摘要：導(dǎo)航、定位與授時(PNT)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)的三大基本功能，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)的全面建成，對PNT應(yīng)用人才提出更加迫切的需求，如何為PNT產(chǎn)業(yè)輸送專業(yè)人才，成為當(dāng)前測繪類高等院校亟需思考的問題。在深入分析當(dāng)前GNSS實踐教學(xué)存在不足之處的基礎(chǔ)上，明確了適應(yīng)PNT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的教學(xué)改革方向，提出了三點(diǎn)有針對性的改革舉措：構(gòu)建面向PNT應(yīng)用需求的人才培養(yǎng)新模式、創(chuàng)新測繪工程實踐教學(xué)平臺建設(shè)和建立基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)實踐模式。教學(xué)實踐證明：面向PNT應(yīng)用的多元化、開放式、綜合性實踐課程體系，有助于實現(xiàn)面向衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域需求的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，為測繪類本科教學(xué)改革提供理論指導(dǎo)和實踐借鑒。
關(guān)鍵詞：導(dǎo)航;定位;實踐教學(xué);教學(xué)改革
引言
定位、導(dǎo)航與授時(positioning,navigationandtime,PNT)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(globalnavigationsatellitesystem,GNSS)的三大基本功能，最初只是運(yùn)用于軍事領(lǐng)域，現(xiàn)已拓展至交通、測繪、通信和公共服務(wù)設(shè)施等各個領(lǐng)域[1。PNT服務(wù)作為國家信息建設(shè)的基礎(chǔ)要素，為經(jīng)濟(jì)社會活動提供了重要的時空基準(zhǔn)。隨著以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDounavigationsatellitesystem,BDS)為核心的國家綜合PNT體系的提出[3]，如何建設(shè)以BDS為核心、更加融合和智能的綜合PNT體系是當(dāng)前衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
對測繪類高等院校而言，如何培養(yǎng)面向PNT應(yīng)用需求的專業(yè)技術(shù)人才，是現(xiàn)階段測繪工程本科教育亟須解決的問題之一[4]。本文緊密結(jié)合PNT應(yīng)用的重大社會需求，全面落實教育部關(guān)于“加快建設(shè)高水平本科教育”全面提高人才培養(yǎng)能力的意見，依托江西省“雙一流”學(xué)科建設(shè)點(diǎn)，探索傳統(tǒng)測繪工程專業(yè)向多學(xué)科交叉融合方向轉(zhuǎn)變的途徑，突出前沿性、交叉性與綜合性的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新測繪工程實踐教學(xué)平臺建設(shè)，構(gòu)建面向PNT應(yīng)用需求的人才培養(yǎng)新模式，并在教學(xué)實踐中取得了顯著成效。
1當(dāng)前GNSS相關(guān)課程的實踐教學(xué)現(xiàn)狀
BDS的全面建成，使我國正成為全球最大的導(dǎo)航和位置服務(wù)應(yīng)用市場，對我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位人才培養(yǎng)提出了更高的要求;如何培養(yǎng)實踐創(chuàng)新人才是PNT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，也是當(dāng)前測繪類高等院校亟需思考的問題。現(xiàn)代測繪技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，也凸顯了現(xiàn)行的傳統(tǒng)測繪實踐教學(xué)的不足，主要表現(xiàn)如下：
1)培養(yǎng)目標(biāo)與課程體系未體現(xiàn)PNT應(yīng)用需求，缺乏支撐PNT產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的實踐教學(xué)體系;2)現(xiàn)有的實踐教學(xué)理念落后，實踐教學(xué)平臺培養(yǎng)的學(xué)生缺乏實踐創(chuàng)新能力，與社會需求存在嚴(yán)重的脫節(jié);3)教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方式單一，與應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求的結(jié)合不夠緊密，且專業(yè)理論課程與國家發(fā)展戰(zhàn)略融合不深入等。因此，有必要對現(xiàn)有的教學(xué)理念、教學(xué)平臺和教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行全方位的改革，以促進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
