“綜合導航系統(tǒng)”課程綜合實踐教學改革探索

［摘 要］ 綜合實踐課程旨在通過系統(tǒng)的訓練，提高學生的工程實踐能力。為了實現(xiàn)上述目標，對導航技術專業(yè)綜合實踐課程進行了頂層設計，明確了導航技術專業(yè)學生的核心素養(yǎng)和培養(yǎng)目標，建立了專業(yè)能力+綜合素養(yǎng)+實踐應用素養(yǎng)的能力模型，制定了實踐課教學與實踐應用理念深度融合的課程設計框架，形成了與改革相適應的評價機制。以“綜合導航系統(tǒng)”課程為例，介紹了按照頂層設計進行課程改革實施全過程。結果表明，此次教學改革在提高學生動手實踐能力的同時也增強了學生的實踐應用素養(yǎng)，實施結果達到了預期標準。

［關鍵詞］ 綜合實踐；教學頂層設計；CDIO實踐模式

［基金項目］ 2022年度大學教學改革項目“‘綜合導航系統(tǒng)’綜合設計實戰(zhàn)化課程改革”（202205）

［作者簡介］ 肖良芬（1982—），女，湖北松滋人，碩士，海軍工程大學電氣工程學院副教授，主要從事導航工程教學研究；李文魁（1972—），男，湖南衡陽人，博士，海軍工程大學電氣工程學院副教授，主要從事導航工程教學研究；李開龍（1988—），男，遼寧鞍山人，博士，海軍工程大學電氣工程學院講師，主要從事導航工程教學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）15-0049-04 ［收稿日期］ 2023-04-28

綜合實踐課在海軍工程大學導航專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃中占有重要的地位，旨在使學生綜合運用專業(yè)基礎課程所學知識，通過系統(tǒng)訓練，提高學生的工程實踐能力，增強創(chuàng)新意識，提升思維層次。要圍繞使命職責培養(yǎng)人才，從一節(jié)課、一門課做起，注重全過程、全要素地培養(yǎng)學員的觀念、能力、素質、作風，以縮短課堂與崗位的距離。綜合實踐課要瞄準需求實現(xiàn)對接，充分發(fā)揮院校自身優(yōu)勢特色，不斷創(chuàng)新實踐教學指導理論，實現(xiàn)人才素質與崗位需求的無縫對接。

一、課程頂層設計

綜合實踐課程的教學改革，頂層設計中一定要體現(xiàn)實踐教學的具體要求，使各項建設有據(jù)可依。頂層設計要在遵循人才培養(yǎng)基本規(guī)律的基礎上，將培養(yǎng)適應崗位的人才的教學理念融入綜合實踐課程教學實踐的各個環(huán)節(jié)，突出其引領地位［1］。培養(yǎng)目標定位、課程設置原則、教學方法手段、教學資源配置等都應該圍繞目標展開，要將適應崗位的教學理念貫穿人才培養(yǎng)始終。基于此，本次綜合實踐課程的改革頂層設計主要包括三個方面。

1.確立學生的核心素養(yǎng)，明確培養(yǎng)目標是構建課程改革的重要前提。導航工程專業(yè)是一門多學科交叉的新興工程學科專業(yè)，主要學習導航系統(tǒng)與組合導航技術，導航設備與通信設備的性能、結構、工程原理、維修技術等專業(yè)知識。海軍工程大學導航專業(yè)人才培養(yǎng)方案明確規(guī)定培養(yǎng)的導航專業(yè)人才要具備較強的分析解決實際問題能力。而綜合設計課程作為一門綜合性實踐課程，著重培養(yǎng)學員綜合運用理論課程知識進行實踐的能力。基于課程整體目標，建立如圖1所示專業(yè)能力+綜合素質+實踐應用素養(yǎng)能力模型。

2.制定以實踐課教學與實踐應用深度融合的課程設計框架是實現(xiàn)培養(yǎng)目標的重要手段。從安排課程時段到綜合設計考核結束的各個環(huán)節(jié)都應該圍繞培養(yǎng)目標進行精心的選擇和設計。首先，應當合理安排課程時段。其次，綜合設計時間一般較短，應該合理進行時間分配。為了保證教師有足夠的時間和精力與學生溝通交流，課程綜合設計輔導實行導師制。每一名教師負責2～3名學生，多名教師同時任課。課程教學教師將各自所擅長的導航知識高水平地傳授給學生。課程綜合設計題目也應進行精心的設置，規(guī)范出題范圍，出題涵蓋綜合導航系統(tǒng)中的導航設備，分模塊進行出題和選題，打破知識點間的單一性，強調(diào)綜合導航的系統(tǒng)性，每組單獨完成單個導航設備的設計，最后將所有的設備連接成系統(tǒng)，讓學生對整個導航系統(tǒng)有整體的了解和認識。選定設計題目后，綜合實踐的實踐過程由C（構思）、D（設計）、I（實現(xiàn)）、O（運行）［2］四大環(huán)節(jié)構成，整個過程以學員為中心，教師負責為學生答疑解惑，完善綜合實踐訓練條件，提供科學引導，考核學員，并將實踐中的問題進行歸納整理，以便下一輪實踐課進行調(diào)整和完善流程（見圖2）。

