動控制相關的計算機編程語言，通過對無人機自

動控制算法的了解來訓練科學而高效的思維方式，提高邏輯思維能力、規(guī)劃能力，

提高學生分析問題和解決問題的能力。

通過模擬及實戰(zhàn)項目的完成，在組裝與操控無人機的過程中培養(yǎng)學生的動手

能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力。

3.情感方面

通過介紹高科技領域學科發(fā)展前沿和我國空中機器的先進技術培養(yǎng)學生的

愛國主義精神、科學精神、頑強拼搏精神，激勵中學生確立正確的世界觀、人生

觀和價值觀。

培養(yǎng)對人工智能技術的興趣，真正認識到無人機對社會進步與經濟發(fā)展的作

用，積極參加無人機設計比賽、無人機競技比賽等各種課外活動。在競賽活動中

培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、團隊意識和競爭意識。

(―)提高目標

為了更好地創(chuàng)造學校獨有的品牌效應，必須經歷市、省、國、世界等等級的

各類比賽，以獲得更好地品牌名聲。通過前期的學習，積累一定知識后，參加各

類競賽，提升動手能力與解決問題的能力。發(fā)揮自己的聰敏才智，取得好成績。

1.無人機外觀設計大賽

不怕做不出來，就怕想不出來。調動你的藝術細胞，DIY一款屬于你的無人

機吧!

2.無人機競速賽

考察無人機的操作技能，看你是否已經與你的無人機融為一體“人機合一”

To

3.空中機器人大賽

通過前期的學習，最終的測試來了。拓展更多功能的無人機，深入研發(fā)無人

機。

五、設計方案

(-)創(chuàng)新實驗室布局

根據實際課程內容與授課方式，將實驗室整體分為兩個區(qū)塊，分別是實踐區(qū)和實

操區(qū)。大致分配比例為2:1o

1.實踐區(qū)：占百分之70

包含：師生互動區(qū)（授課），動手操作區(qū)（制作區(qū)），展示儲存區(qū)

1）啟智——教學互動區(qū)

啟發(fā)天賦、智造未來

以分組討論式而設計，搭配大屏幕授課及桌面調試、動手組裝。打造團隊協(xié)作、

組織能力與自主思考的學習氛圍。用于完成基礎知識教學，主要包括編程、硬件、

結構、工具等，提供多旋翼、固定翼、無人直升機等實體，模型與DIY部件等

無人機模塊，及客機、戰(zhàn)機、飛艇等模型，同時配有無人機飛行模擬器（區(qū)），

利用模擬飛行軟件，包含數(shù)百種航空飛行器的模擬飛行訓練，搭配三個大屏顯示

器與仿真飛機駕駛艙機長座椅，有效地真實模擬航天飛行器的練習，興趣導入，

提供沉浸式學習環(huán)境，讓學生具備基礎的知識與技能，通過基礎知識的學習后，

學生要具備完成設計、制作、操控自己的無人機的能力。

無人機教學與裝配：提供無人機所有零部件，學生可以動手將所有部件按照實驗

指導書組裝成一架完整的無人機，通過組裝讓學生了解并熟悉無人機的硬件構造。

2）求索——動手操作區(qū)

