以“學(xué)”為中心的“GNSS原理及其應(yīng)用”課程融合教學(xué)改革研究

錢安 孫廣通 劉小陽 宋萍 李峰

摘?要：在學(xué)情分析基礎(chǔ)上，基于應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)目標(biāo)，提出了“一中心，三融合”的教學(xué)理念，通過重塑課程教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，深挖課程思政元素，引入測繪相關(guān)課程融合和賽創(chuàng)融合的教學(xué)體系，建立多元化考核機(jī)制，深入實施了“GNSS原理及其應(yīng)用”課程的教學(xué)改革，極大增強(qiáng)學(xué)生課堂的參與度與積極性，著力提高了課堂的教學(xué)效果，有效培養(yǎng)了學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：GNSS；課程思政；課程融合；賽創(chuàng)融合；教學(xué)改革

“GNSS原理及其應(yīng)用”是測繪工程專業(yè)一門重要的、具有較強(qiáng)實踐性的專業(yè)核心課。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生理解和掌握導(dǎo)航定位的基本理論知識，掌握GNSS（Global?Navigation?Satellite?System）外業(yè)工作和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理方法，能獨(dú)立將GNSS技術(shù)熟練應(yīng)用于各類測繪工程實踐。GNSS作為現(xiàn)代的測量技術(shù)，是獲取地面點(diǎn)位的主要手段之一，已廣泛服務(wù)于各個測繪領(lǐng)域（如大地測量學(xué)［1］、工程測量學(xué)［2］和攝影測量學(xué)［3］等），是測繪人員必備的專業(yè)技術(shù)。GNSS課程的教學(xué)質(zhì)量在一定程度上影響著測繪人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

隨著北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的建設(shè)完成，并在我國大力推廣和發(fā)展北斗技術(shù)的背景下，GNSS定位的模式發(fā)生了較大的變化，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展。為了滿足這一發(fā)展趨勢并滿足市場對創(chuàng)新型人才的需求，越來越多的教師已經(jīng)開始探索GNSS課程和相關(guān)課程的改革。這些改革探索涵蓋了課程大綱的修改和完善、課程內(nèi)容的變革、實踐條件的改善、課程設(shè)計的創(chuàng)新以及教學(xué)手段的改革和創(chuàng)新等多個方面［4–8］，提出了GNSS課程改革的新思路，在一定程度上提高了GNSS課程的教學(xué)質(zhì)量。

在新時代和全面推進(jìn)課程思政建設(shè)的背景下，作為應(yīng)用型本科院校，亟須改革陳舊的GNSS課程教學(xué)方式，充分發(fā)揮高校人才培養(yǎng)功能，并結(jié)合自身高校特點(diǎn)，探索出創(chuàng)新型應(yīng)用人才的培養(yǎng)新思路。

1?課程現(xiàn)狀

1.1?學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，主動學(xué)習(xí)意識不強(qiáng)

《GNSS原理及其應(yīng)用》是3S技術(shù)之一，具有很強(qiáng)的理論性和實用性，邏輯性比較強(qiáng)，且要求學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)和專業(yè)基礎(chǔ)。然而我校作為應(yīng)用性本科院校，學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)比較薄弱，大多同學(xué)的學(xué)習(xí)自律性不強(qiáng)，且多數(shù)同學(xué)無復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)和鞏固之前所學(xué)知識的習(xí)慣，導(dǎo)致在講授該課程理論知識時，部分學(xué)生出現(xiàn)不同程度的學(xué)習(xí)倦怠難以跟上學(xué)習(xí)節(jié)奏的情況，影響學(xué)習(xí)效果。

1.2?不能精準(zhǔn)地將GNSS技術(shù)應(yīng)用于各類測繪實踐

“GNSS原理及其應(yīng)用”課程所講授的衛(wèi)星定位技術(shù)還是服務(wù)于其他測繪領(lǐng)域的主要技術(shù)手段，如地形測量、大地測量、攝影測量等。傳統(tǒng)GNSS教學(xué)中，往往僅單純注重本課程內(nèi)容的教學(xué)，而忽略測繪課程之間的融合教學(xué)，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生很難將所學(xué)的技術(shù)應(yīng)用于具體的各類測繪工作。

