无人机专业大学生创新创业能力培养方案探讨

来源:用户上传      作者:赵启凤 路向阳 余发军 房泽平

　　摘  要 对中原工学院无人机专业的创新创业教育培养方案进行探讨。中原工学院无人机专业的创新创业能力培养体系主要包括构建创新创业教育课程体系，搭建创新创业能力培养实践平台，制定相关的创新创业能力培养目标，以及提供相应的提高创新创业能力的措施。期望通过本培养方案能够培养出符合社会需求的创新创业型无人机方面的人才。
　　关键词 创新创业;无人机;实验室;KAB;虚拟仿真系统
　　中图分类号：G645    文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2019）22-0051-04
　　Exploration on Training Scheme of Innovation and Entrepre-neurship Ability of College Students Majoring in UAV//ZHAO Qifeng， LU Xiangyang， YU Fajun， FANG Zeping
　　Abstract The training scheme of innovative entrepreneurship edu-cation for unmanned aerial vehicle （UAV） specialty is discussed. The
　　training system of innovation and entrepreneurship ability includes
　　the construction of innovation and entrepreneurship education curri-culum system， the establishment of innovation and entrepreneurship training practice platform， the formulation of relevant innovation and
　　entrepreneurship training objectives， and the provision of correspon-ding measures to improve innovation and entrepreneurship ability. It
　　is hoped that innovative and entrepreneurial UAV personnel can be trained to meeting the needs of the society.
　　Key words innovation and entrepreneurship; UAV; virtual simula-tion system; lab; KAB
　　1 前言
　　隨着无人机的应用范围越来越广泛，社会需求也越来越大，但是无人机相关人才存在很大的缺口，因此，很多高校开设了与无人机相关的专业。中原工学院也于近年开设了无人机专业。无人机技术的发展离不开具有创新创业能力的专业人才，如何提高学生创新创业能力以适应社会的需求是个需要研究的问题。
　　2015年的政府报告发布以后，“万众创新，大众创业”成为热门词汇，创新创业在我国得到大力提倡与鼓励。社会的发展与进步对大学生创新创业能力的要求越来越高，大学生创新创业教育的模式和内容也随着改革的进程不断发展和完善，并逐步与经济社会发展相适应。当前，创新创业教育成为高校的一个热点，很多高校在探索提高无人机专业学生创新创业能力的途径，并试图建立高效的创新创业教育模式[1-4]。积极探索无人机专业创新创业能力培养模式，对于培养适应未来经济发展的创新创业人才具有重要的现实意义。本文对中原工学院无人机专业学生创新创业能力的培养模式进行深入探讨，并提出相应的方案。
　　2 构建合适的课程体系
