无人机创客实验室方案

无人机创新实验室

建设方案

上海闻曦信息科技有限公司

目录

一、前言

(一)创客背景

MDOAIKTWEITRHS

创客一词来源于英文单词"Maker"，指的是将自己的创新想法变为实际产

品的一群人。他们勇于创新、自己动手、主动学习的精神正是学生所需要的。近

些年创客教育在我国兴起，目标是在非正式学习中激发学生的主动学习性。为学

生提供更多的机会发展信心、创造力，凭借他们对科学、技术、工程、数学、艺

术的兴趣进行发明创造。

(-)发展现状

在2015年3月11日，国务院印发《关于发展众创空间推进大众创新创业的

指导意见》之后，各地政府对创客教育均发布推进性意见，各类院校建设了众多

创客空间，机器人创客、3D打印创客等等创客空间层出不穷，可见创客教育在

我国发展之快。

（三）存在问题

优点不足

目前，全美已有MIT、哈佛大学、斯坦福大学等在内的近百所高校开设了创

客空间，不限年级、不限学科，面向所有学生开放。2011到2014年，创客教育

在我国悄然兴起，并在大踏步的摸索前进，北京、上海、深圳等城市是国内创客

教育的领跑者。2015年以后，通过建设创客空间、举办创客大赛、文化节、成

立创客俱乐部、召开创客教育研讨会等多种方式，大大推动了国内创客教育的快

速发展。创客空间飞速发展也衍生出如下一些问题。

1、工具单一

耽IW,BS片婢M百科如

BaiW图片创客套件百度一下

目前市面的创客套件大多以电子模块、积木搭建为主，提及创客大多数师生

会第一时间想到陆地创客套件、机器人小车等等。过于单一的创客套件很大程度

限制了学生创新创造能力的培养。

2、衔接度低

中学［?

