无人机植保技术 第2版 教案 第一章 农业航空概述-教案

1.1农业航空简介课程名称：农业航空与无人机技术

授课对象：农业技术推广人员、农学专业学生、农业机械化从业人员

课时：1课时一、教学目标知识目标：掌握农业航空的基本概念及其在现代农业中的应用领域（如病虫防治、播种、施肥）。熟悉国内外农业航空的发展现状与核心差异（如中美农药利用率对比）。理解农业航空的技术特点（精准施药、高效覆盖）与政策支持（中央一号文件）。能力目标：能通过数据分析（表1-1）对比中美农业航空的技术差距与改进方向。能结合案例（新疆棉花脱叶项目）设计农业航空作业方案。素养目标：树立绿色农业理念，理解农业航空对减少农药污染、保护生态的意义。强化科技创新意识，认识农业航空在乡村振兴中的战略作用。二、教学重点与难点重点：农业航空的定义与核心技术（GPS导航、低容量喷雾）。国内外农业航空发展现状对比（中国农药使用总量高但利用率低）。难点：如何通过技术优化提升农药利用率（如精准施药参数设置）。政策法规对农业航空发展的推动作用与现存制约因素。三、教学内容与步骤导入（5分钟）案例引入：展示新疆棉花脱叶飞防案例（图1-21），提问：“农业航空如何通过精准施药实现高效脱叶？”播放农业无人机喷洒农药视频，引导学生讨论传统植保与航空植保的差异。核心内容详解（30分钟）农业航空定义：利用航空器（无人机、直升机）进行病虫防治、播种、施肥等作业的现代化技术。核心技术：GPS/北斗导航、低容量喷雾、传感器集成（红外、热成像）。国内外发展现状：中国：农药使用总量全球第一（2021年183.7万吨），但利用率仅31.9%（表1-1）。美国：农药利用率高（1.5kg/公顷），农业航空覆盖45%耕地（图1-2）。技术优势：作业效率高（单机日作业量150-600亩）、应对突发灾害能力强、减少农药残留。案例：中国农科院新疆示范项目通过无人机实现农药减量30%。案例分析（10分钟）案例1：某地区因传统喷雾器效率低导致病虫害爆发，讨论农业航空的替代方案。案例2：对比表1-1中中美农药利用率数据，分析中国提升农药效能的路径。课堂活动（10分钟）小组讨论：分组设计“水稻田飞防方案”，标注飞行高度（1.5-2米）、速度（5m/s）、药剂配比（参考表1-1）。角色扮演：模拟政府与企业合作场景，探讨如何通过政策补贴推动农业航空普及。总结与作业（5分钟）总结：农业航空通过技术创新实现“高效、精准、环保”，是农业现代化的重要工具。需加强政策支持与技术研发，缩小与发达国家的差距。作业：撰写短文分析农业航空对乡村振兴的贡献（300字）。根据图1-1（市场规模预测），预测2025年中国农业无人机市场趋势并说明理由。四、教学资源图片素材：图1-1（农业无人机市场规模）、图1-2（美国植保直升机）、表1-1（中美农药使用对比）。视频辅助：农业无人机精准施药实录、新疆棉花脱叶作业演示。五、教学评估随堂测试：5道选择题（如“农业航空的核心技术不包括？”选项：A.GPS导航，B.人工喷雾）。实践考核：模拟田间场景，要求学员根据作物类型设定飞防参数（正确率≥80%为合格）。备注：教学中需结合《“十四五”全国农药产业发展规划》，强调政策导向与技术创新。通过案例解析引导学生掌握“精准施药、绿色优先”的作业原则，避免盲目追求效率忽视生态效益。