1.3?課程創(chuàng)新程度不足

教師授課中多重視學(xué)生專業(yè)知識的講授和基本實踐技能的培養(yǎng)，忽略創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念融入專業(yè)課程的教育，使得學(xué)生缺乏創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)理念，對行業(yè)動態(tài)的認(rèn)識不足，未能及時將新的理論、新的方法和GNSS新的應(yīng)用及時融入課程教學(xué)。

為解決我?！癎NSS原理及其應(yīng)用”課程教學(xué)過程中痛點(diǎn)的問題，適應(yīng)新時代GNSS教學(xué)的新要求，本課題組引入了“一中心，三融合”的教學(xué)理念。具體而言，以學(xué)生為中心，以學(xué)生發(fā)展為目標(biāo)，以教學(xué)改革為主體，深入融合課程思政元素，注重測繪相關(guān)課程的融合教學(xué)，不斷重塑教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，引入新的教學(xué)手段，優(yōu)化考核方式，實施“賽創(chuàng)融合”的一體化教學(xué)模式，將理論學(xué)習(xí)和實踐訓(xùn)練統(tǒng)一起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，以期打造更完善的教學(xué)體系，提高教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，培養(yǎng)符合時代需求的高素質(zhì)人才。

2?課程融合教學(xué)設(shè)計

2.1?課程教學(xué)內(nèi)容的革新

隨著GPS技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，GLONASS系統(tǒng)日趨完善，北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的全面建成開通，GPS一花獨(dú)放的時代已經(jīng)結(jié)束，且GNSS儀器生產(chǎn)單位已廣泛使用多系統(tǒng)、多頻的GNSS接收機(jī)，純GPS教學(xué)方式已逐漸難以適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展趨勢和市場對創(chuàng)新人才的需求。為適應(yīng)新時代的要求，把握應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，在結(jié)合工程教育認(rèn)證內(nèi)容前提下，滿足現(xiàn)有測繪人才培養(yǎng)方法、教學(xué)大綱和測繪類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，重新設(shè)定了該課程的教學(xué)目標(biāo)，重塑了教學(xué)內(nèi)容。首先，將課程內(nèi)容分解為定位基礎(chǔ)、定位核心和實踐三個部分，使內(nèi)容層次清晰，聚焦“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重實踐”，著力培養(yǎng)強(qiáng)實踐、應(yīng)用型人才；其次，為體現(xiàn)授課內(nèi)容的時代性和前沿性，加大了BDS和其他幾家衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的介紹；最后，革新了實踐教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的需求，充分體現(xiàn)實驗內(nèi)容的綜合性、設(shè)計性和研究性。

2.2?融入課程思政元素

高校在提供優(yōu)質(zhì)的教育教學(xué)，幫助學(xué)生掌握所學(xué)專業(yè)知識和技能，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力的同時，還需深入貫徹課程思政教育理念，以塑造正確的價值觀和社會責(zé)任感。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自主研發(fā)、部署和運(yùn)營的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其所代表的北斗精神包括弘揚(yáng)國家精神、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、提高職業(yè)素養(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)科吸引力?！爸袊谋倍?，也是世界的北斗”，在GNSS課程教學(xué)中引入北斗精神，不僅可以弘揚(yáng)國家精神、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神、提高職業(yè)素養(yǎng)和實踐能力，還可以增強(qiáng)學(xué)科吸引力，為學(xué)科的發(fā)展注入新的活力。我校GNSS課程以“自主創(chuàng)新，開放融合，萬眾一心，追求卓越”［8］為內(nèi)核的“北斗精神”為依托，引入北斗思政教學(xué)案例，將北斗精神融入該課程教學(xué)的各個章節(jié)（見下表），實現(xiàn)全過程的課程思政，以達(dá)到課程思政“潤物細(xì)無聲”的效果，切實激發(fā)愛國熱情，提升專業(yè)認(rèn)同和專業(yè)綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

