中小学无人机创客实验室建设设计规划.doc

创客实验室建设解决方案空中机器人中小学创客实验室建设方案（初稿）河北恒拓电子科技有限公司2017年8月17日一、背景空中机器人又叫无人机，近年来在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。近些年来，空中机器人从军用走向了民用，同时也衍生出了多种多样的形态和用途。目前使用最为广泛的是多旋翼飞行器，多旋翼飞行器以其简单的结构、超强的机动性、独特的飞行方式以及军事和民事领域展现出的巨大应用价值，引起了国内外学者以及科研机构的广泛关注，并迅速成为目前国际上研究的热点之一，越来越多的人员对其研究以及学习。从教育部获悉，2017年本科院校新增7个无人机相关专业，从侧面印证了无人机行业的前瞻性，无论是现在还是未来无人机智控科技在社会上将掀起一阵新的科技浪潮。国务院印发新一代人工智能发展规划，规划提出要在中小学阶段设置人工智能相关课程，推动人工智能领域一级学科建设，把高端人才队伍建设作为人工智能发展的重中之重，完善人工智能教育体系等内容。2017年义务教育小学科学课程标准提出，为进一步加强小学科学教育，从今年秋季开始，小学科学课程起始年级调整为一年级。并且今年国务院印发新一代人工智能发展规划，其中明确指出应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科，培养复合型人才，形成我国人工智能人才高地。中国STEM教育协作联盟倡导的“以人文引领的学科融合性教育”是STEAM教育理念的延伸，将给国内的中小学人工智能学科教育带来新的探索和尝试。二、理念和必要性随着无人机尤其是多旋翼飞行器技术的不断发展，无人机的用途已经深入各行各业，尤其我国无人机行业发展速度很快，对于人才的需求急剧增加，据估算，我国2018年需要的无人机操作维护人员至少达到20万人未来甚至更多，为面对未来人才的急剧需求和面对日新月异的科技变化时代，我国对人工智能基础教育项目的重视越来越大，而国务院印发的新一代人工智能发展规划更是提出了对中小学人工智能相关教育的战略规划，为培养未来的人工智能人才，人工智能基础教育显得尤为重要，而具体的体现便是空中机器人创客实验室。本方案根据中小学自身的特点，结合本公司产品情况进行中小学科普课程设计，实验室设施不仅可以满足中小学生对空中机器人有一定系统的认识，掌握一定的基础理论知识，还能在平时的课程练习中习得飞行技能和一定专业的编程知识。从认识到组装，从组装到趣味飞行，从趣味飞行到功能性任务完成，再到能力的升华，整个过程一气呵成可谓一举多得。三、 空中机器人创客教育实验室建设目标 建设具有自身特色的空中机器人创客教育实验室，以此为依托促进学校的人工智能基础教育发展和锻炼学生的思维能力以及对人工智能有一定的认识和学习。教师可以依托实验室的硬件以及技术环境进行课程设计和科学理论的普及，进一步促进学校科技智能教育的发展和相关学科课程的升华，促进学校教学能力的提升，为学校的教学发展增添一抹科技亮色。在凭借恒拓系列开源飞行控制器系统等相关技术支持环境下，搭建软件、硬件和通信平台，学生在实验教师的指导下，从简单的入门到最后的飞行小能手、编程小能手，都可以在实验室中实现。另外，近年来中小学生竞赛数量、种类越来越多，其中空中机器人的有关竞赛也越来越受广大中小学的欢迎，实验室的建设可以完善空中机器人竞赛队员培训和选拔体系，不仅能更进一步增加学校人工智能教育建设力度还能培养一批高素质的教师队伍。简单概括创客教育实验室具备一下几点优势：1）建立高水平的空中机器人科普教师团队；2）建立可复制推广的空中机器人知识科普课程体系；3）促进学生对人工智能和空中机器人的认识；4）参加各类相关竞赛并争取优异成绩，增强学校的知名度。5）促进学校科技教育相关学科的发展，增加认可度。四、 实验室方案方案特点1、 空中机器人是嵌入式、传感器、单片机、图像处理等一系列智能技术的一个具体应用，恒拓系列空中机器人是应用的先行者，恒拓飞二次开发平台具有多种接口。恒拓科技在自己的空中机器人中各处均体现了各种技术的综合应用，并且在自己的产品中提供了各种二次开发的功能均可满足课程设置和学生的学习需要。 2、 实验体系搭建的中小学人工智能教育教学需求。无人机创客实验室首先要满足中小学教学的第一需求，所以平台不只是简单的硬件组合，要求所有硬件驱动畅通的前提下，既能满足人工智能知识方面的教学需要，又能满足学生在学习后能力提升的渴求，恒拓本着服务于教育，提高学生品质的宗旨，了解中小学教学需求，强调软硬兼顾，综合发展。3、空中机器人是一个多学科的综合应用体现，也是体现团队合作能力的一个重要平台。既有硬件的基础也要有软件的配合，相辅相成，缺一不可。打造具有自身学校特色的教师团队和学生团队，既解决了学校人工智能相关学科科技教育的需要，也为未来学生的发展奠定了一定的基础。一、 实验室的区域及功能1） 自主设计区提供所有的零部件，同时配备3D打印机，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，也可以自行设计部分外观和结构，通过3D打印技术实现。通过组装让学生熟悉无人机结构与原理，了解相关组成部件。2） 组装与调试区将组装好的飞机进行参数设置和校准，按照手册对机架、电池、螺旋桨、电机、电调、飞行控制器以及遥控器等进行维护，提高学生对飞机的进一步认识和对自身能力的提升。当飞行器出现鼓掌无法正常工作时，学生借助相关测试仪器和平台提供的相关手册，快速判断出故障位置并进行响应修理，突出锻炼学生的动手和以及逻辑思维的能力，形成自己发现问题，自己解决问题的工作态度。3）测试飞行区对设计好的空中机器人，进行试飞和飞行调试，观察姿态和相关飞行参数，从而优化飞行性能。4) 能力提升区通过实验室提供的开源飞行控制器系统和其他解决方案，恒拓提供了相配套的课程和任务，学生可以针对课程任务进行二次开发，利用自己学到的编程基础知识相互配合，团结合作，达到一定的任务目的，提高自己对编程和人工智能之间具象的认识，同时也可以在此区域为竞赛进行功能设计，提高学生的思维逻辑能力。二、实验室的软/硬件配置名称数量备注探路者微型无人机30含备件视觉追踪无人机2无人机起降平台车23D打印机2工业级3D打印耗材若干多功能工具箱2投影仪1多功能试验场地1含多种场景无人机地面站/图形化编程软件/使用权教材30模拟飞行软件30教师培训/以上方案均可以按照客户需求定制5