创客教育意在将自己的想法变为现实，从单独制作和集体活动中发挥自己

的特长并发现自己擅长的"领域"，以便为后续的学业职业规划起到一定的参考

作用，但目前的创客活动以兴趣类手工制作为主，与将来的高（取）教内容衔接

度不够。

3、体系不强

当前创客教育的课程过于零散，大多包括：手工制作、电子积木搭建、3D

打印、机床制作、激光切割、制作等，但课程间关联性及衔接度不够。松散的课

程体系不利于创客教育的延续且很难培养学生良好的知识结构。

二、建设意义

(-)动手实操能力

学生亲手拆解、组装机械零件、联通导线、安装部件等活动锻炼学生的手指

灵活性，刺激大脑的发展。可以为培养未来的能工巧匠打下基础。此外无人机需

要编写控制代码，分析解决实际中的问题，这能培养学生计算机操作能力。同时

学生能够掌握更多的知识、方法，逐渐的培养对科学技术的兴趣。

(-)方案解决能力

无人机综合了信息技术、各种传感器、机械、电子、控制等多个学科知识。

拼接一台无人机对学生来说是个巨大的挑战，学生通过查阅各种无人机知识、克

服组装无人机中的各种问题。这将能有效的培养学生克服问题，越挫越勇的能力。

（三）团队协作能力

目前多种集成计算机语言、通信、网络、传感技术、自动化技术、人工智能

一体的无人机出现，需要学生之间通力配合才能解决问题，如何发挥团队作用、

如何体现个体价值，能充分的在无人机创新中体现。

（四）创新智造能力

无人机创新活动，学生提供了全面接触、学习信息科技，理解信息科技内

涵的智能化学习平台，有利于中小学生信息素养、想象力、创造力的全面提高。

无人机完全靠学生运用自己的聪明才智去制作，有利于培养学生的开放性思维。

（五）综合发展平台

内容的知识程度能够作为知识体系的圆心

（六）纯天然吸引力

三、设计思路

创新实验室的建设是国家人才发展战略的需要，课程改革发展的需要，对

形成学校鲜明特色的课程和活动具有突出的意义，所以必须注重将现代技术、装

备、课程资源三者深度融合，它对实践选择性教育起到了重要作用。

无人机涉及气动、结构、导航、控制、可靠性等多门学科，它是一个高度学

科融合的典型代表，将无人机创新实验室作为航空项目之一，从航空模型课程，

逐步发展至无人机空中课堂、无人机信息化教学、无人机Maker等模块，完备

的课程体系，更有利于实现学生的全面有个性发展。

(-)设计宗旨

以现代技术、装备、课程为三大栗素，搭建虚实融合的创客空间环境，建设

个性化、常态化的无人机课程体系，营造科技创新的校园氛围，培养各层次的校

园创客，以创新带动学习，从而挖掘在校学生的内在潜力，提高他们的综合素养，

培养学生的创新精神和实践动手能力，展示学生特长，促进学生的全面发展。

(二)核心策略

由浅入深”、“由内而外"、“由小至大”、“由点盖面”

1.基础课程

课程设计以“无缝衔接+启发引导”作为指导思路并分为基础目标和高级目

标。基础目标是通过学习无人机基础创客课程，在动手搭建、工具使用、编程语

言学习等方面打下一定的基础，为将来的大学相关课程学习起到一定的铺垫作用。

高级目标是通过相关课程学习及活动参与，让学生们对将来的高校专业有所了解

并在报考以及填报志愿时起到一定的帮助和引导作用，降低大学毕业后所从事工

作与本专业偏差较大的比例。

2.各类大赛

Qg际创客

大赛

'省级创客

大赛

。市区级创

客大赛

通过无人机课程学习和训练，学生们可以参加各类相关创客大赛。创客大赛

取得优异成绩对学校及自身团队是一种激励，对部分高等院校的自主招生也将有

很大的帮助作用。部分赛项高校与中学同场竞技，增加中学与高校学长的交流学

习的机会，对中学生提升和开阔眼界都有较强的帮助。

3.联合开发

中学生参与大学生相关项目(如：中美大学生创客大赛)工作中，由大学

生交由中学生一些能力范围内的任务和工作。在完成相关任务和工作的过程中，

中学生学习相关知识同时与相关高校的学长建立良好的交流，形成多帮多的互助

对，锻炼中小、学生的综合能力，也可适当减轻中学、高校教师的教学压力。

四、建设目标

(―)基础目标

1.知识方面

使学生了解无人机这个学术前沿领域的发展和应用状况，了解无人机的概念

和工作原理，提高对无人机的认识，为进一步学习无人机的有关知识打下基础。

2.能力方面

使学生了解无人机的各种传感器、控制系统及动力装置的作用。理解体会程

序是无人机的灵魂，了解无人机是怎样在程序的自动控制或者人的指挥下工作的。

使学生学习一种和无人机自动控制相关的计算机编程语言，通过对无人机自

动控制算法的了解来训练科学而高效的思维方式，提高逻辑思维能力、规划能力，

提高学生分析问题和解决问题的能力。

通过模拟及实战项目的完成，在组装与操控无人机的过程中培养学生的动手

能力、协作能力和创造能力。

3.情感方面

通过介绍高科技领域学科发展前沿和我国空中机器的先进技术培养学生的

爱国主义精神、科学精神、顽强拼搏精神，激励中学生确立正确的世界观、人生

观和价值观。

培养对人工智能技术的兴趣，真正认识到无人机对社会进步与经济发展的作

用，积极参加无人机设计比赛、无人机竞技比赛等各种课外活动。在竞赛活动中

培养学生的创新意识、团队意识和竞争意识。

(―)提高目标

为了更好地创造学校独有的品牌效应，必须经历市、省、国、世界等等级的

各类比赛，以获得更好地品牌名声。通过前期的学习，积累一定知识后，参加各

类竞赛，提升动手能力与解决问题的能力。发挥自己的聪敏才智，取得好成绩。

1.无人机外观设计大赛

不怕做不出来，就怕想不出来。调动你的艺术细胞，DIY一款属于你的无人

机吧!