3.建立與實踐教學改革相適應的評價機制，實踐課程考核是檢驗是否實現(xiàn)培養(yǎng)目標、是否實現(xiàn)課程閉環(huán)的重要環(huán)節(jié)。考核包括小組互評和教員綜合評定，考核主要包括三個方面：一是專業(yè)知識的考核，包括任務理解準確度、任務完成情況、動手操作能力、專業(yè)知識儲備、對部隊綜合導航設備的掌握情況［3］；二是綜合素質的考核，包括在團隊中的貢獻、答辯時的表達、撰寫報告的規(guī)范等方面；三是對崗位需求素養(yǎng)的考核，主要考查平時學習情況中體現(xiàn)的謀劃指揮能力、當綜合設計面臨問題時的解決問題能力、與教師和同學的交流溝通能力、有緊急情況時的應急處置能力等。考核評價前課程組討論確定針對每項能力的考核指標，并確定每項指標的權重，通過建立考核項目、配置考核權重，依各項打分結果計算出每個學生成績。

二、綜合實踐課程實施

“綜合導航系統(tǒng)”課程綜合設計時間安排在大四第一學期結束前最后兩周。此時理論課程已全部結束，學員知識積累已達到一定程度，培養(yǎng)重點轉移到知識的整體運用和實踐。本輪綜合實踐課程采用導師制，導師為長期從事導航設備研究和教學的教師，對各種導航設備十分熟悉，并且具有豐富的指導經(jīng)驗。

（一）綜合設計準備階段

以2019級導航工程專業(yè)艦船綜合導航系統(tǒng)課程綜合設計為例介紹課程改革實踐過程。參與設計學生共20人，指導教師為18人，設計題目包括慣性導航、衛(wèi)星無線電導航、組合導航、導航設備組網(wǎng)、操縱控制等多個研究方向，涵蓋了從導航設備、各種導航設備組網(wǎng)通信到操縱控制之間的所有環(huán)節(jié)。綜合導航系統(tǒng)屬于多子系統(tǒng)信息交互的大型信息支持系統(tǒng)，學生分工完成子系統(tǒng)設計，后期通過溝通交流和教師總結，讓學生清晰各子系統(tǒng)在整個綜合導航系統(tǒng)中的使用，將多種導航知識融會貫通并加以應用，因而更好地適應未來的工作崗位，引導學員深入了解和把握新型導航裝備的技術現(xiàn)狀和發(fā)展方向。具體選題如表1所示。

教學資源準備是綜合設計準備工作的重要環(huán)節(jié)，教師擬定綜合設計題目的同時也要準備相應的教學資源，編寫綜合設計指導手冊［4-5］。由于院校導航裝備的配備往往跟不上最新裝備的發(fā)展，為了克服新型裝備缺乏的問題，通過建立虛擬仿真平臺進行系統(tǒng)模型設計與仿真，部分裝備采用虛實結合的方式進行。

（二）綜合設計實施階段

學生選定綜合設計題目后，進入綜合設計關鍵階段。此階段以一種完整的形態(tài)讓學生經(jīng)歷C（構思）、D（設計）、I（實現(xiàn)）、O（運行）四大環(huán)節(jié)，掌握完整的實踐知識，積累相關的實用經(jīng)驗。以基于ARM的IMU導航接口軟件設計選題為例，具體綜合實踐流程如下：擬題選題→編寫綜合設計指導書→搭建綜合設計實踐平臺→學員進行方案設計→軟硬件設計→撰寫課題設計報告→指導教員檢查程序、設計報告→演示答辯。

本設計題目的要求為：（1）搭建模型傳感器仿真模型，完成對IMU信號源的模擬，按照MINS700慣性測量單元的報文格式輸出數(shù)據(jù)。（2）導航處理板通信接口軟件設計，聯(lián)合開發(fā)通信軟件，接收各導航傳感器原始報文，完成解碼和導航參數(shù)計算，并能按照設定的格式向監(jiān)控計算機發(fā)送報文。（3）進行硬件實驗測試。學生選定課題后通過理論知識的回顧和文獻查詢，搭建大體思路，選擇工具。使用Simulink構建IMU模擬器，利用STM32硬件支持包與STM32CubeMX聯(lián)合開發(fā)通信軟件，接收各導航傳感器原始報文，完成解碼和導航參數(shù)計算。進入詳細設計階段，對于IMU模擬器的構建利用Simulink中的Sine Wave模塊作為信號源并通過S-Function模塊中編譯C語言程序，使之完成對仿真數(shù)據(jù)的編碼，產(chǎn)生與IMU導航傳感器相同格式的數(shù)據(jù)，再由串口通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。詳細的設計思路確定后進入設計實現(xiàn)階段，主要依靠學員自己熟悉各個模塊，搭建系統(tǒng)并進行仿真。在結果正確的情況下，教員給學員提供硬件支持，完成最后的硬件測試。

（三）綜合設計考核階段

課程綜合設計采用“獨立評分、綜合考評”的考核方式。總成績由三部分構成：平時成績、設計表現(xiàn)、綜合考評。其中平時成績占10％，設計表現(xiàn)占10％，綜合考評占80％。平時成績是指課堂研討中表現(xiàn)出的謀劃指揮能力、面對問題時的應急處置能力、理解能力、表達能力以及平時作業(yè)完成情況；設計表現(xiàn)是指設計過程中體現(xiàn)的實踐技能以及階段性成果等；綜合考評是根據(jù)設計成果、總結報告、答辯表現(xiàn)等因素進行綜合評價，所有指導教師一同參加，共同評議打分。

結語

本次綜合實踐課程的改革從頂層設計到課程實施再到課程考核全流程，以專業(yè)能力+綜合素養(yǎng)+實踐應用素養(yǎng)培養(yǎng)為基礎，采用導師制，應用CDIO模型，在虛實結合的實踐課程平臺上進行綜合實踐活動。通過綜合評定成績和與學生溝通交流結果表明，此次教學改革實現(xiàn)了培養(yǎng)目標，學生對實際導航裝備的了解和使用進一步加深，為下一步的工作奠定了良好的基礎。

參考文獻

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