2面向PNT應(yīng)用需求的大學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)
2.1構(gòu)建面向PNT應(yīng)用人才需求的本科生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系
針對當(dāng)前實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)的不足，課程教學(xué)團(tuán)隊依托現(xiàn)有的教學(xué)和科研平臺，從教學(xué)理念、教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和手段等方面進(jìn)行系統(tǒng)化教學(xué)改革，建立面向PNT應(yīng)用需求的本科生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。首先，確立“立足PNT應(yīng)用產(chǎn)業(yè)需求，緊跟學(xué)科發(fā)展趨勢，夯實與強(qiáng)化工程實踐能力，提高創(chuàng)新能力”的教學(xué)理念，并貫穿于理論和實踐教學(xué)各環(huán)節(jié)中，構(gòu)建凸顯PNT應(yīng)用服務(wù)中多學(xué)科交叉融合的培養(yǎng)方案。
為面向PNT應(yīng)用需求的實踐教學(xué)課程體系結(jié)構(gòu)，包含了《GNSS原理及應(yīng)用》《GNSS數(shù)據(jù)處理》《地理信息系統(tǒng)》等介紹導(dǎo)航定位基本理論的核心課程，《控制測量學(xué)》和《變形監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)報》等基本工程技能訓(xùn)練的實踐課，以及《測繪綜合技能實訓(xùn)》和《位置服務(wù)與實踐》等綜合應(yīng)用實踐訓(xùn)練課程，為PNT人才培養(yǎng)提供豐富多樣的專業(yè)課程，有助于提高學(xué)生的理論水平和實踐能力。其次，構(gòu)建以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體、教學(xué)督導(dǎo)為補(bǔ)充的多元化、開放式實踐教學(xué)新模式。該模式主要由基礎(chǔ)技能訓(xùn)練、衛(wèi)星導(dǎo)航定位專業(yè)技能訓(xùn)練、創(chuàng)新意識訓(xùn)練等層次遞進(jìn)的實踐教學(xué)模塊構(gòu)成。
其中，基礎(chǔ)實驗?zāi)K夯實技能基礎(chǔ)，進(jìn)階實驗?zāi)K強(qiáng)化工程實踐能力，創(chuàng)新實驗?zāi)K提升學(xué)生工程綜合能力。通過分階段、多層次、全方位的培養(yǎng)模式，使學(xué)生的實踐操作和綜合能力得以逐步提高，同時也使學(xué)生的科技創(chuàng)新能力在最適合自身發(fā)展的平臺中得到更高層次提升。
第三，優(yōu)化PNT體系服務(wù)方向?qū)嵺`教學(xué)內(nèi)容。在實踐教學(xué)體系方面，突出強(qiáng)化衛(wèi)星導(dǎo)航和位置服務(wù)基礎(chǔ)(“厚”)，著重培養(yǎng)具備堅實穩(wěn)固的專業(yè)技能(“精”)，擬通過開設(shè)“導(dǎo)航專項技能訓(xùn)練”和“地表運(yùn)動與變形分析”等特色課程，強(qiáng)化面向?qū)Ш胶臀恢梅?wù)的軟件操作以及解決工程問題能力的培養(yǎng);積極引導(dǎo)本科生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目(“尖”)。
通過“測繪綜合技能實訓(xùn)”“專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐”課程以及“華東交通大學(xué)筑創(chuàng)工程項目”為本科生科技創(chuàng)新提供課程與平臺支撐，實現(xiàn)本科生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過融合“厚”“精”“尖”，進(jìn)而實現(xiàn)構(gòu)建面向高精度PNT應(yīng)用人才培養(yǎng)需求的實踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。同時通過開設(shè)面向?qū)Ш胶臀恢梅?wù)的系列課程，形成面向PNT應(yīng)用需求的多層次理論與實踐課程體系，并確定凸顯導(dǎo)航和位置服務(wù)學(xué)科交叉融合需求的人才培養(yǎng)方案。
第四，創(chuàng)新實踐教學(xué)方法，采用自主式、合作式、研究式相結(jié)合的方法開展實踐教學(xué)。“自主式”主要依托校內(nèi)實踐基地，以學(xué)生自主實驗為主、教師指導(dǎo)為輔的方式進(jìn)行，完成衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理相關(guān)基礎(chǔ)實踐能力培養(yǎng)與訓(xùn)練;“合作式”主要依托產(chǎn)學(xué)研實踐基地，為本科生提供BDS實踐課程，并以豐富的軟硬件和實際工程項目作為課程支撐;“研究式”以教師團(tuán)隊的科研課題為支撐，結(jié)合實踐教學(xué)平臺，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目為基礎(chǔ)，指導(dǎo)學(xué)生參與科技創(chuàng)新課題的方案制定、實驗數(shù)據(jù)的處理和分析等工作。通過多層次、多元化的實踐教學(xué)方式實現(xiàn)應(yīng)用型、創(chuàng)新型高質(zhì)量專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)。