　　课程的安排  目前，创新创业学科体系建设尚不完善，创新创业课程标准不统一，创新创业教育课程同其他课程之间的逻辑性，以及创新创业课程内部的逻辑性亟待理清。很多院校并没有完整的创新创业教育体系和课程体系。为了培养无人机专业学生的创新创业能力，本专业尝试建立一个初步的创新创业课程体系，以实践为主，会随着以后的实践不断调整。无人机专业的学生除了学习本专业的相关理论知识，还要学习有关创新创业方面的理论知识，并且要有意识地引导他们提高创新能力，促进创业意识。本专业初步设计的课程体系主要包括“大学生创新创业指导”“课外实践与就业（1，2，3）”“创新创业实践”“研究训练”等。其中，“大学生创新创业指导”主要内容是进行相关创新创业理论指导，“课外实践与就业（1，2，3）”“创新创业实践”和“研究训练”的主要内容是进行相应创新创业实践。
　　课程的主要内容  “大学生创新创业指导”主要是关于创新创业的理论知识，在第二学期开设。本课程的教学内容尝试引入KAB（Know about Business）创业教育项目，这是国际劳工组织设立的对广大就业需求者进行创业意识、创业方法和创业技能培训的世界性公益项目，核心内容是国际劳工组织为培养大中学生的创业意识、能力而研发和推广的创业教育课程。其意义在于培养具有开创性的个人，这类人才应具有创业能力、冒险精神、独立工作能力、管理能力等。
　　KAB课程共设置八个教学模块，每个教学模块都有特定主题又彼此联系[5]。这八个模块分别是：什么是企业;为什么要发扬企业精神;什么样的人能成为创业者;如何成为创业者;如何找到一个好的企业想法;如何组建一家企
　　业;如何经营一家企业;如何撰写商业计划书[5]。通过这八个模块的学习，大学生可以培养创新创业意识，为以后的创业种下一粒种子，在合适的时候它会生根发芽。 　　下面介绍具体的实践课程安排，主要是让学生走向社会，熟悉技術的发展和社会的需求。
　　“课外实践与就业（1）”在第二学期期末，即大一暑假进行，组织学生去无人机公司参观，看看公司生产的无人机的型号，了解无人机的市场和需求。
　　“课外实践与就业（2）”在第四学期期末，让学生在相应的无人机公司进行两周的实际训练，组装无人机，详细了解无人机的组装流程，熟悉无人机的各个模块，掌握无人机各个模块的工作原理，并对自己组装的无人机进行试飞。
　　第五学期有一个“研究训练”，培养学生做科研的能力，提高学生的创新意识，让学生在指导教师的指导下进行无人机相关的科研项目的简单研究，学习一些科研方法，激发学生的学习积极性，提高创新能力。
　　“课外实践与就业（3）”在第六学期期末，也是大三的暑假，这个时候学生对专业基础理论知识已经学习得差不多了，需要自己设计一个满足一定功能的无人机。
　　“创新创业实践”要求根据社会相应的需求，设计相应的产品出来。
　　3 创新创业实践平台的建设
　　硬件设备  为了使学生有足够的动手实践机会，实验室配备许多无人机相关的实验设备。实验室现有的实验设备包括多旋翼无人机开发套件、无人直升机、智能航拍飞行器、无人机地面站、卫星导航平台、高级飞行器三自由度姿态算法验证系统等。实验室既可以进行一些简单的实验，如无人机组装、控制无人机飞行，也可以进行无人机航拍，还可以进行卫星导航相关的实验。同时可以进行一些复杂的实验，让学生编程控制无人机的飞行，规划无人机的路径以及完成其他一些复杂的功能。实验室为开放实验室，既可以进行教学实验，也可以让学生在课余时间进行各种实验。通过大量的自主实践激发学生学习的兴趣，提高解决问题能力、动手能力和创新能力。
　　虚拟平台  当前无人机技术发展很快，无人机的种类很多，实验室如果购置大量无人机设备也不现实。同时，由于学生初次接触无人机，特别是初次进行无人机飞行，操作失误可能会导致无人机损害甚至完全失去功能，因此，无人机设备损坏率较高。为了减少损耗，需要学生在无人机飞行训练之前熟悉无人机的各种操作。另外，由于场地天气或者时间的限制，进行无人机飞行训练会受到一定影响。
