資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
信息技術 第16課 無人機創意飛行
課題 無人機創意飛行 單元 第三單元 學科 信息技術 年級 九年級
教材分析 《無人機創意飛行》該課時教材編排了“無人機編隊飛行基礎-無人機編隊飛行實踐”的系列學習活動，旨在讓學生通過無人機創意飛行的學習，能歸納無人機編隊飛行基礎;通過體驗無人機編隊飛行實踐，初步理解無人機編隊飛行實踐;能根據實際需要選擇合適的無人機相關的知識，具有在線協同的合作規則意識。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：能夠認識到無人機在信息獲取和傳遞方面的重要作用，了解無人機作為一種新型信息工具的優勢。 2、計算思維：理解無人機飛行的基本原理和控制邏輯，包括傳感器數據的采集與處理、飛行姿態的調整等。 3、數字化學習與創新：掌握無人機相關的數字化工具和軟件的使用方法，如飛行控制軟件、圖像編輯軟件等，提升數字化技能。 4、信息社會責任：了解無人機飛行的法律法規和安全規范，樹立正確的法律意識和安全意識。
重點 一、無人機編隊飛行基礎二、無人機編隊飛行實踐
難點 1、無人機編隊飛行基礎
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 通過學習無人機編隊飛行的原理和關鍵技術，了解無人機編隊表演的基本流程;通過小組合作探究學習，能針對多架無人機編隊飛行進行設計。 探究：1、根據你的經驗或想象，無人機編隊適用于哪些領域 2、無人機編隊飛行是如何實現的 生活中，我們經常看到鴿子、大雁、蜜蜂等群體飛行，它們通過彼此間的信息交流，自發地形成有規律的飛行編隊。借鑒生物群體交流信息和協調集體行動的方式，并將這樣的智慧應用于無人機的編隊飛行中，以優化其飛行模式。 通過老師講解和學生之間的相互討論無人機編隊飛行的原理。 幫助學生理解如何安全并正確地了解無人機編隊飛行的原理。
講授新課 一 、無人機編隊飛行基礎 無人機編隊飛行是指多架無人機為適應任務要求而進行的某種隊形排列和任務分配的組織模式，它既包括編隊飛行的隊形產生、保持和變化，也包括飛行任務的規劃和組織。 1.編隊飛行關鍵技術 常見的編隊飛行關鍵技術包括通信、自主導航、集群控制、防碰撞、任務規劃等。 (1)通信技術 編隊飛行過程中，無人機之間需要進行實時通信，以保證飛行的協調性和安全性。無人機之間進行通訊是實現協同飛行、共享信息等功能的基礎。編隊通訊可以通過無線電、紅外線、激光等方式進行。 （2）自主導航技術 編隊飛行需要無人機具備一定的自主導航能力，以實現在不同的環境下自主調整飛行軌跡和姿態。自主導航技術涉及傳感器、導航算法、控制器等多個方面。 （3）集群控制技術 編隊飛行需要對多架無人機進行集群控制，以實現飛行的協調性和同步性。集群控制技術包括領航、跟隨、協同等多個方面。 (4)防碰撞技術 編隊飛行過程中，無人機之間需要保持一定的間距和速度，避免發生碰撞。因此，需要采用高精度的避障和防碰撞技術，以確保飛行的安全性和穩定性。 (5)任務規劃技術 編隊飛行需要對不同的任務進行規劃和優化，以滿足不同的需求。任務規劃技術包括路徑規劃、任務分配、資源調度等多個方面。 2.編隊表演流程 無人機編隊飛行的流程主要分為編隊集結、編隊保持和編隊重構三個部分。其中編隊集結分為編隊形成和編隊解散；編隊保持分為編隊朝任務區飛行和編隊返回；編隊重構是指編隊朝任務區飛行過程中動態調整隊形和進入任務區領域執行任務時的動態調整(如圖16-1)。 3.編隊飛行實例 編隊飛行是無人機按一定隊形編組或排列飛行，應用范圍廣泛，除了軍事領域外，也是近年來越來越受歡迎的一種藝術表演形式(如圖16-2)。開動腦筋在無人機編隊表演中，若動態調整隊形后，至少停留多少時間才能使編隊呈現最佳視覺效果 在無人機編隊表演中，動態調整隊形后，一般至少停留 3 至 5 秒，才能使編隊呈現最佳視覺效果。停留時間過短，觀眾難以深刻感受新隊形；這個時長能讓觀眾充分欣賞編隊造型，也給予攝影師抓拍時間。具體停留時間會因表演場地、觀眾距離、表演內容復雜程度等因素而不同。新知拓展根據你的經驗或想象，無人機編隊適用于哪些領域 無人機編隊適用多個領域，包括文化藝術領域可增強舞臺氛圍、與藝術展覽互動；商業營銷領域用于企業新品發布、吸引購物中心人流和樓盤展示；教育科研領域可引入課程培養學生能力及供科研機構研究；城市管理領域能為規劃提供數據、協助交通管理和進行環境監測。二 、無人機編隊實踐 在廣袤的宇宙之中，有一些恒星不像太陽一樣“孤獨”地運轉，而是有另一顆恒星相伴，兩顆恒星互相環繞運轉，在天文學中叫作“雙星系統”，即兩顆恒星互繞旋轉的系統(如圖16-3)。