2.2建立面向PNT應(yīng)用的開放式、多元化和研究型實踐教學(xué)平臺
第一，充分整合華東交通大學(xué)現(xiàn)有的測繪工程專業(yè)教學(xué)資源，構(gòu)建面向PN體系服務(wù)的實踐教學(xué)平臺。圖中從左至右依次是GNSS數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和工程應(yīng)用等全過程的實踐教學(xué)平臺，分別是“工程測量實驗室”“數(shù)字測繪實驗中心”和“江西省智能交通基礎(chǔ)設(shè)施工程研究中心”。
其中，“工程測量實驗室”配備了多形態(tài)的GNSS信號模擬和數(shù)據(jù)采集的設(shè)備;“數(shù)字測繪實驗中心”是GNSS數(shù)據(jù)處理端口，包含多種商用和自主開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件;“江西省智能交通基礎(chǔ)設(shè)施工程研究中心”則為導(dǎo)航定位技術(shù)在交通基礎(chǔ)設(shè)施的工程監(jiān)測提供了各種應(yīng)用場景。
其次，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源建立“互聯(lián)網(wǎng)”教學(xué)平臺， 為本次教學(xué)改革準(zhǔn)備的衛(wèi)星導(dǎo)航和位置服務(wù)相關(guān)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源;為學(xué)銀在線平臺中東華理工大學(xué)肖根如老師的“GPS原理與應(yīng)用”課程，被選為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的線上資源;其中的“ECJTU測繪工程交流平臺”用于發(fā)布實踐教學(xué)信息和教學(xué)成果推廣[10]，課件為精密工程測量雙語教學(xué)課件。
另外，GNSS時間序列精密數(shù)據(jù)處理是課程的教學(xué)重點(diǎn)，教學(xué)團(tuán)隊根據(jù)教學(xué)需求自主研發(fā)了數(shù)據(jù)處理程序。分別為“基于開源矩陣實驗室(matrixlaboratory,MATLAB)平臺的GNSS時間序列分析與降噪軟件”和“多源衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)提取軟件”，實現(xiàn)了多種經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解降噪算法和共模誤差分離算法，輔助了GNSS數(shù)據(jù)處理的實踐教學(xué)工作[11]。
第二，以“江西省智能交通基礎(chǔ)設(shè)施工程研究中心”為依托，結(jié)合大學(xué)生科技創(chuàng)新項目、測繪科技論文大賽、測繪實踐技能競賽等項目，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)業(yè)導(dǎo)師制建立了大學(xué)生科技創(chuàng)新的保障機(jī)制，學(xué)業(yè)導(dǎo)師對本科生進(jìn)行指導(dǎo)與監(jiān)督，通過上述實踐環(huán)節(jié)全方位培養(yǎng)學(xué)生方案設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、撰寫報告和成果匯報等能力。
第三，為充分發(fā)揮實踐教學(xué)平臺在人才培養(yǎng)中的作用，提高本科生的創(chuàng)新能力，提出開放式、多元化、研究型的實踐教學(xué)平臺建設(shè)思路[12]。為此，設(shè)計以多源GNSS觀測技術(shù)構(gòu)建的面向?qū)Ш胶臀恢梅?wù)的實驗項目為框架，并注重本科生程序設(shè)計與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過多層次培養(yǎng)體系保障本科生進(jìn)行導(dǎo)航定位基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)，同時為學(xué)生參與競賽和科研項目提供實踐平臺。
第四，校企共建產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的人才培養(yǎng)平臺。充分利用衛(wèi)星導(dǎo)航行業(yè)企事業(yè)單位的先進(jìn)技術(shù)，將衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)人才能力要求引入課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)之中，實現(xiàn)校企全方位、多層次的深度合作，構(gòu)建以教學(xué)、科研、培訓(xùn)為一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。學(xué)校先后與江西省測繪應(yīng)急保障中心、江西省基礎(chǔ)測繪院和武漢航天遠(yuǎn)景科技有限公司等企事業(yè)單位共建了教學(xué)實習(xí)與實踐研究基地，這些基地有效提高了學(xué)生解決工程實踐問題和科技創(chuàng)新能力。