　　为了解决这些问题，本专业基于虚拟现实技术建立了无人机飞行仿真系统与虚拟现实实验室。虚拟现实（VR，Virtual Reality）也称虚拟实境或灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，是由多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，由计算机生成实时动态的三维立体逼真图像，通过图形技术生成视觉、听觉、触觉等感知。在多感知的三维虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境进行互动，身临其境地与之进行交互仿真和信息交流。
　　该实验室的虚拟仿真系统集飞行仿真教学、实训、验证和演示汇报功能于一体，是以沉浸式显示和实时交互应用为导向的虚拟现实实验室系统和科技创新平台，是可以实现无人机飞行仿真、地理空间可视化、飞行器可视化教学与科研应用的沉浸式虚拟现实实验室系统。系统总体组成包括图像生成与渲染系统、AR/VR子系统、无人机飞行仿真平台、虚拟仿真软件平台、沉浸式显示系统、六自由度三维交互系统和辅助系统等，是一个综合性沉浸式虚拟仿真实验室系统环境。
　　该虚拟仿真系统的主要功能模块包括三维地景生成与显示、基础自然环境仿真等，功能包括：数据融合功能，支持第三方CAD建模软件或GIS平台构建的三维模型，如城市、乡村与交通、水利、能源等行业的三维基础设施模型，并精确布局定位;可视化场景编辑功能，可对场景进行实时编辑和场景参数的设置、修改，并可以保存成配置文件;天气环境功能，实现常见的地球天气和气象环境系统模拟，如阴、晴、雨、雪、雾等常见天气现象和气象环境模拟。本系统同时支持无人机专业的有关应用教学，如模拟飞行仿真、无人机拆装训练、无人机飞行仿真等。
　　4 利用创新创业实践平台提高创新创业能力
　　动手能力和创新能力的逐步提高  按照课程体系规划，在每个时间阶段进行相应训练，以提高学生的动手能力和创新能力。无人机专业在大一时期的课程主要是一些公共课，并没有相关的专业理论课程，所以大一时期主要是熟悉无人机的一些基础知识。在大一第二学期期末有“课外实践与就业（1）”，组织学生去相应的无人机公司参观，看看公司生产的无人机的型号，了解无人机的市场和需求;然后利用无人机飞行仿真系统熟悉无人机飞行操作，要熟悉无人机遥控器的操作，熟悉遥控器上的各个功能，能在无人机行仿真系统熟练地操纵无人机飞行;再进行实物的操作，这样学生初次进行无人机飞行时可以降低对相应设备的损害率。
　　在大二会有一些专业基础课，主要有电路、模电、数电、空气动力学、无人机概论等课程。通过这些基础的学习，学生掌握了必要的电路和电子方面的知识，可以对无人机各个模块进行详细了解。大二的第二学期期末有“课外实践与就业（2）”，本次实践是进行两周的实际组装无人机训练，详细了解无人机的组装流程，熟悉无人机的各个模块，并且掌握无人机各个模块的工作原理，对自己组装的无人机进行相应的试飞。在组装实物之前，需要在虚拟平台上熟练完成无人机组装。这样先虚拟后实物，能够极大地提高无人机的组装效率以及正确率。
　　在整个大三，专业理论知识已经学习得差不多了，大三第二学期期末的“课外实践与就业（3）”就是要求学生利用所学知识对无人机进行二次开发，自己设计一个满足一定功能的简单的无人机。
　　大四的第一学期主要是“创新创业实践”。这时本专业的主要课程基本已经学完，学生已经掌握足够的理论知识，同时经过前面的训练，创新能力也得到提高。“创新创业实践”要求学生在一个学期内设计一个有一定创新的相对复杂的无人机产品。
　　创新能力的培养  以任务为导向，促进学生的创新创业能力。无人机应用比较广泛，在森林防火、航拍、农林业植保、公共安全等领域都得到广泛应用。未来，无人机还有可能大规模地应用于物流，这就涉及无人机的路径规划问题。利用无人机飞行仿真系统与虚拟现实实验室虚拟系统，学生可以设计相关场景，然后进行路径规划。如森林火灾预防，学生可以利用无人机虚拟仿真系统的地形地貌生成功能，形成森林场景，然后设计相应的路径，让无人机实时监测森林情况，并且不断把航拍的数据传送到地面站。这类任务需要学生建立虚拟场景，进行路径规划、数据传输、数据处理。如果在虚拟平台上能够完成任务，那么就可以把相应的算法移植到无人机进行实际飞行，以验证在虚拟平台上相关设计思路的正确性，提高学生的动手能力和创新能力。 　　对于其他一些应用场景，设计相应的任务目標，要求学生自己独立完成。同时鼓励学生利用无人机虚拟平台设计出有创意的产品，去参加无人机大赛，如“互联网+”创新创业大赛。通过参加竞赛提高学生学习兴趣，提高动手能力和创新能力。还可以让学生定期去一些无人机公司参观，了解无人机市场最新发展、最新需求以及无人机最新产品，然后在无人机虚拟仿真系统设计出相应的产品来培养学生的创新能力。也可以要求学生提出自己的想法，设计出适合社会需求的新产品。
