从GPS到GNSS的职校课程改革探讨

毛远芳，刘晓燕

(广州市建筑工程职业学校，广东广州 510403)

在2000年之前，测绘行业几乎是我国卫星导航技术唯一的成熟应用领域。但GPS技术在测绘技术专业学科的划分中也只能从属于其二级学科。21世纪以来，卫星导航技术猛速发展，经历了一系列的华丽转身，从艰苦的测绘领域破茧而出，卫星导航技术逐渐开始进入车载导航、智能手机等大众日常领域，成为“高科技”的象征代表。然后卫星导航由GPS转向GNSS，从此卫星导航技术被国民赋予了国防安全乃至民族崛起的神圣使命。[1]随着GNSS RTK算法、GNSS CORS技术、基于广域差分PPP等技术的成熟，卫星导航设备已逐渐由单一接收机工程硬件扩展成为综合导航设备、配套软件和系统平台等一系列服务产品。应用范围也逐渐由单一的工程测量领域拓展到更多的行业领域，如安全监测、航空航天、水利电力、无人机、智能手机、汽车导航等。

在中职学校的工程测量专业中，作为专业核心课程的“GPS定位技术”要求工程测量专业学生必须熟知GPS技术的基本原理以及熟练操作GPS相关设备。随着全球卫星定位导航技术的迅猛发展，导航定位原理和设备都不断更新，行业的需求和应用也产生了巨大变化。2019年1月国务院公开发布的《国家职业教育改革实施方案》(国发〔2019〕4号)中也明确指出了教学标准的原则要求：职业教育与普通教育不同，职业学校教学须与市场需求尽量对接。要求每一个专业的教学标准都对接相关职业的技术标准(工作标准)。[2]技术在发展，教学必须随着行业标准进行阶段性调整不断进步，对接科技发展趋势和市场需求。

“GPS定位技术”课程还停留在GPS定位系统的时代，中职院校只有对授课内容、授课方式、配套设备等进行更新改革，才能实现职业教育改革方案中要求的教学标准与现行工作标准，教学与市场需求的双双对接，才有可能培养出满足生产单位真正所需的技能型人才。

一、卫星定位技术发展趋势

最早的GPS卫星定位导航系统(Global Positioning System)起源于美国的一个军方研究项目，以全球 24颗GPS卫星为基础，全球覆盖率高达98%，可以向全球各地实时提供三维速度、位置坐标等信息。卫星定位导航技术随着高新科技的发展，占据主导地位的四大系统逐渐兴起并日趋成熟，包括美国的GPS，俄罗斯的GLONASS系统，中国北斗卫星导航系统，欧盟的Galileo卫星导航系统。GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)随各系统的成熟稳定应运而生，它是由多系统、多模式、多层面的复杂组合系统形成，包括主要的全球系统、区域系统及增强系统等。当前的GNSS技术正处于四强并存、多系统兼容发展的态势。

作为GNSS四大导航系统之一的我国北斗导航系统，已实现了区域导航、定位以及授时功能，能够实时提供高精准度定位、导航、授时服务。[3]基于北斗系统的高精度服务日趋兴盛，通过智能算法与服务平台，GNSS可以利用星基地基融合互补、移动通信和网络信息融合，大数据、云端一体等技术，使卫星定位精度完全可以满足用户的一般生活场景需要，市场潜力巨大，未来在自动驾驶、无人机等应用中也将发挥重要作用。以融合为特征的应用模式逐步形成。

二、教学现状与存在问题

(一)课程特点

GPS定位技术课程以GPS系统为主要内容，包括GPS系统基础理论和接收机实际操作应用两部分。课程要求学生能理解一定的GPS原理知识，以“够用”为度，对GPS 接收机测量具有较强的操作能力，着重操作能力的培养。[4]GPS定位技术课程要求学生熟知 GPS系统的基本原理和组成，了解GPS卫星导航方法和误差来源，能完成GPS四等控制网的设计和施测，并且可以独立处理和分析测量数据，能使用 RTK接收机实现坐标采集和工程放样。同时，GPS定位技术课程还要求培养学生具备爱岗敬业、吃苦耐劳的精神，锻炼学生的语言表达能力、自我学习能力、竞争和团结协作意识等综合素质，为日后在工作岗位上从事专业工作奠定基础。

