資源簡介

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信息技術 第15課 無人機飛行
課題 無人機飛行 單元 第三單元 學科 信息技術 年級 九年級
教材分析 《無人機飛行》該課時教材編排了“無人機飛行原理—無人機飛行實踐”的系列學習活動，旨在讓學生了解無人機的組成，能歸納無人機的組成的特點;通過了解無人機飛行的原理，初步理解無人機飛行的原理;能根據實際需要選擇合適的無人機飛行實踐，具有理解無人機的意識。教材編排合理，教學環節注重實踐與理論相結合，教材內容貼近學生生活實際，符合九年級學生認知特點。
教學目標 1、信息意識：能夠認識到無人機飛行中信息的重要性，主動了解無人機相關的技術信息、法律法規信息等。 2、計算思維：能夠對無人機飛行中出現的問題進行分析和抽象，找出問題的本質，并提出有效的解決方案。3、數字化學習與創新：掌握使用數字化工具學習無人機知識和技能的方法。4、信息社會責任：了解無人機飛行的法律法規和道德規范，自覺遵守相關規定，不進行非法飛行和侵犯他人隱私的行為。
重點 一、無人機飛行原理二、無人機飛行實踐
難點 1、無人機飛行實踐
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 通過學習了解無人機飛行的原理，能用編程解決無人機飛行問題;通過無人機飛機的操作實踐，能了解無人機飛行安全的重要性。探究：1、無人機的工作原理是什么 2、無人機是如何保證安全飛行的 無人機飛行，首先由地面飛行控制系統發送飛行信息和指令，其次由無人機上配置的控制器接收地面飛控系統的信息和指令，最后由無人機的電機和螺旋槳等部件做出飛行動作，實現平穩飛行。無人機的飛行動作可通過編程進行控制，實現無人機的智能飛行。 通過老師講解和學生之間的相互討論有關無人機的飛行原理。 幫助學生理解如何使用無人機是如何飛起來并穩定的。
講授新課 一 、無人機飛行原理 常見的民用無人機是由電機帶動螺旋槳旋轉產生升力而飛起來的。根據牛頓第三定律，相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上。如四旋翼無人機，當飛機四個螺旋槳的升力之和等于飛機所受總重力時，飛機就可以懸停在空中了。圖15-1為四旋翼無人機的示意圖，背景中的三角形紅頭表示飛機的機頭朝向，螺旋槳M1、M3的旋轉方向為逆時針，螺旋槳M2、M4的旋轉方向為順時針。飛行時，M2、M4所產生的逆時針反作用力和M1、M3產生的順時針反作用力相抵消，飛機機身就可以保持平穩的姿態飛行。親身體驗嘗試用無人機或者在學習平臺體驗無人機飛行，比如直線前進或倒退飛行、升高或下降飛行、轉彎飛行等，感受無人機飛行的簡單操作。溫馨提示在虛擬環境中，只要偏轉的角度確定，無人機就能按照預設進行飛行。在現實生活中，由于電機生產工藝、電池電量、風等因素，無人機不一定能按照程序完成飛行任務。新知拓展無人機的工作原理是什么 無人機工作原理涉及飛行、動力、控制和通信系統。利用空氣動力學產生升力，可調整機翼角度或旋翼轉速控制姿態。動力有電池和燃油發動機，電池供小型機，燃油供大型機。控制系統包括遙控和自主飛行，遙控由遙控器發指令，自主飛行靠編程和傳感器算法。通信系統有數據和圖像傳輸，采用無線電或衛星通信等方式。無人機是復雜系統工程，技術發展拓展其應用領域。二 、無人機飛行實踐無人機飛行實踐:無人機以等邊三角形的一個頂點為起點，起飛后沿邊飛行，最終完成等邊三角形飛行圖案。飛行路線圖如圖15-2所示。1.問題分析由于等邊三角形的三個內角均為60°，所以每完成一個邊長的飛行后，需要控制無人機順時針旋轉120°后繼續飛行100cm，直到完成等邊三角形的飛行任務。以順時針飛行為例設計無人機飛行路線，具體執行過程分析如下:①無人機起飛;②前進 100cm;③右轉 120°;④前進100cm;⑤右轉 120°;⑥前進 100cm; 降落。2.設計流程圖確定好飛行航線后，為了使編寫的程序條理更清晰，可將具體執行過程繪制成流程圖，如圖 15-3所示。新知拓展無人機是如何保證安全飛行的 一、硬件方面結構設計：采用堅固材料制作機身，如碳纖維；設計合理外形降低風阻。傳感器配置：安裝 GPS 模塊定位；配備 IMU 感知姿態和運動狀態；有的還裝距離傳感器避免碰撞。