1.2国外农业航空现状课程名称：农业航空与无人机技术

授课对象：农业技术推广人员、农学专业学生、农业机械化从业人员

课时：1课时一、教学目标知识目标：掌握美国、日本、德国农业航空的核心技术特点与发展模式。熟悉各国农业航空的典型应用场景（如美国大规模农田、日本小地块作业）。理解政策法规对农业航空发展的推动作用（如美国FAA法案、德国环保补贴）。能力目标：能通过数据分析（表1-2）对比各国农业无人机的技术路径与市场趋势。能结合案例（日本RMAX无人机）设计小地块飞防方案。素养目标：树立国际视野，理解技术创新对农业现代化的重要性。强化政策敏感性，认识法规标准对行业发展的引导作用。二、教学重点与难点重点：美国农业航空的规模化作业模式（固定翼飞机占80%）。日本微小型无人机的适应性（丘陵、梯田场景）。德国精准农业与环保政策的协同效应。难点：分析不同国家农业航空模式的优劣势（如美国高成本vs日本灵活性）。探讨政策法规如何平衡技术创新与安全监管（如德国无人机认证体系）。三、教学内容与步骤导入（5分钟）案例引入：播放美国农用直升机喷洒作业视频（图1-2），提问：“美国农业航空为何以固定翼飞机为主？”展示日本YAMAHARMAX无人机（图1-3），引导学生讨论小地块作业的技术需求。核心内容详解（30分钟）美国农业航空：技术特点：固定翼飞机主导（80%），年作业面积4000万公顷（占耕地45%）。政策支持：FAA法案开放空域，73亿美元预算降低作业成本（NAAA主导）。日本农业航空：技术特点：微小型无人机（RMAX系列）为主，效率8-12公顷/小时（表1-2）。应用场景：丘陵、梯田等小地块，精准施药减少农药浪费。德国农业航空：技术特点：精准农业集成（GIS、遥感），环保政策驱动（绿色补贴）。数据对比：2023年农业无人机市场规模达2.25亿欧元（表1-2）。案例分析（10分钟）案例1：日本RMAX无人机在梯田作业中因地形复杂导致航线偏移，讨论误差修正策略。案例2：德国某农场因未通过无人机认证导致罚款，分析合规操作的重要性。课堂活动（10分钟）分组讨论：对比美、日、德三国农业航空模式，总结技术路径差异（规模化vs灵活化vs精准化）。角色扮演：模拟国际农业航空峰会，各组代表阐述本国发展经验并提出合作建议。总结与作业（5分钟）总结：国外农业航空通过技术、政策、市场协同，实现高效、环保、可持续的作业模式。中国需借鉴国际经验，结合国情发展差异化技术路径。作业：撰写报告分析日本微小型无人机对中国丘陵农业的借鉴意义（400字）。根据表1-2（德国无人机数据），预测2025年德国农业无人机应用占比并说明依据。四、教学资源图片素材：图1-2（美国植保直升机）、图1-3（日本RMAX无人机）、表1-2（德国农业无人机数据）。视频辅助：美国固定翼飞机作业实录、日本梯田飞防演示、德国精准农业监测系统介绍。五、教学评估随堂测试：5道选择题（如“日本农业航空主要机型是？”选项：A.固定翼飞机，B.RMAX无人机）。实践考核：根据德国环保政策要求，设计一份“精准施肥飞防方案”（含药剂配比、飞行参数）。备注：教学中需结合《全球农业无人机市场展望与预测》（2023-2028），引导学生关注国际技术趋势。通过案例分析强化“因地制宜、政策驱动”的发展理念，避免盲目模仿国外模式。