(二)教学资源

目前GPS相关课程的教材虽多种多样，但大多教材编写以GPS系统为主，出版于5年甚至10年之前，对于全球导航定位系统的其他组成部分和新型应用领域，如北斗系统等内容涉及比较少。由于学习GPS课程的测量相关专业多为高职及本科以上，较多GPS相关教程都注重理论原理知识，缺乏实践技能项目的指导，导致适合中职学校工程测量专业的GPS相关课程的教材特别少，相应配套的其他教学资源，如课件PP、教学视频、微课等更加缺乏。

(三)教学模式和教学内容

GPS定位技术课程主要包括基础原理知识和实训项目。课改前教学内容分为了四个部分，包括GPS控制网设计、GPS控制网施测和数据处理、GPS-RTK数据采集和GPS-RTK工程放样。其中，课程环节先进行理论知识讲解，再安排实践操作内容，学生小组完成实训任务，最后进行评价。虽然教学内容按项目划分，教学环节按照项目教学法设置，但教师为主体的知识讲解与工作任务引领方式是完全不同的。教学内容的项目任务和教学环节需要重新设计才能实现真正的项目教学。

教学内容以GPS系统为主已经不符合当前的行业趋势了，内容相对滞后，需要针对现行的职业标准和行业需求调整课程标准和教学内容。

(四)学生情况分析

教学内容必须循序渐进，基础理论知识薄弱的中职学生加上照本宣科的教师只会是一个糟糕的课堂。其中，如何激发学生的学习兴趣尤为重要，多媒体授课具有一定环境优势，但更需要课前设计好符合学情的教学设计。当前中职学生主要存在学习目标不明确，积极主动性低等学习问题。教师需要改变学生的学习动机，将“要我学”从根本上转变为“我要学”，在课堂上调动学生的学习主动性。

(五)实训设备及场地

接收机设备更新换代速度非常快，特别是近五年的GNSS 接收机，不仅是信号体制的更新变革实现多星多频技术，技术和系统的跨界融合使得接收机系统的形态在发生根本性的变化，还实现了接收机硬件的简化，外观极致小巧。陈旧落后的单频GPS设备无法满足教学需求，“GPS定位技术”课程实训还需要根据各班级人数配备相应数量的接收机设备。

GNSS接收机只能在上空无障碍物遮挡的地方接收卫星信号，安排实训教学时只能在室外空旷的场地进行。但市区内的学校除体育运动场外校园空旷区域少，楼房密集，特别是学校周边高楼较多，实训时接收机信号受限，甚至没有信号无法正常测量。场地的制约会严重影响教学进度和效果。

四、GNSS测量技术与应用课程改革有效措施

(一)GNSS测量技术与应用教学资源整合更新

广州市建筑工程职业学校(以下简称“我校”)将原课程名称“GPS定位技术”更名为“GNSS测量技术与应用”，将GPS 教学转变为 GNSS 教学，增加除GPS外的GNSS部分教学内容，增加工程测量专业GNSS课程总课时，合理安排讲授和实训课时。2018—2019学年，我校开始探索增加工程测量专业班GNSS课程的总课时，将原来的周课时4节调整为6节，原一周GNSS测量实训不变。

在 GNSS 教学过程中，由于增添了大量教材上没有的新系统新技术内容，我校教研组教师集体备课，准备教学资料，分工安排具体内容，建设一套包括PPT课件、任务工作页、操作视频、微课等在内的完整的教学资源，反复教学实践后再计划将教学科研成果、实践教学内容和自编讲义结合起来编辑出版教材。为了让学生便于提前学习和复习相关技能，每次上课教师都要准备好至少后两周完整的课件资料，让学生可以在共享资源中参考学习。

