摘要：針對(duì)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展趨勢(shì)和基礎(chǔ)合訓(xùn)類學(xué)員的任職需求，以提高學(xué)員的綜合實(shí)踐能力和激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣為目的，介紹基于AR.Drone四軸飛行器開(kāi)展飛行器控制軟件的合訓(xùn)類本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的探索實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)合訓(xùn)；本科畢業(yè)設(shè)計(jì)；四軸飛行器；AR.Drone

引 言

畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等院校培養(yǎng)高素質(zhì)綜合型人才的最后一個(gè)階段，也是學(xué)員在任職前經(jīng)歷的一個(gè)綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)員在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用本科期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和基本技能分析、研究和解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，從而提高學(xué)員的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，其質(zhì)量是衡量高等院校教育教學(xué)水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

基礎(chǔ)合訓(xùn)類學(xué)員的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)適應(yīng)軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)、打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)需要的懂技術(shù)、會(huì)管理、能指揮的高素質(zhì)初級(jí)指揮軍官。作為從院校走向部隊(duì)工作崗位的一個(gè)過(guò)渡，合訓(xùn)類本科畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該反映作戰(zhàn)方法研究和工程技術(shù)研究的雙重特點(diǎn)，題目要具有一定的應(yīng)用性和前瞻性，例如各種新型武器裝備在作戰(zhàn)應(yīng)用中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題和直接需求。

圍繞“院校教育向部隊(duì)靠攏”這個(gè)主題，針對(duì)如何適應(yīng)部隊(duì)未來(lái)信息化作戰(zhàn)需要以及如何培養(yǎng)學(xué)員實(shí)踐動(dòng)手能力和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣等問(wèn)題，筆者所在教研室在AR.Drone四軸飛行器的基礎(chǔ)上開(kāi)展了合訓(xùn)類本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的探索，從選題、開(kāi)題、指導(dǎo)、演示到答辯等整個(gè)環(huán)節(jié)采取了一系列措施。

1 AR.Drone飛行器和選題介紹

當(dāng)前，無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)、自治系統(tǒng)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中得到廣泛應(yīng)用，無(wú)人飛行器憑借成本低、適應(yīng)力強(qiáng)、出勤率高、零傷亡等特點(diǎn)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的重要組成部分。無(wú)人飛行器如何完成作戰(zhàn)任務(wù)、如何進(jìn)行技術(shù)革新是現(xiàn)代軍人面臨的問(wèn)題。作為未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的主力軍，合訓(xùn)學(xué)員應(yīng)該了解、應(yīng)用、革新無(wú)人飛行器等新型武器裝備。

近兩年來(lái)，我們以AR.Drone四軸飛行器為平臺(tái)，開(kāi)展面向無(wú)人飛行器控制軟件創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的合訓(xùn)類本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，旨在提高學(xué)員對(duì)信息化裝備的操控能力和技術(shù)革新能力，并了解信息化裝備戰(zhàn)斗力生成的一般模式和創(chuàng)新思維。

AR.Drone是法國(guó)Parrot公司開(kāi)發(fā)的一款遙控四軸飛行器（如圖1所示），計(jì)算機(jī)、平板電腦和智能手機(jī)等設(shè)備可以通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。AR.Drone有4個(gè)無(wú)刷內(nèi)轉(zhuǎn)馬達(dá)以及陀螺儀、加速度計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)、超聲波等傳感器，配備兩個(gè)攝像頭，使用ARM A8 CPU和Linux操作系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令控制飛行器動(dòng)作以及獲取狀態(tài)、角度、海拔、速度等飛行數(shù)據(jù)和傳感器獲取的各種數(shù)據(jù)，尤為重要的是AR.Drone還提供豐富的二次開(kāi)發(fā)接口和成熟的SDK開(kāi)發(fā)環(huán)境。

