摘要:无人机技术是全球新一轮科技革命和产业革命的热点，将无人机技术引入高中信息素质教育，有利于激发学生对于前沿科技的学习动力，提升学生投身无人机产业的热情，进而促进无人机这一国家战略性新兴产业发展。本文介绍了无人机的应用领域、关键技术和产业发展趋势，探讨了无人机对高中信息素质教育的意义、面临的挑战和解决方案。
关键词:无人机;信息技术;素质教育
相比于有人机，无人机具有成本较低、无人员伤亡风险、机动性能好、使用方便等优点是全球新一轮科技革命和产业革命的热点，在警用安防、农林植保、遥感测绘和消费娱乐、防灾减灾、应急救援等领域得到广泛应用，［1］是关系国防事业和人民生活的新兴产业，同样未来通用航空产业发展方向也由无人机指引。《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》报告中指出，无人机产业已成为战略性新兴产业。近年来，民用无人机发展迅猛，消费级和工业级A无人机系统呈现井喷式发展态势，传统行业与无人机系统的逐步深度结合，各种新的产业随之产生和发展，这种深度结合的方式在增强传统产业内涵价值和助力国民经济方面有着很积极地催化作用。我国民用无人机产业持续快速发展。根据预测，2020年左右无人机产业的年均增速40%以上，产值将达到600亿元，。国内航拍无人机系统产业预计可达173亿元，农业植保无人机系统产业将达500亿元，电力巡检无人机系统产业将达到48亿元，安防无人机系统产业将达到25亿元。［2］随着无人机行业的快速发展，各种问题也层出不穷，目前常见的问题有:行业法规标准体系的不完善、检测认证的体系不健全、安全监管的手段滞后、行业应用类无人机的部分核心技术发展不足，这些问题形成了制约无人机行业发展的诸多因素，解决这些问题最为根本的途径是大批专业人才的培养。而专业人才的培养关键是兴趣，兴趣形成的关键点是落在高中信息素质教育。将无人机技术引入高中信息素质教育，有利于激发学生对于前沿科技热点的学习兴趣，促使学生从知识性学习向探索性、创新性学习转变，提升学生投身无人机产业的热情，进而促进无人机这一国家战略性新兴产业发展。本文将在无人机技术研究概况的基础上，进一步探讨与高中素质教育的衔接。
1无人机技术研究概况
1．1无人机的应用领域
根据传统的定义，由控制站管理(包括远程操纵或自主飞行)的航空器叫做无人机，也可以称为远程驾驶航空器。它携带有各类有效载荷而不搭载操作人员、利用无线电或机载计算机与导航设备进行飞行控制、可一次性或多次重复使用。在很多领域，无人机发挥着不可替代的作用，例如［3］［4］:(1)服务民生。农林业:农作物病虫害可以用无人机进行监测与预报、也可以用无人机广阔的飞行覆盖面进行农药喷洒等。渔业:可用于鱼群检测、鱼食大面积播撒等。通信:可用于通讯中继、无线电监测等。交通:可用于交通状态监视等。运输:可用于物资运输、急件传递等。(2)资源监测和保护。环境监测:可用于环境状态监测。海洋监测:可用于监测海岸线变化、海冰形成与消融等。地理地质:可用于地形地貌监测与绘制、地理信息采集等。遥感监测:可用于地遥感测量与数据采集、目标定位等。水利:可应用于水源监测、灌溉监测等。电力:可用于线路巡视、电站与变电所监视等。(3)气象探测。大气数据的采集可以采用无人机、可以通过无人机携带催雨弹人工影响天气、利用无人机进行环境气象监测等。(4)自然灾害应对。可用于执行灾后监测、搜救、通信、投放物资等任务。(5)公共安全。利用无人机可以实现大范围、高层次的边境巡视和防恐反恐，同样在缉毒、反走私、国家海洋维权等方面发挥作用。(6)科考研究。可用于极地科考、气象研究、地球海洋物理研究等。
1．2无人机关键技术
无人机关键技术包括［4］［5］:(1)动力技术。为了实现无人机在一定的高度携带大量载荷进行长时间巡航高效功能，动力系统的设计是非常关键的。油动和电动两种动力配置装置是无人机使用的常见动力其中，发动机、燃料以及螺旋桨等部件组成了油动系统，电动机、电调、螺旋桨等部件组成了无人机的电动系统。(2)材料技术。复合材料是现在比较常见的无人机材料，除此之外还有金属材料、塑料、智能材料等。由于复合材料具有比刚度高、抗振能力强和热膨胀系数小等特点，所以在变体飞行器、智能直升机旋翼、仿生扑翼微型飞行器和发动机等方面有着广泛的应用。(3)机体结构设计技术。为了实现结构强度和刚度的连续性，无人机机体广泛采用整体结构设计技术。这种结构可以更精确地进行结构设计，从而可以简化飞机的传力关系。(4)导航技术。组合导航技术是应用在无人机上的一种导航技术，除此之外还有包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、视觉导航、地磁导航等不同的导航方式。其中能够实现推算位置进行导航的导航技术叫惯性导航。通常为了无人机能够在导航中实现全天时的位置、速度和时间信息定位，一般采用卫星导航系统。(5)通信技术。机载部分和地面部分组成了无人机的数据链设备。机载数据终端和天线被称作机载部分。地面数据终端和天线被称为地面部分。(6)飞控系统。作为无人机系统中最核心的部分，飞行性能和飞行品质也由飞控系统的性能进行影响。飞控系统在数据传输的可靠性、精确度及实时性等方面对无人机产生很重要的影响。一般来说，飞控板、传感器、舵机、数传电台、遥控器和地面站组成了无人机的飞控系统。(7)空管技术。空管技术是集成卫星和GPS技术开发的综合管理平台，实现无人机的空中资源分配、任务划分、数据注册、飞行监管等任务。