求知若渴、索涂求道

專業(yè)設備與空間設計，緊鄰師生互動區(qū)，確保動手組裝流程順暢與及時。學生就

是在這里將想法變成現(xiàn)實，將創(chuàng)意轉化為作品，提供制作作品所需要的各類材料,

以及對材料進行加工的工具，完成無人機的創(chuàng)造，可延展與3d打印機等桌面操

作工具融合應用。

無人機調試與維護：設備調試與維護為了讓學生從零件到整機再到飛行整個過程

中系統(tǒng)性的學習，通過軟硬件調試，讓學生更深入的了解無人機，維護是為了更

好的保持設備精度，讓飛行更穩(wěn)定。維護不僅提高的是學生的動手解決問題能力，

更能通過學習讓學生深入了解無人機的原理，進一步提升學生的自身技能。

ElMissionPlanner1.3.28build1.1,5624.13992ArduCopterV3.2.1C36b405fb)1

飛首行數(shù)據飛破行計劃令初始設盤終湍幫助

飛行模式1命令Iffl_單位

1

地理圍欄ACRO_BAL_PITCH

ACRO_BAL_ROLL

基本調爹

Q:Disable(

ACRO_EXPO0.3

擴展調參05Vefyh

標準參數(shù)ACRO_RP_P'S110

逼建箜楚ACRO_TRAINER____1__________0:Disable(

全部參數(shù)表ACRO_YAW_P110

無人機檢查與維修：故障檢測是學生學習必不可少的一項環(huán)節(jié)，當飛機出現(xiàn)無法

正常工作的狀況時，借助測試儀器，讓學生快速查出故障點，從而判斷問題的所

大則容之、愛則享之

以交流為目的，環(huán)繞式設計，保證足夠的儲存空間與立體浸入式展示效果。用于

展示學生作品，配有展示臺和展示柜，展示柜主要陳列數(shù)量眾多的小作品和需要

適當保護的作品，展示臺陳列作品適合與觀眾互動，展示區(qū)也陳列一些外來作品

（經典展品），用于開擴學生眼界，啟發(fā)學生創(chuàng)新靈感，學生可以在此功能室展

示自己的作品，并分享、講解各自的作品。

2.樂享—實操分享區(qū)占百分之30

樂在其中、享于其真

包含：競賽區(qū)，觀賽區(qū)，分享討論區(qū)