在AR.Drone平臺(tái)上，我們圍繞飛行器控制軟件革新這個(gè)主題，結(jié)合現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)無(wú)人飛行器的應(yīng)用需求開(kāi)展合訓(xùn)類本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，已有選題如表1所示。由表l可知，這些畢業(yè)設(shè)計(jì)選題具有鮮明的軍事特色，可有效提高無(wú)人飛行器的軍事應(yīng)用價(jià)值和智能化水平，所涉及的技術(shù)內(nèi)容與本科階段學(xué)習(xí)的很多計(jì)算機(jī)專業(yè)課程密切相關(guān)（例如網(wǎng)絡(luò)、嵌入式設(shè)備、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能等），從而能夠進(jìn)一步深化與升華所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)并提高學(xué)員的綜合實(shí)踐能力。

2 主要采取的措施

這些題目公布之后，立刻在學(xué)校合訓(xùn)類學(xué)員中引起很大反響，很多學(xué)員主動(dòng)要求參加四軸飛行器的畢業(yè)設(shè)計(jì)。但是合訓(xùn)類學(xué)員為了適應(yīng)第一任職的需要，本科學(xué)習(xí)期間在軍事指揮及體育訓(xùn)練方面花費(fèi)了很多時(shí)間，相比技術(shù)類學(xué)員而言，合訓(xùn)類學(xué)員在專業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)踐能力上有所不足；合訓(xùn)類學(xué)員在畢業(yè)學(xué)期還面臨繁重的畢業(yè)聯(lián)考任務(wù)，從事畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間和精力不能得到有效保障。

相比以前的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，這些題目的難度和工作量明顯增加。為保證完成質(zhì)量，我們從選題、開(kāi)題、指導(dǎo)、成果演示、論文撰寫到答辯的整個(gè)過(guò)程都采取了一些針對(duì)性措施，取得了較好的效果。

2.1 選題和前期準(zhǔn)備

在擬定題目時(shí)，教研室組織相關(guān)指導(dǎo)教員集中討論，以技術(shù)專題形式給出一組有軍事應(yīng)用背景、難度適中的題目，而且要求指導(dǎo)教員清晰明了題目的主要工作量、技術(shù)路線和難點(diǎn)；然后，在教務(wù)統(tǒng)一組織下進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)題目宣講，介紹題目的主要任務(wù)和所需的基礎(chǔ)知識(shí)等，使學(xué)員能夠針對(duì)自身情況進(jìn)行選題，并請(qǐng)學(xué)員隊(duì)推薦一些基礎(chǔ)好、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)員。為了保證前期準(zhǔn)備更加充分，這些工作提前到第七學(xué)期完成。

在學(xué)員選定題目后，導(dǎo)師與學(xué)員見(jiàn)面，進(jìn)一步介紹課題并提供相應(yīng)資料，并要求學(xué)員在第七學(xué)期（包括寒假期間）預(yù)先準(zhǔn)備好一些工作，包括學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和閱讀AR.Drone的技術(shù)文檔等。

2.2 開(kāi)題及開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建

開(kāi)題是讓學(xué)員在導(dǎo)師指導(dǎo)下通過(guò)查閱資料和初步的研究工作進(jìn)一步加深對(duì)課題的理解，了解國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀和相關(guān)發(fā)展趨勢(shì)，明晰課題需要解決的關(guān)鍵理論問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題，并確定研究的基本方法、技術(shù)路線和實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)員要與導(dǎo)師一起確定研究計(jì)劃，并估計(jì)可能遇到的困難和擬采取的解決措施。由于資料較多，且主要為英文材料，這個(gè)階段鼓勵(lì)同一專題的學(xué)員分工閱讀，然后再通過(guò)報(bào)告、討論的形式在組內(nèi)交流，一方面減少工作量，另一方面鍛煉口頭表達(dá)能力。

