空間信息網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用課程改革實(shí)踐與探索

張 晨

（南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，江蘇 南京210000）

0 引言

空間信息網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用課程是綜合了航天技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的寬知識(shí)面、應(yīng)用性課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生全面了解空間信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)，理解空間信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成及各部分的工作特點(diǎn)，初步掌握衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感等基本原理、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。為本科學(xué)生畢業(yè)后從事空間信息網(wǎng)絡(luò)相關(guān)工作或繼續(xù)深造研究相關(guān)課題提供基本的理論基礎(chǔ)。一方面由于空間信息網(wǎng)絡(luò)涵蓋的領(lǐng)域眾多，需要掌握的知識(shí)點(diǎn)比較分散和抽象。另一方面，隨著我國(guó)“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”重大工程的建設(shè)和發(fā)展，近年來空間信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展、日新月異。因此空間信息網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用課程如何與時(shí)俱進(jìn)，綜合應(yīng)用各種教學(xué)手段，并在教學(xué)過程中結(jié)合前沿的技術(shù)發(fā)展和重大事件，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，并結(jié)合思政教育、培養(yǎng)愛國(guó)主義情懷，成為該課程教學(xué)改革的主要目標(biāo)。

本文以南京郵電大學(xué)空間信息網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用課程的教學(xué)為例，以作者的教學(xué)實(shí)踐為切入點(diǎn)，分析教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，在總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出一系列的有效措施，初步探討空間信息網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改進(jìn)。

1 教學(xué)中的問題與剖析

在南京郵電大學(xué)的本科生培養(yǎng)計(jì)劃中，空間信息網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用作為大類專業(yè)限選課程，可供通信工程、信號(hào)處理、自動(dòng)化、智能科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)學(xué)生選修。課程按照緒論、衛(wèi)星通信及應(yīng)用、衛(wèi)星定位導(dǎo)航及應(yīng)用、衛(wèi)星遙感及應(yīng)用，分為四大部分、七個(gè)章節(jié)。根據(jù)作者的教學(xué)經(jīng)歷，總結(jié)了如下問題：

（1）空間信息網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用課程的知識(shí)點(diǎn)比較分散，涉及衛(wèi)星通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)、航天技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的交叉和延伸，所需前置課程包括信號(hào)與系統(tǒng)、通信原理、電磁場(chǎng)與微波、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等多門基礎(chǔ)課[1]。然而選修該課程的同學(xué)專業(yè)背景不盡相同，各自所學(xué)前置課程也有所區(qū)別，導(dǎo)致接受新知識(shí)點(diǎn)的能力也有所差異。因此完全相同的授課內(nèi)容和教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，會(huì)使得學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度參差不齊，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。

（2）空間信息網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用課程的知識(shí)點(diǎn)比較抽象，傳統(tǒng)的授課方式過于單一、難以具象化，使得學(xué)生很容易對(duì)教學(xué)內(nèi)容感到枯燥，必然會(huì)導(dǎo)致課堂教學(xué)效果不理想，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性也逐漸下降，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握不牢[2]。另一方面，近年來空間信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)外空間信息領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出新的技術(shù)，使得相應(yīng)的教材內(nèi)容有所滯后，所列舉的衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航等系統(tǒng)已落后于當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)和前沿動(dòng)態(tài)。

（3）近年來面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)，在專業(yè)課上結(jié)合課程相關(guān)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育顯得尤為重要。我國(guó)的空間信息和航天領(lǐng)域的發(fā)展雖然起步晚于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，但進(jìn)入二十一世紀(jì)后，尤其是近年來的發(fā)展速度極其迅猛，如何結(jié)合我國(guó)近期的重大航天任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)主義情懷，是課程教學(xué)中值得思考的問題。而傳統(tǒng)的空間信息網(wǎng)絡(luò)授課內(nèi)容中并未關(guān)注思政教育的結(jié)合。

2 教學(xué)改革與實(shí)踐

針對(duì)以上問題，作者在教學(xué)實(shí)踐中采取了以下三點(diǎn)改進(jìn)措施：

（1）堅(jiān)持“因材施教”的基本原則。教學(xué)內(nèi)容和方法的改進(jìn)是永無止境的，也是教學(xué)改革的主要方面，更是提高教學(xué)效果的重要途徑之一。然而，任何一種改進(jìn)都不能背離“因材施教”的基本原則[3]。必須針對(duì)不同專業(yè)的教學(xué)班，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行“量體裁衣”，摒棄完全相同的授課計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容，分別根據(jù)不同教學(xué)班的專業(yè)背景和前置課程，調(diào)整教學(xué)側(cè)重點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容。例如，針對(duì)通信工程專業(yè)教學(xué)班，對(duì)于衛(wèi)星通信相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，可采用“鞏固—延伸”的方法，即在通信原理等專業(yè)課的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生回顧已經(jīng)學(xué)習(xí)的通信基礎(chǔ)知識(shí)，從而進(jìn)一步延伸到衛(wèi)星通信系統(tǒng)。而對(duì)于自動(dòng)化、智能科學(xué)與技術(shù)等非通信類專業(yè)的教學(xué)班，由于通信原理的前置課程的缺失，需要在講述衛(wèi)星通信相關(guān)章節(jié)之前，深入淺出的講授通信的基本知識(shí)和原理，使得學(xué)生對(duì)無線通信有了一定程度的理解后，才能夠開展衛(wèi)星通信相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