2.无人机竞速赛

考察无人机的操作技能，看你是否已经与你的无人机融为一体“人机合一”

To

3.空中机器人大赛

通过前期的学习，最终的测试来了。拓展更多功能的无人机，深入研发无人

机。

五、设计方案

(-)创新实验室布局

根据实际课程内容与授课方式，将实验室整体分为两个区块，分别是实践区和实

操区。大致分配比例为2:1o

1.实践区：占百分之70

包含：师生互动区（授课），动手操作区（制作区），展示储存区

1）启智——教学互动区

启发天赋、智造未来

以分组讨论式而设计，搭配大屏幕授课及桌面调试、动手组装。打造团队协作、

组织能力与自主思考的学习氛围。用于完成基础知识教学，主要包括编程、硬件、

结构、工具等，提供多旋翼、固定翼、无人直升机等实体，模型与DIY部件等

无人机模块，及客机、战机、飞艇等模型，同时配有无人机飞行模拟器（区），

利用模拟飞行软件，包含数百种航空飞行器的模拟飞行训练，搭配三个大屏显示

器与仿真飞机驾驶舱机长座椅，有效地真实模拟航天飞行器的练习，兴趣导入，

提供沉浸式学习环境，让学生具备基础的知识与技能，通过基础知识的学习后，

学生要具备完成设计、制作、操控自己的无人机的能力。

无人机教学与装配：提供无人机所有零部件，学生可以动手将所有部件按照实验

指导书组装成一架完整的无人机，通过组装让学生了解并熟悉无人机的硬件构造。

2）求索——动手操作区

求知若渴、索涂求道

专业设备与空间设计，紧邻师生互动区，确保动手组装流程顺畅与及时。学生就

是在这里将想法变成现实，将创意转化为作品，提供制作作品所需要的各类材料,

以及对材料进行加工的工具，完成无人机的创造，可延展与3d打印机等桌面操

作工具融合应用。

无人机调试与维护：设备调试与维护为了让学生从零件到整机再到飞行整个过程

中系统性的学习，通过软硬件调试，让学生更深入的了解无人机，维护是为了更

好的保持设备精度，让飞行更稳定。维护不仅提高的是学生的动手解决问题能力，

更能通过学习让学生深入了解无人机的原理，进一步提升学生的自身技能。

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

飞首行数据飞破行计划令初始设盘终湍帮助

飞行模式1命令Iffl_单位

1

地理围栏ACRO_BAL_PITCH

ACRO_BAL_ROLL

基本调爹

Q:Disable(

ACRO_EXPO0.3

扩展调参05Vefyh

标准参数ACRO_RP_P'S110

逼建箜楚ACRO_TRAINER____1__________0:Disable(

全部参数表ACRO_YAW_P110

无人机检查与维修：故障检测是学生学习必不可少的一项环节，当飞机出现无法

正常工作的状况时，借助测试仪器，让学生快速查出故障点，从而判断问题的所

大则容之、爱则享之

以交流为目的，环绕式设计，保证足够的储存空间与立体浸入式展示效果。用于

展示学生作品，配有展示台和展示柜，展示柜主要陈列数量众多的小作品和需要

适当保护的作品，展示台陈列作品适合与观众互动，展示区也陈列一些外来作品

（经典展品），用于开扩学生眼界，启发学生创新灵感，学生可以在此功能室展

示自己的作品，并分享、讲解各自的作品。

2.乐享—实操分享区占百分之30

乐在其中、享于其真

包含：竞赛区，观赛区，分享讨论区

可灵活使用的空间设计,可收纳的竞赛区与分享讨论区，充分体现空间复合利用。

一方面，可用于室内飞行比赛活动的组织，内设穿越环、立体布局、保护网以及

操作区，可将区域切分为几个不同大小的独立飞行练习区，供同时起飞不同数量

的无人机使用，另一方面也可合并为一整的空间，用于项目组成员成立、项目组

讨论、问题求助、经验成果分享等各种信息资源交流讨论，如召集小组成员、完

善作品创意设计、确定开源硬件选型、小组分工等事项，同时小组也可在该区寻