由于AR.Drone自帶的SDK規(guī)模較大，并且涉及飛行器的很多技術(shù)細(xì)節(jié)問(wèn)題，學(xué)員難以快速理解和掌握。我們?cè)贏R.Drone SDK的基礎(chǔ)上，結(jié)合一些開(kāi)源項(xiàng)目構(gòu)建了一個(gè)二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)把AR.Drone的常用功能進(jìn)一步封裝成一些API，主要分為飛行器控制和傳感器數(shù)據(jù)接收兩個(gè)模塊，同時(shí)還把需要用到的第三方資源（例如計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV）一并打包。這個(gè)平臺(tái)在很大程度上減少了畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作量，使學(xué)員將精力集中到課題本身的研究上。

2.3 全程指導(dǎo)

學(xué)校要求合訓(xùn)類畢業(yè)設(shè)計(jì)以技術(shù)專題的形式組織，每個(gè)專題包括5～7個(gè)子課題，由一個(gè)導(dǎo)師組負(fù)責(zé)，導(dǎo)師組中每位老師指導(dǎo)1～2名學(xué)生。每位導(dǎo)師的專業(yè)方向有所差異，這樣對(duì)學(xué)員的指導(dǎo)更加全面。每個(gè)導(dǎo)師組由一名正高職教員任負(fù)責(zé)人，進(jìn)行該組的整體協(xié)調(diào)，并對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)整體進(jìn)度進(jìn)行檢查、督促。學(xué)校要求學(xué)員每個(gè)星期都要向?qū)焻R報(bào)工作進(jìn)展，每個(gè)月向?qū)熃M匯報(bào)一次，使整個(gè)過(guò)程中每名學(xué)員的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度可控，不會(huì)被聯(lián)考等任務(wù)所干擾而滯后。

“授人以魚不如授之以漁”，導(dǎo)師指導(dǎo)不是直接告訴結(jié)果或幫學(xué)員調(diào)試程序，而是介紹原理、傳授經(jīng)驗(yàn)和啟迪思想，盡量培養(yǎng)學(xué)員的自學(xué)能力，這樣才會(huì)在畢業(yè)設(shè)計(jì)的后期發(fā)揮重要作用，對(duì)學(xué)員今后的成長(zhǎng)也大有裨益。教員還要注意培養(yǎng)一種組內(nèi)團(tuán)結(jié)協(xié)作的氣氛，鼓勵(lì)學(xué)員之間的相互學(xué)習(xí)和探討，基礎(chǔ)好的要多幫助基礎(chǔ)稍差的，彼此形成一種良性的競(jìng)爭(zhēng)。

2.4 成果演示及論文撰寫

學(xué)校規(guī)定合訓(xùn)類畢業(yè)設(shè)計(jì)在答辯前必須進(jìn)行成果演示，由導(dǎo)師組之外的教員構(gòu)成專家組現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審，演示不通過(guò)則不能答辯。為確保演示成功，要求學(xué)員在完成程序編寫和調(diào)試外，還要進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，并做異常情景處理預(yù)案，這也足培養(yǎng)綜合素質(zhì)的一方面。

撰寫論文是畢業(yè)設(shè)計(jì)本身的要求，表達(dá)和寫作能力對(duì)今后工作來(lái)說(shuō)也非常重要。但是，由于學(xué)員之前并沒(méi)有接受過(guò)這方面的系統(tǒng)訓(xùn)練，科技論文寫作的基礎(chǔ)比較薄弱，還有部分學(xué)員把畢業(yè)設(shè)計(jì)局限為寫好程序和做好實(shí)驗(yàn)，對(duì)論文不夠重視。導(dǎo)師應(yīng)幫學(xué)員認(rèn)識(shí)到撰寫畢業(yè)論文的意義，介紹論文撰寫方法和規(guī)范，梳理論文主要提綱。論文經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是：工作重點(diǎn)不突出，內(nèi)容邏輯性不嚴(yán)謹(jǐn)，圖表、公式和參考文獻(xiàn)引用不規(guī)范等。所以，學(xué)員需要在導(dǎo)師的指導(dǎo)下對(duì)論文反復(fù)修改。目前，學(xué)校對(duì)本科畢業(yè)論文還有查重的要求，這就需要在撰寫論文時(shí)一定要用自已的語(yǔ)言進(jìn)行表述。