2.3構(gòu)建面向?qū)Ш胶臀恢梅?wù)的應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式
第一，結(jié)合導(dǎo)航和位置服務(wù)應(yīng)用需求，提出了“綜合集成、深化交叉、實踐創(chuàng)新”的教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃方法及人才培養(yǎng)新模式。“綜合集成”以多層次理論和實踐課程體系為基礎(chǔ)，優(yōu)化整合優(yōu)秀師資并有效結(jié)合所構(gòu)建的實踐教學(xué)平臺，完善人才培養(yǎng)體系建設(shè)。“深化交叉”考慮到測繪各分支學(xué)科的交叉集成已形成一個發(fā)展趨勢，因而在培養(yǎng)方案中增設(shè)一系列學(xué)科交叉課程，如“空間定位技術(shù)及應(yīng)用”“高速鐵路工程測量”等。“實踐創(chuàng)新”通過深度融合大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、測繪專業(yè)競賽等，加強(qiáng)本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過施行“綜合集成、深化交叉、實踐創(chuàng)新”的教學(xué)理念，進(jìn)一步形成了凸顯導(dǎo)航定位服務(wù)特色方向的人才培養(yǎng)模式。
第二，建立高水平的面向?qū)Ш胶臀恢梅?wù)課程教學(xué)團(tuán)隊，安排具有豐富教學(xué)經(jīng)驗的教授和青年教師承擔(dān)相關(guān)理論和實踐課程教學(xué)工作，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，充分發(fā)揮教師在人才培養(yǎng)中的引導(dǎo)作用，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。第三，優(yōu)化教學(xué)評價機(jī)制，改革課程考核方式，提高多元化能力表現(xiàn)在考核中的比重。通過“測繪程序設(shè)計與開發(fā)”“導(dǎo)航專項技能訓(xùn)練”和“專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐”等課程以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目加大面向?qū)Ш胶臀恢梅?wù)的實踐訓(xùn)練，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
研究成果與成效
1)本科生實踐創(chuàng)新能力提升顯著。本科生參加測繪專業(yè)競賽的熱情不斷高漲，并在多項賽事中屢獲佳績，如獲得2021年全國大學(xué)生測繪系列賽事特等獎項、一等獎項、二等獎項以及多個無人機(jī)技能競賽和數(shù)學(xué)建模競賽的獎項。此外，越來越多的本科生參與到教師的科研項目，在學(xué)業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)下獲批校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，多名本科生以第一作者發(fā)表SCD論文、發(fā)表計算機(jī)軟件著作權(quán)等。
2)相關(guān)成果與應(yīng)用情況。“空間定位與導(dǎo)航實驗教學(xué)平臺”已在本科生畢業(yè)設(shè)計、教師和研究生科研發(fā)揮了重要作用;教師教學(xué)科研能力得到社會認(rèn)可，出版了《ModellingGeodeticTimeSeriesAnalysisinEarthSciences》和《GNSS原理與應(yīng)用》等凸顯導(dǎo)航和位置服務(wù)學(xué)科進(jìn)展的教材;面向應(yīng)用型PNT應(yīng)用相關(guān)人才需求的立體化教學(xué)體系已在江西省內(nèi)兄弟院校測繪工程及其他相關(guān)專業(yè)的實踐教學(xué)中得到推廣應(yīng)用。
結(jié)束語
本文緊密結(jié)合PNT應(yīng)用的國家重大戰(zhàn)略需求，探索傳統(tǒng)測繪工程專業(yè)向多學(xué)科交叉融合轉(zhuǎn)變的途徑與方式，吸納導(dǎo)航定位領(lǐng)域理論知識與實踐成果，突出前沿性、交叉性與綜合性的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新測繪工程實踐教學(xué)平臺建設(shè)，構(gòu)建面向高精度GNSS應(yīng)用的人才培養(yǎng)新模式，建立了基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)實踐模式;以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)面向衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域需求的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，并取得了顯著成效。研究成果對于省內(nèi)外測繪類本科教學(xué)改革提供實踐借鑒，在人才培養(yǎng)方案和課程體系改革中具有一定的參考價值。
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作者：黃征凱，趙澤惠，聶啟祥，賀小星，王海城
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