　　创业能力的培养  现在的理工科专业教育对创业这方面的教育比较缺乏，学生即使有很好的创意，由于缺少创业相关的知识，几乎没有什么创业意识。而KAB教育则可以填补这个空缺。课程体系中的“大学生创新创业指导”主要是关于创新创业的理论知识，主要是讲KAB教育相关的内容。KAB课程对什么是企业和企业精神以及如何创业这方面的知识都有详细介绍。通过KAB课程的学习，学生可以了解一些关于创业的初步知识，了解企业是怎么运行的、怎么创业。同时为学生提供创办和经营小企业所需的基本知识和技能，提高就业能力。鼓励学生利用实验室的无人机进行二次开发，然后对外进行商业服务，比如无人机编队飞行，组成各种图案，或者对社会上的各种活动进行航拍，以及其他的商业无人机演出等。
　　5 具体措施
　　导师制  为了培养学生的合作和团队精神，以及提高学生的创新能力，在大一时就开始对一部分学生进行分组，让他们参与本专业教师的科研项目，把任务分解到每个小组，团队自己进行任务的再次分配，成员之间分工协作。团组成员一起学习、查找资料，提供解决问题的方案，一起努力解决问题。通过团队成员的分工合作，保证项目的完成。指导教师每周召开一次例会，汇报项目进度，包括遇到的问题和完成的任务以及下一步要解决的问题。指导教师负责指导学生怎么进行研究，怎么查找文献，对学生的科研能力进行相应的训练和提高。让学生通过参与科研项目，提高动手能力、专业技能以及创新创业能力。
　　鼓励创业  随着大学教育的普及，每年毕业的大学生越来越多，导致大学生就业的压力越来越大，国家鼓励大学生自主创业。大学生自主创业不仅可以解决自身的就业问题，也可以为社会提供一些就业岗位。因此，平时就应充分利用网络技术，通过各种传播途径宣传创业对学生、社会和国家的意义，为学生提供一些创业的信息，让学生积极主动投身于创业中，鼓励学生在校期间进行创业。如果学生在校期间创业，一些创新创业相关课程可以免修，并且可以给予一定的荣誉奖励。
　　强化创新创业方面的师资力量  目前，无人机专业都是专业课教师，有关创新创业方面的师资比较缺乏，所以需要对教师进行相应培训。对教师进行全面的创新创业理论知识培训和创新创业能力培训，并且派教师去企业一段时间，学习企业经营管理知识。当然，单纯的校内教师可能说服力还不够，所以要邀请一些企业的相关人员作为学生创新创业的导师，对学生进行言传身教。尤其是一些成功的企业家的成功案例，可以更好地激发大学生的自主创业兴趣。总之，校内的专职教师和校外的企业导师要相互配合，共同提高学生的创新创业能力。
　　6 结语
　　随着国家对创新创业教育的重视，社会对大学生创新创业能力的要求越来越高，越来越多的高校开始重视创新创业教育。由于无人机技术发展很快，应用范围越来越广，对于无人机专业来说，创新创业教育更是十分重要。只有具有创新创业能力的学生，才能适应这个社会的发展。中原工学院无人机专业创新创业教育的培养方案主要包括：构建合适的课程体系，为创新创业能力培养提供相应的创新创业理论支撑——在创新创业理论教育中引入KAB教育理论，为学生提供相应的创新创业知识;搭建相应的实验平台，为创新创业能力培养提供实践保证——功能强大的无人机虚拟仿真系统可以提供各式各样的实验;设计培养目标，为创新创业教育提供目标——通过制定每个时间阶段的目标，推动学生创新创业能力的提高;制定相应的措施，激励学生创业——通过制定相应的政策，引导更多学生投身于创业之中。该创新创业能力培养方案可以有效提高中原工学院无人机专业学生的创新创业能力，希望能为相关专业的创新创业教育提供借鉴。
　　参考文献
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