1.3国内农业现状课程名称：农业航空与无人机技术

授课对象：农业技术推广人员、农学专业学生、农业机械化从业人员

课时：1课时一、教学目标知识目标：掌握中国农业人口、耕地面积及种植结构的变化趋势（2018-2023年）。熟悉国内耕地质量等别分布（优质、中等、低质耕地占比）。理解农业机械化现状（手动施药器械占比60%、无人机占比5%）及政策导向（《“十四五”全国农药产业发展规划》）。能力目标：能通过数据分析（表1-3）解释耕地面积减少的原因（城市化、自然灾害等）。能结合政策文件设计农业无人机推广方案（如农药减量目标）。素养目标：树立粮食安全意识，理解耕地保护对农业可持续发展的意义。强化科技创新意识，认识农业无人机在缓解劳动力短缺中的作用。二、教学重点与难点重点：国内耕地面积减少趋势及质量结构（优质耕地仅占13.3%）。农业机械化水平现状与政策支持（无人机占比5%，目标提升至15%）。难点：如何通过技术推广与政策协同实现农药减量目标（2025年利用率达40%）。分析农村劳动力短缺对农业无人机需求的驱动作用。三、教学内容与步骤导入（5分钟）案例引入：展示2018-2023年耕地面积变化图（图1-4），提问：“耕地减少对粮食安全有何影响？”播放传统背负式喷雾器作业视频，对比无人机飞防效率，引导学生讨论技术升级的必要性。核心内容详解（30分钟）农业人口与耕地现状：2023年耕地面积12,890万公顷（较2018年减少610万公顷），优质耕地仅占13.3%（图1-5）。耕地减少主因：城市化（占60%）、退耕还林政策（占25%）、自然灾害（占15%）。农业机械化水平：手动施药器械占60%，无人机占比5%（目标2025年提升至15%）。政策支持：《“十四五”全国农药产业发展规划》明确淘汰落后器械，推广无人机。机遇与挑战：机遇：劳动力短缺（农民工总量2.9亿）、土地流转加速（规模化经营）。挑战：农田基础设施不足（防风林、电力线路阻碍飞防）、法规不完善（空域审批复杂）。案例分析（10分钟）案例1：某水稻主产区因劳动力短缺导致病虫害防控滞后，讨论无人机统防统治方案。案例2：西北地区低质耕地（占33.3%）因缺水难以增产，分析无人机精准灌溉的可行性。课堂活动（10分钟）分组讨论：设计“耕地保护与无人机推广”综合方案，提出减少耕地流失的具体措施（如农田规划预留飞防通道）。角色扮演：模拟政府与农业合作社协商场景，探讨如何通过补贴政策推动无人机普及。总结与作业（5分钟）总结：国内农业面临耕地减少、劳动力短缺双重压力，需通过技术创新与政策协同实现转型升级。农业无人机是提升农药利用率、保障粮食安全的核心工具。作业：分析图1-5（耕地质量等别结构），提出低质耕地改良的无人机应用策略（300字）。根据《“十四五”全国农药产业发展规划》，设计一份县域无人机推广计划（含目标、措施）。四、教学资源图片素材：图1-4（耕地面积变化趋势）、图1-5（耕地质量等别结构）、表1-3（农业用地类型占比）。视频辅助：传统喷雾器与无人机作业对比视频、西北干旱区农业现状纪录片片段。五、教学评估随堂测试：5道选择题（如“2023年中国耕地面积占比最大的类型是？”选项：A.林地，B.耕地）。实践考核：模拟农田规划场景，要求学员标注飞防安全区与障碍物规避点（正确率≥80%为合格）。备注：教学中需结合《全国农业机械化发展第十三个五年规划》，强调无人机在“农药零增长”目标中的核心作用。通过案例分析引导学生理解“技术推广需配套政策落地”，避免脱离实际盲目推进。