1．3无人机产业发展趋势
(1)市场专业化。在很多行业中，由于民用无人机技术的一步步成熟，可以产生深远影响。目前民用无人机相关技术超过一半涉及航拍摄影，其次是采用无人机进行快递投递等货物运输服务。未来民用无人机市场中，航拍无人机和货运无人机会在规模上将呈现出更良性的发展趋势。(2)技术创新化。导航技术作为飞行控制技术中的核心，在无人机的飞行过程中有着重要的影响。由于无人机发展的需求性，全球定位系统(如GPS、格洛纳斯导航卫星系统)使用很少，大部分仍然采用惯性导航系统。但采用全球定位系统和惯性导航系统的相关技术也偶有出现，也越来越受到重视，有可能成为未来发展的大方向。(3)应用人性化。随着民用无人机应用场景的扩展，对人的生命、财产以及隐私造成的危害也随之而来。相应地，如何运用法律杠杆，在协调好无人机市场秩序的同时兼顾其在天空中的飞行秩序，是政府未来法律制定的重点。
2无人机技术与高中信息素质教育的衔接
2．1高中信息素质教育中无人机技术产生的作用
我国《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2010年)》提出了“全面提高普通高中学生综合素质，推动普通高中多样化发展”的任务。［6］无人机作为全球新一轮科技革命和产业革命的热点，是关系国计民生的新兴产业，代表着未来通用航空产业发展方向。无人机技术覆盖知识面广、对知识综合运用要求高，将无人机技术纳入到高中信息素质教育，有助于使中学生的学习从知识性学习向探索性和创新性学习发展，进一步提高高中生的自主学习能力;有助于使中学生的思维从定向思维向发散性思维，拓展学生的视野;有利于激发学生对于前沿科技的学习动力，提升学生投身无人机产业的热情，进而促进无人机这一国家战略性新兴产业发展。
2．2无人机信息技术素质教育在高中教学实践中面临的挑战
在高中信息素质教育中开展无人机技术教育面临的挑战主要体现在:(1)涉及知识面广，创新和实践能力要求高，学生短期内难以掌握。无人机技术涉及动力、材料、结构、导航、通信、飞控、空管等诸多知识。无人机技术知识量太大，短期内学生学习难度较大，但有利于加深学生对数学、物理、工程、信息等基础知识的理解。无人机自主飞行的编程开发需要学生具有一定的编程能力和动手能力，虽然有利于提升学生创新能力和实践能力，但是对于能力积累和成长的要求高，同样存在短期内难以学习和掌握的困难。(2)师资要求高，教师短期内难以驾驭该课程。高中教师的强项在于基础知识教学，对于前沿科技的把握相对薄弱，同时还要掌握大量无人机相关知识和技能，以便对学生进行针对性指导，使得一般高中教师难以在短期内驾驭该课程。(3)实践环境要求高，一般高中难以具备。无人机实践活动受到低空飞行管制，而且操作不当会出现坠机事故，存在一定安全隐患。高中校园一般不具备相应的无人机飞行实践环境，在安全方面是一个大的问题
2．3高中无人机信息技术素质教育的解决方案
针对上述挑战，笔者认为在高中信息素质教育中开展无人机技术教育的解决方案如下:(1)将无人机教育贯穿于高中高年级学习和实践活动。将无人机教育作为一门延续性、社团性课程，贯穿在高中高年级信息素质课题教学和相关社会实践中。通过开展相应的课程，可以让学生逐步掌握相关知识和技术。在课外能力素质培养方面可以形成学习社团、培养良好的学习氛围。在无人机培训和交流之中可以使学生相互学习、主动学习、共同成长。(2)让高校教师与高中教师结对工作。通过高校教师进高中讲学、培训、交流等方式，使高校教师与高中教师协同工作，有利于高中教师迅速掌握无人机相关知识和技术体系，以便更好地引导和指导学生。(3)建立规范、共享的实践环境。集中资源建立可多校共享的、规范安全的无人机实践环境，以校间竞赛形成推进无人机信息素质教育。也可让高中与大学的主动对接，通过举办无人机方面的赛事或夏令营形式的走入高校学习交流，协助相关实验室进行测试等方式来实现无人机与高中信息素质教育的对接。
3结论
将无人机技术纳入到高中信息素质教育，对于提高学生自主学习能力、扩展视野，激发学生投身无人机产业的热情、促进经济社会发展，具有深远意义。可以通过长期性教学、与高校对接、建立规范共享实践环境等方式，解决高中无人机信息素质教学面临的学生学习难题、师资困境、实践环境匮乏问题。
参考文献:
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［2］“十三五”国家战略性新兴产业发展规划．国发［2016］67号文件．
［3］祁圣君，井立，王亚龙．无人机系统及发展趋势综述［J］．飞航导弹，2018，4:15-18．
［4］昂海松．无人机系统概念和关键技术［J］．无人系统技术，2018，1:104．
［5］牛轶峰，肖湘江，柯冠岩．无人机集群作战概念及关键技术分析［J］．国防科技，2013，34(5):37-43．
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［7］吴建华，郭静，孙静．我国信息素质教育的主要问题、成员与对策分析［J］．情报科学，2011，34(2):968-971．
［8］刘秀峰．浅谈面向素质教育的高中信息技术［J］．中国教育信息化，2009，3(16):14-18．
作者:朱悉乐 单位:四川师范大学附属中学