二、軟件方面飛行控制算法：采用先進算法，如 PID 控制，根據傳感器數據調整姿態和速度；具備自動穩定功能。安全保護機制：設置飛行高度和距離限制，防止失控。3.項目實施不同型號的無人機可以選擇不同的方式進行程序編寫，可選擇C、C++Python等編程語言，也可選擇圖形化編程軟件。不論選擇何種方式進行程序編寫，其思路基本一致，可根據表15-1準備和實施。實施項目實施內容提示場地搭建在地面構建一個邊長為100cm的等邊三角形試飛場構建等邊三角形時，最好能標注出三個頂點和邊線程序設計程序可以參照設計流程圖進行程序編寫設置編程模塊參數時要考慮可能產生的誤差調試采取逐段編程調試的方法進行調試，以提高調試效率運行程序時要選擇空曠的場地，避免碰撞溫馨提示無人機飛行注意事項(1)禁止無人機在超過限定高度的空域飛行。(2)禁止無人機在人口或建筑物密集地區飛行。(3)使用無人機進行拍攝時務必尊重他人的隱私權。(4)禁止無人機搭載任何違法危險物品飛行。(5)禁止無人機在機場、政府大樓、交通要道、軍事設施等法律規定的禁飛區飛行。(6)確保無人機飛行時不會對載人飛行器造成影響，切勿在載人飛行器附近飛行，必要時立即降落。(7)確保無人機在操控者的視線范圍內飛行，若有必要可安排觀察員監控無人機的位置。(8)無人機飛行前要確保飛行的區域是被法律允許的，依據法律法規，飛行前需要了解禁飛區。禁飛區指某一領地的上空禁止任何未經特別申請許可的飛行器飛入或飛越的空域。親身體驗設計一張正六邊形的路線圖，標注出起點和終點，設計其流程圖，并用程序控制無人機按路線圖完成飛行。一、正六邊形路線圖
假設以某一固定點為中心，正六邊形的邊長為一定長度（比如 10 米）。可以在平面上畫出一個正六邊形，標記一個角為起點，順時針或逆時針依次標注各頂點，最后回到起點作為終點。二、流程圖無人機起飛至起點位置并懸停。沿第一個邊的方向飛行特定距離（邊長）。調整方向，準備飛行下一條邊。重復步驟 2 和 3，直到完成六邊形的六條邊的飛行。飛回起點位置并懸停，降落。三、隨堂練習 1.通過無人機飛等邊三角形和正六邊形航線兩個實例，探究有關無人機飛正n邊形偏轉角度的問題。一、實例分析
等邊三角形：內角均為60°，無人機飛完一條邊后需偏轉120°（180°-60°）。從起點起飛，沿一方向飛完一條邊，再偏轉120°飛第二條邊，重復操作完成第三條邊回到起點。 正六邊形：內角和為720°，每個內角120°，無人機偏轉角度為60°（180°-120°）。從起點起飛，沿特定方向飛完一條邊，偏轉60°飛第二條邊，重復至完成六條邊回到起點。 二、正邊形偏轉角度規律
對于n邊形，內角和為（n-2）X180°，每個內角為（n-2）X180°/n，無人機偏轉角度為180°- （n-2）X180°/n。如正方形偏轉90°，正五邊形偏轉72°。通過實例總結出的規律可為無人機編程和飛行操作提供依據。 2.設計一張圓形的路線圖，標注出起點和終點，設計其流程圖，用程序控制無人機實現飛圓。 一、圓形路線圖
確定圓心點，以一定半徑畫圓，標記圓周上一點為起點和終點。
二、流程圖無人機起飛至起點懸停。設定圓心坐標、半徑和角速度。調整方向和位置沿圓周飛行。回到起點后懸停降落。四 、知識拓展1、無人機應用農業2、無人機在物流領域的應用3、無人機在公共安全領域的應用拓展： 學生之間互相討論無人機的飛行原理。學生通過觀看課件和聽老師講解，去進行無人機的飛行實踐。學生查找資料，相互討論對于本堂課中老師提出的問題進行解答。學生通過觀看視頻和自我思考我們生活中在線協同的運用。 幫助學生積極融入課堂，提高學生學習積極性。 學生通過邊看邊聽的形式進行了無人機的飛行實際。 讓學生鞏固了解本堂課的內容，加深學生對所學知識的印象。讓學生通過視頻思考，進一步加深對課堂所學內容的理解。
布置作業 規劃一條簡單的無人機飛行航線，并在實際操作中執行。可以選擇在空曠的場地或室內飛行區域進行。記錄飛行過程中的數據，如飛行距離、速度和電池消耗等，并繪制出飛行軌跡圖。 完成作業 培養學生查閱資料的能力，分析解決問題的能力
課堂小結 本次無人機課程，我們收獲滿滿。理論上，了解了無人機工作原理，包括空氣動力學升力產生、動力系統、控制系統和通信系統。認識了硬件組成如機身材料、GPS 模塊、慣性測量單元和距離傳感器等。還學習了軟件控制方面的飛行算法和安全機制。實踐中，掌握了無人機基本操控技巧，如起飛、降落、懸停和方向控制。學會根據情況調整參數，進行了簡單航線規劃和任務執行。拓展方面，知曉了無人機在農業、物流、環保、影視、考古、能源和公共安全等領域的廣泛應用，開拓了視野。 分組總結歸納 鍛煉學生的總結能力，邏輯思維、語言表達能力。
板書 一、無人機飛行原理二、無人機飛行實踐 學習、記憶及勾畫知識點 明確教學內容及重點和難點
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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