求帮助、分享经验等。

无人机模拟与操控：学生可以通过前期虚拟飞行，练习技术，而后在无人机飞行批注[A1]:是否听课与飞行真机在同一个教室？刚才的

图片分区是在同一个教室内，此处说要去专业飞行场地

专业场地内飞行，也可以通过E350练习无人机航拍等等。

（―）创新实验室课程

1.课程亮点

1）综合性强

无人机所结合的知识面，是可以看作大知识体系的中心，所具备的延展性要

比许多其他类型的科创更为全面，作为中心出发点

2）适用面广

小学高年级到中学、高中，均可以使用这套产品开展科创教育课程。

3）课程灵活

可按照不同年龄阶段学生的课程需要，设计相应课程，并可在以后的教学实

践过程中不断完善。

4）发展明确

无人机创新实验室的目的是通过科创实践活动培养学生们的创造力、想象力、

团队合作精神和领导力。结合STEAM的教育理念，整合各种课程知识，在

各种基于真实工作的项目中，培养和锻炼孩子们的能力。让学生在教学活动

中能了解未来工业革命的发展方向，熟悉未来社会的新型生产方式。为他们

将来更好地融入中国制造2025描绘的时代打下良好的基础。该课程设计以训

练学生实践和动手操作入手，激发学生对机械原理与信息电子控制技术的兴

趣，在动手做中培养学生的动手操作能力，创新思维能力。

2.课程体系与设计

第一学期必修

无人机入门

带领学生认识无人机，了解无人机操作方式，掌握初级飞行技巧，熟练

内容掌握模拟器使用方法，了解无人机系统构成。以飞行操作（模拟加实飞

为主）为主，理论知识30%、实际飞行70%。

培养学生对科学和无人机的兴趣，引导学生走进神奇的航空世界。帮助

目标

学生认识无人机的组成部件和学习如何正确、安全的使用无人机。

教具无人机基础套件、练习用无人机

场地无人机创新实验室、适合飞行操作的场地（例如：操场、体育馆等）

第二及以后学期选修

智能diy航拍竞赛

在学习完必在学习完必修在学习完必修在学习完必

修课后，智能硬课后，无人机课后，无人机航修课后，无人机

件作为选修课DIY作为选修课拍作为选修课竞赛作为选修

程。其内容将以程。将带领学生程。本课程从赏课程。本课程重

学习arduino图组装两种无人析无人机航拍作点训练青少年

形化编程为主、机。在组装的过品出发，介绍了操作穿越机的

并且学习与无程中，深化理解无人机飞行过程飞行技巧。主要

人机相关器件无人机的动力系中的飞行技巧和由实操老师带

和的机械设备，统、控制系统、方法，以及练习飞，主要包括：

如利用米思齐链路系统等分系时需要注意的事基本动作练习，

内容编程、航灯、蜂统的工作原理。项。在日常教学掌握最基本的

鸣器舵机、机械过程中教授学生飞行方法；组合

脱钩等等最后有关无人机航拍动作练习，比较

将整合到无人摄影、摄像时创灵活地飞行；特

机平台，并应用作的基本技巧、技动作练习，熟

与实际生活中。相机的使用技练地飞行；空中

巧；详细讲解了F1穿越练习,

无人机航拍时的高难度的控制

各种拍摄手法和飞行。进行FPV

注意事项；航拍第一人称视角

作品的后期剪辑飞行的教学。

制作。

1、学习编程，通过组装两种无本课程旨在带领本课程旨在让

语言编程打基人机，引导学生学生掌握当下最学员熟练掌握

础对电学和力学有为热门的无人机穿越机的各项

2、学习硬件并一个初阶的认航拍技术，在学飞行技巧，能够

与无人机结合识，帮助学生学习无人机飞行技熟练进行FPV

完成三个实例，习初级力学与电巧的同时，通过第一人称视角

航向灯、寻机报学知识，加强对航空摄影创作激飞行，进行穿越

目标

警器、灾难救电池、电机等电发学生对无人机机飞行赛道练

援。子器件的认知程技术和航拍摄影习，为学员参加

度，从而为后续艺术的兴趣，也各项穿越机比

的STEAM学习为学生参加航拍赛做准备。优秀

打下理论基础。比赛打下基础。学生可通过