1.4农业无人机现状课程名称：农业航空与无人机技术

授课对象：农业技术推广人员、农学专业学生、农业机械化从业人员

课时：1课时一、教学目标知识目标：掌握农业无人机的核心优势（高效、精准、环保）及技术特点（低容量喷雾、仿地飞行）。熟悉国内农业无人机发展现状（市场占比5%）及主要制约因素（法规滞后、技术瓶颈）。理解政策文件（《“十四五”全国农药产业发展规划》）对无人机推广的指导作用。能力目标：能通过案例分析（如新疆棉花脱叶项目）设计农业无人机作业方案。能提出解决农业无人机推广难题的可行性建议（如技术研发、政策优化）。素养目标：树立绿色农业理念，理解无人机在减少农药污染、保护生态中的价值。强化政策敏感性，认识法规完善对行业健康发展的必要性。二、教学重点与难点重点：农业无人机的技术优势（作业效率提升50倍、农药利用率达30%）。现存问题：法规不完善（空域审批复杂）、核心技术滞后（续航、载荷不足）。难点：如何平衡技术创新与安全监管（如无人机认证体系设计）。探讨农业无人机在低质耕地（占33.3%）中的适用性优化策略。三、教学内容与步骤导入（5分钟）案例引入：播放新疆棉花脱叶飞防视频（图1-21），提问：“无人机如何通过低容量喷雾实现农药减量？”展示2023年中美农药利用率对比表（表1-1），引导学生讨论技术差距。核心内容详解（30分钟）技术优势：高效精准：单机日作业量150-600亩，仿地飞行避障（图1-6）。环保节药：低容量喷雾（0.6-2升/亩），农药利用率提升至30%（传统为26.8%）。发展现状：市场规模：2023年占比5%，目标2025年提升至15%（图1-1）。政策支持：《“十四五”全国农药产业发展规划》明确淘汰落后器械，推广无人机。制约问题：法规滞后：空域审批复杂，作业标准缺失（如飞防药剂无统一规范）。技术瓶颈：续航短（电动无人机＜30分钟）、载荷低（＜20kg）。案例分析（10分钟）案例1：某企业因未通过无人机认证导致作业延误，分析法规合规的重要性。案例2：东北平原因无人机续航不足影响作业效率，讨论技术改进方向（如电池快充）。课堂活动（10分钟）分组讨论：设计“丘陵山区飞防方案”，结合地形特点优化无人机参数（飞行高度2-3米，速度3m/s）。角色扮演：模拟政府与企业合作会议，探讨如何通过补贴政策降低无人机购置成本。总结与作业（5分钟）总结：农业无人机是农业现代化的核心工具，但需通过技术突破与政策协同解决现存问题。未来应聚焦绿色施药、智能避障、长续航等技术方向。作业：撰写报告分析农业无人机在低质耕地（如西北干旱区）的应用潜力（400字）。根据表1-5（燃油与电动无人机对比），设计一份适合南方水稻田的无人机选型方案。四、教学资源图片素材：图1-1（农业无人机市场规模）、图1-6（农业无人直升机）、表1-1（中美农药利用率对比）。视频辅助：无人机仿地飞行演示、新疆棉花脱叶作业实录、电池快充技术讲解。五、教学评估随堂测试：5道选择题（如“农业无人机农药利用率目标为？”选项：A.30%，B.50%）。实践考核：模拟田间场景，要求学员根据作物类型设定飞行参数（喷幅、高度、速度）。备注：教学中需结合《农业无人机质量评价技术规范》，强调安全操作与合规飞行。通过案例解析引导学生理解“技术需服务实际需求”，避免盲目追求参数而忽视适用性。

1.5农业无人机概念与分类课程名称：农业航空与无人机技术

授课对象：农业技术推广人员、农学专业学生、农业机械化从业人员

课时：1课时一、教学目标知识目标：掌握农业无人机的定义及核心组成（飞行平台、喷洒系统、导航模块）。熟悉按飞行平台（直升机、多旋翼）和动力来源（燃油、电动）的分类标准。理解不同旋翼数量（二旋翼、四旋翼、八旋翼）的应用场景及技术特点（表1-6）。能力目标：能根据作物类型（高秆作物、小地块）选择合适的无人机类型（如二旋翼适合玉米田）。能通过案例分析（如日本RMAX无人机）设计特定场景的飞防方案。素养目标：树立技术创新意识，理解无人机设计对农业场景的适应性要求。强化环保理念，认识电动无人机在减少碳排放中的优势。二、教学重点与难点重点：农业无人机的定义与核心功能（低容量喷雾、精准施药）。分类对比：直升机vs多旋翼（表1-4）、燃油vs电动（表1-5）。难点：分析不同旋翼数量对作业效果的影响（如下压风场、穿透力差异）。探讨多旋翼无人机在复杂地形（如果园、梯田）中的技术适配性。三、教学内容与步骤导入（5分钟）案例引入：展示日本YAMAHARMAX无人直升机（图1-3）与中国极飞多旋翼无人机（图1-7），提问：“两类无人机适用场景有何差异？”播放二旋翼无人机在玉米田作业视频，引导学生讨论下压风场的作用。核心内容详解（30分钟）概念解析：定义：农业无人机是搭载喷洒系统的无人飞行器，用于农药、肥料喷洒及作物监测。核心组成：飞行平台、喷洒系统（高压喷头、药泵）、导航模块（GPS/北斗）。分类标准：按飞行平台：直升机：风场稳定（如RMAX），适合高秆作物（甘蔗、果树），但操作复杂（图1-6）。多旋翼：灵活悬停（如极飞P系列），适合中小农田，但载重较低（表1-4）。按动力来源：燃油型：续航长（＞2小时），但维护成