2.3?注重和測繪相關(guān)課程之間的深度融合

作為現(xiàn)代大地測量技術(shù)，GNSS技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各個測繪領(lǐng)域。為適應(yīng)GNSS技術(shù)的發(fā)展和其他測繪課程對GNSS技術(shù)的需求，我校在該課程教學(xué)過程中，注重GNSS課程與數(shù)字測圖原理與應(yīng)用、大地測量學(xué)和工程測量學(xué)的融合教學(xué)，以便學(xué)生能夠精準(zhǔn)應(yīng)用GNSS技術(shù)于各類測繪生產(chǎn)實踐。在課堂理論教學(xué)方面，積極引入數(shù)字測圖、大地測量和工程測量等相關(guān)實際測量案例，明確GNSS技術(shù)特點(diǎn)以及各測繪應(yīng)用場景，拓展學(xué)生對GNSS技術(shù)的理解和認(rèn)識，著力培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決實際測繪問題的能力。在實踐教學(xué)方面，革新傳統(tǒng)單純靜態(tài)測量和單站RTK測量實踐內(nèi)容，重新設(shè)計實驗和實習(xí)內(nèi)容，注重各測繪相關(guān)課程的融合。在靜態(tài)控制測量實踐教學(xué)中，增加了各類型的測量控制網(wǎng)（如國家等級控制網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)等）設(shè)計與布設(shè)實驗，以增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用GNSS技術(shù)服務(wù)于大地測量和工程測量控制網(wǎng)布設(shè)的能力。在RTK實踐教學(xué)中，在傳統(tǒng)單站RTK碎部測量實踐教學(xué)的基礎(chǔ)上增加了網(wǎng)絡(luò)RTK、RTK控制測量、RTK點(diǎn)位測設(shè)等實驗，以提升學(xué)生將GNSS技術(shù)精準(zhǔn)應(yīng)用于數(shù)字測圖和工程測量領(lǐng)域的能力。

2.4?引入賽創(chuàng)融合創(chuàng)新教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，推進(jìn)GNSS課程教學(xué)與學(xué)科競賽深入融合，解決專業(yè)能力培養(yǎng)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)相互割裂的問題。在實踐教學(xué)中，以大學(xué)生專業(yè)技能大賽（全國測繪技能大賽、省測繪技能大賽等）為驅(qū)動，將競賽項目全面融入GNSS實踐教學(xué)的改革與創(chuàng)新。如在全國的測繪技能大賽和虛擬仿真測圖大賽中，要求學(xué)生利用全站儀和GNSS完成數(shù)字測圖工作。教學(xué)團(tuán)隊在原有GNSS課程的實踐教學(xué)中，進(jìn)一步加強(qiáng)和完善了實踐教學(xué)平臺，優(yōu)化了本課程實踐教學(xué)內(nèi)容，以實現(xiàn)學(xué)生實踐動手能力訓(xùn)練和知識的應(yīng)用與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

“賽創(chuàng)融合”的教學(xué)模式的引入，一方面，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性與參與性，做到了“以賽促學(xué)”，轉(zhuǎn)被動式學(xué)習(xí)為主動式學(xué)習(xí)；另一方面，促進(jìn)了GNSS原理及其應(yīng)用課程的教學(xué)內(nèi)容的重塑，完善了課程內(nèi)容知識體系，加快了現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)對接、與當(dāng)前市場對接的需求，實現(xiàn)了“以賽促教”；此外，專業(yè)競賽的優(yōu)秀作品庫和競賽資源也豐富了GNSS生產(chǎn)項目教學(xué)和案例教學(xué)的重要資源，促進(jìn)了課程的改革研究。