ASFC等级考

核。

气球，氨气瓶

橡筋动力飞机套

Arduino套件、

件竞赛用穿越无

教具舵机脱钩套件、航拍飞行器

KT板飞机套件人机套件

电脑、F450套件

DIY四轴无人机

套件

场地无人机创新实验室、手工操作台、室外飞行场地

3.课程目录

1)必修课程

分类课程内容课程时长备注

无人机导论认识无人机60分钟每节课包含

无人机分类60分钟30分钟飞行

无人机历史60分钟操作

无人机现状及未来展望60分钟

无人机的应用60分钟

无人机的法律法规60分钟

无人机安全飞行条件60分钟

无人机基础部无人机基础部件认识-螺旋60分钟

件认识桨

无人机基础部件认识-电机60分钟

无人机基础部件认识-电调60分钟

无人机基础部件认识-电池60分钟

无人机基础部件认识-飞控60分钟

无人机基础部件认识-机架60分钟

无人机基础部件认识-GPS60分钟

无人机基础部件认识-载荷60分钟

本课程为第一学期的必修课程，每个班级以20人为上限，根据人数可开设多个

必修课。

2）选修课程

a）智能无人机

内容课时

Helloworld世界你初识arduino通过米思齐编写程序，点量

160分钟

好一盏小灯

认识米思齐基础模通过几个小实验了解循环、判断、串口模

260分钟

块块

3流水灯制作流水灯练习、并且巩固一二课的内容60分钟

应用实战：项目目标硬件搭建、包括一些

4航向灯制作（上）60分钟

基础元件简介

5航向灯制作（中）程序编写（给出要达到的效果）60分钟

6航向灯制作（下）程序编写（提高难度模拟真实航灯）60分钟

成果展示与室外测

7将完成的航灯测试60分钟

试

8远程控制小灯用无人机遥控控制二极管60分钟

9蜂鸣器使用用蜂鸣器播放音乐60分钟

10报警器制作利用蜂鸣器作为无人机的回收报警器60分钟

11如何控制舵机使用arduino控制舵机转动60分钟

使用arduino控电机转动并制作一个无级

12变速电机60分钟

变速器风扇

13舵机脱钩了解舵机脱钩原理和比赛规则60分钟

用舵机脱钩与arduino无人机结合实现物

14灾难救援60分钟

体挂载、投放

模拟灾区有人被困，同过无人机运送补

15灾难救援（比赛）60分钟

给。

b）无人机DIY

课时（60

分类课程名称内容

分钟/节）

DIY理论无人机diy原理固定翼原理，旋翼机原理1

系留飞行器气球飞行原理与制作气球原理，浮力相关知识1

纸飞机原理，纸飞机制作，空

纸飞机飞行原理和制作1

气动力学知识

固定翼

橡筋动力固定翼原理和制

弹性势能知识，机翼形状2

作

遥控固定翼飞行原理和制组装kt板固定翼飞机，调试固

4

作定翼飞机

多旋翼四轴无人机原理和制作四轴无人机的组装调试和飞行7

c)无人机航拍

课程内容课程名称课程类别

感受航拍作品体验航拍航拍摄影入门

航拍软件应用航拍小帮手

校园航拍摄影取材技巧践行梦想：航拍摄影

校园航拍摄影取材技巧

航拍成果展示摄影大展+实战考验2

无人机航拍基础知识追逐梦想：航拍摄像无人机航拍摄

无人机航拍摄像技巧一技巧像入门

无人机航拍摄像技巧二

无人机航拍摄像技巧三

无人机航拍摄像技巧四

视频后期处理剪辑小能手

视频后期处理

全景软件使用介绍超越梦想：VR全景照全景VR入门

全景软件使用介绍片入门

无人机航拍视频+全景照片展示精品视频鉴赏+VR展

示

d）无人机竞赛

课时

课程名飞行条件内容（60分

钟/节）

多旋翼基本操作和讲解多旋翼的操作，安

11

安全飞行全飞行教育

多旋翼起飞垂直降

2使用印S让学生体会油门的控制1

落

多旋翼目视高度悬进行对尾悬停，体会前

3不使用gps1

停飞行后左右的方向感

分解为对尾悬停，对侧

4多旋翼四位悬停不使用gps悬停和对头悬停，给占3