（2）綜合多種授課方式，與時(shí)俱進(jìn)的引入前沿內(nèi)容，提高教學(xué)效果。作者在教學(xué)實(shí)踐中，在傳統(tǒng)的幻燈片授課加教師口述講解的基礎(chǔ)上，引入了三維虛擬仿真演示，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)掌握。虛擬仿真作為重點(diǎn)建設(shè)的教學(xué)新形式，其優(yōu)勢(shì)在于借助先進(jìn)的沉浸式體驗(yàn)和三維顯示技術(shù)，將教學(xué)大綱的內(nèi)容在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中重現(xiàn)出來，能夠?qū)⒊橄蟮母拍罹呦蠡?，并且正確真實(shí)的反映原理和現(xiàn)象，幫助學(xué)生更好地掌握對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)[4，5]。例如，將枯燥乏味的調(diào)制編碼計(jì)算、衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì)等，轉(zhuǎn)換為三維動(dòng)畫過程，幫助學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)而完成相應(yīng)課堂作業(yè)，做到虛實(shí)結(jié)合、虛實(shí)互補(bǔ)。另一方面，在授課內(nèi)容上補(bǔ)充前沿技術(shù)、空間信息產(chǎn)業(yè)最新發(fā)展，例如，可以補(bǔ)充我國(guó)“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”重大工程的啟動(dòng)，北斗三號(hào)全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的正式運(yùn)行，以及美國(guó)太空探索公司“星鏈”計(jì)劃等商業(yè)的實(shí)施，從而激發(fā)學(xué)生好奇心和知識(shí)額外獲取的滿足感。同時(shí)通過時(shí)事熱點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用的授課內(nèi)容補(bǔ)充，增強(qiáng)學(xué)生的代入感。例如，在講解衛(wèi)星遙感的氣象遙感應(yīng)用時(shí)，可以播放天氣預(yù)報(bào)的衛(wèi)星云圖視頻，讓他們覺得空間信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不是虛無縹緲的，而是與日常生活息息相關(guān)，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣。

（3）結(jié)合授課內(nèi)容，加強(qiáng)思政教育[6，7]。首先可以通過講解我國(guó)科技前輩艱苦奮斗的歷程，激發(fā)學(xué)生奮發(fā)圖強(qiáng)的精神，學(xué)有所成后解決“卡脖子”的技術(shù)難題。例如，在講解衛(wèi)星定位和導(dǎo)航相關(guān)內(nèi)容時(shí)，可以用我國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展為例，講述20世紀(jì)80年代中期在國(guó)外技術(shù)封鎖、國(guó)內(nèi)物資匱乏的不利條件下，老一輩的科研工作者不計(jì)個(gè)人得失、無私奉獻(xiàn)，通過幾代北斗人三十多年的艱苦奮斗，終于建成了北斗三號(hào)衛(wèi)星全球?qū)Ш较到y(tǒng)，系統(tǒng)服務(wù)能力步入世界一流行列。其次通過闡述我國(guó)航天事業(yè)和空間信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，建立學(xué)生的民族自豪感和使命感。例如，通過在教學(xué)內(nèi)容中穿插介紹“天宮”系列航天空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、“神舟”系列載人航天飛船、“嫦娥”系列月球探測(cè)器、“天問”系列行星探測(cè)任務(wù)、“鴻雁”衛(wèi)星星座通信系統(tǒng)、“虹云”星載寬帶移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等一批我國(guó)航天事業(yè)和空間信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展里程碑式的典型代表，樹立我國(guó)航天大國(guó)的地位和形象，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和愛國(guó)主義情懷。

3 結(jié)語

本文以空間信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)際教學(xué)中遇到的問題作為切入點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了改進(jìn)和革新。主要闡述了針對(duì)不同專業(yè)的教學(xué)班，綜合應(yīng)用各種教學(xué)手段，引入空間信息網(wǎng)絡(luò)的前沿的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)，并結(jié)合教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行思政教育。本文提出的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)僅是初步的探索，必須在教學(xué)實(shí)踐中根據(jù)學(xué)生的課堂反映和課后的作業(yè)反饋，實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)方法[8]，最終達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。