用無人機模擬質量相同的兩個恒星互相環繞飛行以實現“雙星環繞”效果，如圖 16-4所示。新知拓展無人機編隊飛行是如何實現的？無人機編隊飛行主要依靠通信技術、定位技術、飛行控制算法和地面控制站實現。通信技術如 Wi-Fi 等用于地面控制站向無人機發送指令及無人機間通信；定位技術包括 GNSS 和慣性導航系統，為無人機提供精確位置信息；飛行控制算法根據預設編隊隊形和任務要求計算每架無人機的飛行軌跡和控制指令；地面控制站實時監控無人機狀態并發送指令調整編隊隊形和執行任務。1.問題分析兩架無人機相對擺放，并保持一定的距離(如2米)。聯網成功后同步起飛，使用弧線坐標類的飛行模塊，繞圓弧進行飛行，兩架無人機的航線恰好拼成一個圓形軌跡，重復執行相同次數，最后降落。這就是“雙星環繞”編隊飛行的基本步驟。知識鏈接授時 傳統意義上，授時是指時間傳遞和核對時間，這里主要是指讓多架飛行器接收同步信號，使其系統時間具有一致性，不同的授時方案，同步精度也不同。2.設計流程圖參照上述分析，以無人機模擬“雙星環繞”效果，以環繞10圈為例，設計流程圖如圖 16-5所示。3.項目實施不同的無人機，編程環境和編程語言可能也不同，但完成任務的基本思路是相似的。根據上述分析和流程圖，結合表16-1準備和實施無人機編隊飛行。親身體驗嘗試用三架無人機以等邊三角形的隊形編隊起飛，模擬三星系統相互環繞飛行，如圖16-6所示。三、單元小結與反思本單元，你通過學習與完成每課實踐任務，了解預測原理，了解影響人們選擇出現方式的因素。感受人工智能對解決問題的思維方式產生的深刻影響。了解無人機的概念、無人機各部件的組成及原理，了解無人機編隊飛行的原理。 課后可與家人、同伴開展分享、交流學習活動，和團隊創造出滿足預測出行要求的作品成果，通過編程實現多架無人機編隊起飛。親愛的家人和朋友們： 本單元學習中，我了解了預測原理及影響人們選擇出現方式的因素，感受了人工智能對解決問題思維方式的深刻影響。還認識了無人機的概念、各部件組成及原理，以及無人機編隊飛行的原理。課后，可與家人、同伴分享交流，共同創造滿足預測出行要求的作品成果，并通過編程實現多架無人機編隊起飛。謝謝！四、隨堂練習以小組為單位，舉辦一次班級無人機編隊表演秀。為舉辦班級無人機編隊表演秀，可按以下步驟進行：
一、前期準備（1）組建小組，明確分工，確定負責人。（2）選寬敞、無障礙物且信號好的場地，確保安全。（3）準備無人機，檢查調試，確保性能良好、電池充足。（4）設計表演方案，確定主題風格、規劃飛行路徑和隊形變化，結合音樂燈光。（5）進行排練，熟悉流程和操作技巧，優化方案。二、表演實施（1）現場布置，設置觀眾席和表演區域，安裝燈光音響。（2）設備調試，確保無人機正常運行、信號穩定。（3）開場介紹表演主題目的流程，播放開場音樂視頻。（4）按方案操控無人機編隊飛行，注意安全和距離，結合音樂燈光。（5）設置互動環節，增加觀眾參與度。（6）安全降落無人機，主持人總結發言。
三、后期總結（1）收集反饋，分析總結經驗教訓。（2）整理資料，制作照片視頻等。五 、知識拓展1、無人機編隊飛行剪輯2、不同類型的無人機編隊飛行：3、無人機編隊飛行的未來發展趨勢： 學生之間互相討論無人機編隊飛行基礎。學生通過觀看課件和聽老師講解，了解無人機編隊實踐。通過本單元的學習對所學內容進行總結。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安全保護服務器。 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了解無人機編隊實踐。 讓學生記憶了解本單元的內容，加深學生對所學知識的印象。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 利用在線資源，查找一款免費的殺毒軟件，并下載安裝到自己的電腦上。然后寫下安裝過程和使用初體驗。 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 本課程中，我們學習了無人機編隊飛行。了解了無人機概念、部件組成及原理，認識到其在多個領域的應用，掌握了編隊飛行的實現方式及面臨的技術挑戰，明確了未來發展趨勢。課程拓展了知識，為進一步探索奠定基礎。 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、無人機編隊飛行基礎二、無人機編隊飛行實踐 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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