2.5?創(chuàng)新教學(xué)方法，突出以“學(xué)”為中心的教學(xué)理念

GNSS相較于傳統(tǒng)測量而言，過程繁雜、難度大，不僅涉及衛(wèi)星信號組成、解調(diào)、分析等抽象過程，還包括衛(wèi)星信號調(diào)制與解調(diào)、衛(wèi)星位置計算、基線解算和網(wǎng)平差等復(fù)雜過程的求解。為保證學(xué)生對衛(wèi)星定位的抽象復(fù)雜過程有清晰地認(rèn)識，本課程課題組整合了現(xiàn)有開放的GNSS實驗教學(xué)平臺資源，并依據(jù)教學(xué)和實驗要求編寫了相關(guān)程序，以實現(xiàn)抽象過程形象化，將課程要點(diǎn)、難點(diǎn)具體化。此外，積極鼓勵學(xué)生參與到課程資源的建設(shè)中來，充分落實以學(xué)生為中心的人才培養(yǎng)理念。課程教學(xué)資源的建設(shè)一方面促進(jìn)了學(xué)生對GNSS相關(guān)理論、方法的理解與認(rèn)識，另一方面，通過課后大作業(yè)、學(xué)科競賽和畢業(yè)設(shè)計的案例又進(jìn)一步豐富了課程資源，這極大地豐富了學(xué)生的理論知識，提升了專業(yè)能力，增強(qiáng)了綜合素質(zhì)。

同時，在教學(xué)中積極創(chuàng)新教學(xué)方法，注重線上線下混合教育，充分利用雨課堂等線上統(tǒng)計工具進(jìn)行學(xué)情分析，充分了解學(xué)生的實際狀況，突出學(xué)生中心地位，引導(dǎo)學(xué)生探究、解決問題。在授課方式上，開展互動式教學(xué)，以“問題為導(dǎo)向”先引入案例，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生探究問題。加強(qiáng)測繪課程之間的融合教學(xué)、改變孤立教學(xué)思路，著力提升學(xué)生精準(zhǔn)應(yīng)用GNSS技術(shù)服務(wù)于測繪相關(guān)領(lǐng)域的能力。在教學(xué)新技術(shù)引入方面，積極引入虛擬仿真教學(xué)平臺，實現(xiàn)測繪實踐教學(xué)的智能化和信息化。

3?課程考核與成效

考核是檢查和評價GNSS課程學(xué)習(xí)效果的重要手段，為了客觀公正地評價學(xué)習(xí)成績，建立了多元化考核模式，實施過程性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合，并充分利用雨課堂智慧教學(xué)平臺，提高全過程考核執(zhí)行效能。

綜合平時課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)與實驗報告、期中檢查、實踐能力考核和期末考試等5個方面考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，其中平時表現(xiàn)（主要為考勤、雨課堂彈幕互動情況和課下表現(xiàn)）占10％；課后作業(yè)與實驗報告占10％；期中檢查測試占10％（題型覆蓋選擇題、填空題、判斷題、簡答題和計算題等）；實踐能力考核（主要考核學(xué)生熟練操作GNSS測量儀器的水平，并考慮學(xué)生品德，如學(xué)習(xí)工作態(tài)度、實驗實習(xí)中的組織協(xié)調(diào)能力、吃苦耐勞的品質(zhì)等）占20％；期末考核占50％。

多元化考核模式不僅提高學(xué)生的課程參與度，強(qiáng)化預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)效果，還能方便教師在授課過程中掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)，督促教師進(jìn)行課后反思，進(jìn)而開展更深入的備課，提升課程的挑戰(zhàn)度。

結(jié)語

“GNSS原理及其應(yīng)用”課程經(jīng)過多年不斷建設(shè)，隨著“一中心，三融合”理念的深入實施，已逐步解決了我校GNSS課程教學(xué)中理論與實踐未深度融合、測繪課程間未深度融合的問題，也極大提升了測繪學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同、創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)。在近兩年的全國大學(xué)生測繪技能大賽和北京市虛擬仿真測圖技能大賽中獲特等獎4項，一等獎16項，二等獎8項，也說明了以“學(xué)”為中心的課程融合教學(xué)理念的融入提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。

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基金資助：防災(zāi)科技學(xué)院教育研究與教學(xué)改革項目（JY2021B16）；河北省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目（2020GJJG350）

*通訊作者：錢安（1988—?），男，漢族，安徽銅陵人，碩士，副教授，研究方向：衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)。