2.5 論文評(píng)閱及答辯

在論文提交后，由兩名教員對(duì)論文進(jìn)行評(píng)閱，給出評(píng)定結(jié)果和具體修改意見(jiàn)，并責(zé)令指導(dǎo)教員督促學(xué)員修改論文。論文評(píng)閱要在答辯前兩周完成，目的是給論文修改留下足夠時(shí)問(wèn)。

在論文答辯階段需要學(xué)員完成報(bào)告片的制作和試講，導(dǎo)師要讓學(xué)員明白答辯的重點(diǎn)足在有限的時(shí)間內(nèi)圍繞自己的核心工作和關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行介紹，重點(diǎn)要突出，思路要清晰，這樣才能給答辯專家留下深刻印象。由于臨場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)欠缺等主觀岡素，很多學(xué)員答辯報(bào)告的質(zhì)量仍然不夠理想答辯前導(dǎo)師需要組織答辯試講，通過(guò)反復(fù)的練習(xí)、點(diǎn)評(píng)提高學(xué)員的臨場(chǎng)表達(dá)能力和對(duì)報(bào)告進(jìn)度的控制能力。

3 成果和不足

基于AR.Drone飛行器進(jìn)行合訓(xùn)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的效果總體較好。筆者所在導(dǎo)師組指導(dǎo)的12名學(xué)員中，基本上順利完成了任務(wù)書預(yù)定的目標(biāo)，成績(jī)優(yōu)秀、良好和中等各有2名、8名、2名。圖2給出了在基于手勢(shì)識(shí)別的飛行指揮課題中，進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別的測(cè)試截圖。

學(xué)員們普遍反映，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，個(gè)人的自學(xué)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和論文寫作能力等都有明顯提高。學(xué)員們自己動(dòng)手編寫一個(gè)控制程序，使飛行器能夠完成一些軍事特色的應(yīng)用，覺(jué)得很有成就感。

主要存在的問(wèn)題是畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的難度相比以前有所增加，有些題目涉及網(wǎng)絡(luò)、硬件、軟件等多個(gè)方面，合訓(xùn)類學(xué)員基礎(chǔ)較薄弱、動(dòng)手實(shí)踐能力不強(qiáng)，而且他們還需要在畢業(yè)聯(lián)考上投入不少時(shí)間，這導(dǎo)致很多學(xué)員在畢業(yè)設(shè)計(jì)的前期進(jìn)展非常緩慢，后面的時(shí)間比較緊張，有的學(xué)員由于遲遲沒(méi)有進(jìn)展而產(chǎn)生了放棄的想法。在導(dǎo)師的鼓勵(lì)和指導(dǎo)下，雖然最后基本上完成任務(wù)，但是完成的質(zhì)量還不夠理想。所以，結(jié)合基礎(chǔ)合訓(xùn)類學(xué)員的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一些難度適中的課題是我們未來(lái)的工作重點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合新型武器裝備和現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展，著眼增強(qiáng)合訓(xùn)類學(xué)員培養(yǎng)的針對(duì)性、實(shí)效性和指向性，努力提高合訓(xùn)類畢業(yè)設(shè)計(jì)的軍事應(yīng)用特色是學(xué)校始終追求的目標(biāo)。在AR.Drone四軸飛行器的基礎(chǔ)上，我們圍繞無(wú)人飛行器控制軟件革新開(kāi)展了合訓(xùn)類本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的探索和實(shí)踐，并具體在畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)環(huán)節(jié)采取了一系列措施，取得了較好的效果。下一步我們將結(jié)合前期經(jīng)驗(yàn)和存在的不足，從選題、指導(dǎo)等方面加強(qiáng)對(duì)關(guān)于新型武器裝備的合訓(xùn)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究和改革。