可靈活使用的空間設計,可收納的競賽區(qū)與分享討論區(qū)，充分體現(xiàn)空間復合利用。

一方面，可用于室內飛行比賽活動的組織，內設穿越環(huán)、立體布局、保護網以及

操作區(qū)，可將區(qū)域切分為幾個不同大小的獨立飛行練習區(qū)，供同時起飛不同數(shù)量

的無人機使用，另一方面也可合并為一整的空間，用于項目組成員成立、項目組

討論、問題求助、經驗成果分享等各種信息資源交流討論，如召集小組成員、完

善作品創(chuàng)意設計、確定開源硬件選型、小組分工等事項，同時小組也可在該區(qū)尋

求幫助、分享經驗等。

無人機模擬與操控：學生可以通過前期虛擬飛行，練習技術，而后在無人機飛行批注[A1]:是否聽課與飛行真機在同一個教室？剛才的

圖片分區(qū)是在同一個教室內，此處說要去專業(yè)飛行場地

專業(yè)場地內飛行，也可以通過E350練習無人機航拍等等。

（―）創(chuàng)新實驗室課程

1.課程亮點

1）綜合性強

無人機所結合的知識面，是可以看作大知識體系的中心，所具備的延展性要

比許多其他類型的科創(chuàng)更為全面，作為中心出發(fā)點

2）適用面廣

小學高年級到中學、高中，均可以使用這套產品開展科創(chuàng)教育課程。

3）課程靈活

可按照不同年齡階段學生的課程需要，設計相應課程，并可在以后的教學實

踐過程中不斷完善。

4）發(fā)展明確

無人機創(chuàng)新實驗室的目的是通過科創(chuàng)實踐活動培養(yǎng)學生們的創(chuàng)造力、想象力、

團隊合作精神和領導力。結合STEAM的教育理念，整合各種課程知識，在

各種基于真實工作的項目中，培養(yǎng)和鍛煉孩子們的能力。讓學生在教學活動

中能了解未來工業(yè)革命的發(fā)展方向，熟悉未來社會的新型生產方式。為他們

將來更好地融入中國制造2025描繪的時代打下良好的基礎。該課程設計以訓

練學生實踐和動手操作入手，激發(fā)學生對機械原理與信息電子控制技術的興

趣，在動手做中培養(yǎng)學生的動手操作能力，創(chuàng)新思維能力。

2.課程體系與設計

第一學期必修

無人機入門

帶領學生認識無人機，了解無人機操作方式，掌握初級飛行技巧，熟練

內容掌握模擬器使用方法，了解無人機系統(tǒng)構成。以飛行操作（模擬加實飛

為主）為主，理論知識30%、實際飛行70%。

培養(yǎng)學生對科學和無人機的興趣，引導學生走進神奇的航空世界。幫助

目標

學生認識無人機的組成部件和學習如何正確、安全的使用無人機。

教具無人機基礎套件、練習用無人機

場地無人機創(chuàng)新實驗室、適合飛行操作的場地（例如：操場、體育館等）

第二及以后學期選修

智能diy航拍競賽

在學習完必在學習完必修在學習完必修在學習完必

修課后，智能硬課后，無人機課后，無人機航修課后，無人機

件作為選修課DIY作為選修課拍作為選修課競賽作為選修

程。其內容將以程。將帶領學生程。本課程從賞課程。本課程重

學習arduino圖組裝兩種無人析無人機航拍作點訓練青少年

形化編程為主、機。在組裝的過品出發(fā)，介紹了操作穿越機的

并且學習與無程中，深化理解無人機飛行過程飛行技巧。主要

人機相關器件無人機的動力系中的飛行技巧和由實操老師帶

和的機械設備，統(tǒng)、控制系統(tǒng)、方法，以及練習飛，主要包括：

如利用米思齊鏈路系統(tǒng)等分系時需要注意的事基本動作練習，

內容編程、航燈、蜂統(tǒng)的工作原理。項。在日常教學掌握最基本的

鳴器舵機、機械過程中教授學生飛行方法；組合

脫鉤等等最后有關無人機航拍動作練習，比較

將整合到無人攝影、攝像時創(chuàng)靈活地飛行；特

機平臺，并應用作的基本技巧、技動作練習，熟

與實際生活中。相機的使用技練地飛行；空中

巧；詳細講解了F1穿越練習,

無人機航拍時的高難度的控制

各種拍攝手法和飛行。進行FPV

注意事項；航拍第一人稱視角

作品的后期剪輯飛行的教學。

制作。

1、學習編程，通過組裝兩種無本課程旨在帶領本課程旨在讓

語言編程打基人機，引導學生學生掌握當下最學員熟練掌握

礎對電學和力學有為熱門的無人機穿越機的各項

2、學習硬件并一個初階的認航拍技術，在學飛行技巧，能夠

與無人機結合識，幫助學生學習無人機飛行技熟練進行FPV

完成三個實例，習初級力學與電巧的同時，通過第一人稱視角