(二)课程教学内容重构

GNSS测量技术与应用课程不再是简单分为基础原理知识和实践操作两大部分，而是根据实际工作任务将原理和操作整合为项目学习任务。课程的教学内容重新构建调整后分4个项目共计11个学习任务，具体如表1所示。根据实际工作对应设置学习任务，每个项目所含的工作任务都是针对测量职业能力中的某个具体技能，工作任务间也是相互连接和过渡，逐渐以从简单到复杂，由新手到能手的递进方式进行教学训练，严格遵循职业能力的培养规律。

表1 GNSS测量技术与应用教学内容

课程安排一周GNSS测量实训，设计了 GNSS 控制网测量、RTK 数字测图和 RTK 工程放样三个生产性实训项目，具体教学内容安排如表2所示。

表2 GNSS实训项目内容

(三)考核方案改革

GNSS测量技术与应用课程重点考核实践操作和应用，采用学习任务过程性评价方式。[5]学习任务以理实一体化教学模式开展教学活动。考核内容不仅包括学生对专业知识与技能的掌握程度，还包括学生的职业素养和创新应用，全面考查每位学生在学习过程中的专业能力。在考核职业技能人才所需掌握的专业系统知识的同时，还要结合相关职业技能资格证书的考核要求。

(四)实训设备和场地建设

要保证实训教学质量，首先必须配备满足GNSS测量技术教学需求的仪器设备。在GNSS课程建设过程中，我校分批采购了中海达新款多星多频GNSS单元的iRTK2 接收机测量系统30套移动站加3套基准站，高精度手持地理信息采集平板设备25套，并配套数据处理软件。设备足够满足2个班级同时使用。

iRTK2接收机的操作可以采用多媒体模拟软件或手机APP模拟软件进行练习，学生通过电脑或手机都可以模拟操作接收机的作业流程。

虽然校园场地受限很难改变，但在探索过程中另辟蹊径。将学校教学楼、实验室等中低楼层的顶楼重新打造，做好安全防护措施，改建成GNSS技术教学实训场地，不仅解决了实训场地面积问题，而且卫星接收信息良好，保证了正常教学操作。

五、课程改革实践成效

GNSS测量技术与应用课程改革过程中，我校多次组织调研、专家访谈、问卷调查，保证改革成效。课题组成员及骨干教师深入到企业相关技术岗位实践，全面、系统地掌握了生产实践的工作项目、过程、目标及要求。根据现行的职业标准和行业需求，课题组教师编制了《GNSS测量技术与应用课程标准》。根据行业企业实施的常规GNSS测量工程提炼重点工作任务，结合专业教学具体分析确定学习性工作任务，任课教师根据学习性工作任务和教学班实际学情调整教学内容，并按理实一体化教学模式开展教学活动。

GNSS测量技术与应用课程从2018学年在我校开始实践教学，根据学习任务按理实一体化教学模式实施教学活动。与之前常规教学课堂相比，学习任务式课程明显提高动了学生的参与度，激发了学生的学习兴奋点，小组合作性更强，学生的责任感更重，学生对课程的教学评价反馈明显提高。在企业顶岗实习中测量专业学生能较快地胜任 GNSS测量技术工作岗位，受到实习单位好评。教师们在参与课程建设过程中教学业务水平明显提升，一体化教学过程把控更加自如。课程改革仍在探索建设中，还有较多有待改进的环节，需要持续在教学过程中不断总结，继续完善。

从 GPS 到 GNSS的变革，不仅是科学技术的变革，也是职业教育技能培养模式的变革。通过GNSS测量技术与应用课程教学改革探索和实践，教学课堂、学生技能、教师水平都具有明显成效。课程改革建设在改变教学模式的同时还必须注重培养学生满足行业需求的综合职业能力，教学内容需要源于工程实践生产，只有这样才能实现职业教育教学与企业需求、课程标准与技术标准的对接，职业技术教育才能培养出适应社会发展满足行业需求的技能型人才。