航向燈、尋機報學知識，加強對航空攝影創(chuàng)作激飛行，進行穿越

目標

警器、災難救電池、電機等電發(fā)學生對無人機機飛行賽道練

援。子器件的認知程技術和航拍攝影習，為學員參加

度，從而為后續(xù)藝術的興趣，也各項穿越機比

的STEAM學習為學生參加航拍賽做準備。優(yōu)秀

打下理論基礎。比賽打下基礎。學生可通過

ASFC等級考

核。

氣球，氨氣瓶

橡筋動力飛機套

Arduino套件、

件競賽用穿越無

教具舵機脫鉤套件、航拍飛行器

KT板飛機套件人機套件

電腦、F450套件

DIY四軸無人機

套件

場地無人機創(chuàng)新實驗室、手工操作臺、室外飛行場地

3.課程目錄

1)必修課程

分類課程內容課程時長備注

無人機導論認識無人機60分鐘每節(jié)課包含

無人機分類60分鐘30分鐘飛行

無人機歷史60分鐘操作

無人機現(xiàn)狀及未來展望60分鐘

無人機的應用60分鐘

無人機的法律法規(guī)60分鐘

無人機安全飛行條件60分鐘

無人機基礎部無人機基礎部件認識-螺旋60分鐘

件認識槳

無人機基礎部件認識-電機60分鐘

無人機基礎部件認識-電調60分鐘

無人機基礎部件認識-電池60分鐘

無人機基礎部件認識-飛控60分鐘

無人機基礎部件認識-機架60分鐘

無人機基礎部件認識-GPS60分鐘

無人機基礎部件認識-載荷60分鐘

本課程為第一學期的必修課程，每個班級以20人為上限，根據人數(shù)可開設多個

必修課。

2）選修課程

a）智能無人機

內容課時

Helloworld世界你初識arduino通過米思齊編寫程序，點量

160分鐘

好一盞小燈

認識米思齊基礎模通過幾個小實驗了解循環(huán)、判斷、串口模

260分鐘

塊塊

3流水燈制作流水燈練習、并且鞏固一二課的內容60分鐘

應用實戰(zhàn)：項目目標硬件搭建、包括一些

4航向燈制作（上）60分鐘

基礎元件簡介

5航向燈制作（中）程序編寫（給出要達到的效果）60分鐘

6航向燈制作（下）程序編寫（提高難度模擬真實航燈）60分鐘

成果展示與室外測

7將完成的航燈測試60分鐘

試

8遠程控制小燈用無人機遙控控制二極管60分鐘

9蜂鳴器使用用蜂鳴器播放音樂60分鐘

10報警器制作利用蜂鳴器作為無人機的回收報警器60分鐘

11如何控制舵機使用arduino控制舵機轉動60分鐘

使用arduino控電機轉動并制作一個無級

12變速電機60分鐘

變速器風扇

13舵機脫鉤了解舵機脫鉤原理和比賽規(guī)則60分鐘

用舵機脫鉤與arduino無人機結合實現(xiàn)物

14災難救援60分鐘

體掛載、投放

模擬災區(qū)有人被困，同過無人機運送補

15災難救援（比賽）60分鐘

給。

b）無人機DIY

課時（60

分類課程名稱內容

分鐘/節(jié)）

DIY理論無人機diy原理固定翼原理，旋翼機原理1

系留飛行器氣球飛行原理與制作氣球原理，浮力相關知識1

紙飛機原理，紙飛機制作，空

紙飛機飛行原理和制作1

氣動力學知識

固定翼

橡筋動力固定翼原理和制

彈性勢能知識，機翼形狀2

作

遙控固定翼飛行原理和制組裝kt板固定翼飛機，調試固

4

作定翼飛機

多旋翼四軸無人機原理和制作四軸無人機的組裝調試和飛行7

c)無人機航拍

課程內容課程名稱課程類別

感受航拍作品體驗航拍航拍攝影入門

航拍軟件應用航拍小幫手

校園航拍攝影取材技巧踐行夢想：航拍攝影

校園航拍攝影取材技巧

航拍成果展示攝影大展+實戰(zhàn)考驗2

無人機航拍基礎知識追逐夢想：航拍攝像無人機航拍攝

無人機航拍攝像技巧一技巧像入門

無人機航拍攝像技巧二

無人機航拍攝像技巧三

無人機航拍攝像技巧四

視頻后期處理剪輯小能手

視頻后期處理

全景軟件使用介紹超越夢想：VR全景照全景VR入門

全景軟件使用介紹片入門

無人機航拍視頻+全景照片展示精品視頻鑒賞+VR展

示

d）無人機競賽

課時

課程名飛行條件內容（60分

鐘/節(jié)）

多旋翼基本操作和講解多旋翼的操作，安

11

安全飛行全飛行教育

多旋翼起飛垂直降

2使用印S讓學生體會油門的控制1

落

多旋翼目視高度懸進行對尾懸停，體會前

3不使用gps1

停飛行后左右的方向感

分解為對尾懸停，對側

4多旋翼四位懸停不使用gps懸停和對頭懸停，給占3