基于“新工科”要求的GNSS创新人才实践能力培养探讨

张荣春 ，岳建平，乐 洋，苗立志，衣雪峰，焦东来，郭献涛

（1.南京邮电大学 地理与生物信息学院，南京 210023；2.南京邮电大学 江苏省智慧健康大数据分析与位置服务工程实验室，南京 210023；3.河海大学 地球科学与工程学院，南京 211100；4.南京邮电大学 通信与信息工程学院，南京 210023）

0 引言

全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）能够为地表和近地空间的广大用户提供全天时、高精度、全天候的导航、授时和定位服务，是促进人类活动及社会发展的重要基础设施之一。卫星导航系统在国外得到较早且较成熟的发展，典型的如：美国的全球定位系统（global positioning system, GPS）、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system,GLONASS）、欧洲的伽利略卫星导航系统（Galileo navigation satellite system, Galileo）。2020年 7月，我国北斗三号全球卫星导航系统即北斗三号（BeiDou-3 navigation satellite system, BDS-3）建成开通，并向全世界提供定位、导航及授时服务。《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》（2021年）显示，北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system, BDS）将于2022年进入综合时空体系发展的新阶段，有望形成数万亿的市场规模，到 2025年预计将形成 8 000亿元至1万亿元人民币规模的芯片及终端市场，到2035年，BDS总体产值预计可达到3万亿元人民币。长期以来，GNSS相关产业的核心技术和应用研究人员一直被美国的GPS占据，而BDS作为我国的重大战略工程，仅少数高校开设了GNSS相关专业。在人才培养方面，我国高校 GNSS相关专业教育模式显然已经无法满足国家战略和市场的需求。如何培养具有多学科交叉融合与创新实践能力的国际化人才，以满足社会发展和行业需求，成为GNSS实践教育改革所面临的重要问题。

我国于 2017年开始推动“新工科”建设。“新工科”建设是应对新经济的挑战，从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度，来持续深化工程教育改革的重大行动计划。“新工科”强调学科的实用性、交叉性与综合性，“新工科”背景下的导航与定位人才应具备较强的实践能力、创新能力和国际竞争力，能够引领未来技术和产业的发展。2018年教育部在“三全育人”综合改革试点工作的通知文件中，提出了全员育人、全程育人、全方位育人的“三全育人”概念。

在以上思想指引下，对GNSS创新人才实践能力培养进行探索，围绕南京邮电大学GNSS实验室对人才培养的具体实践以及相应的教学改革保障措施进行深入探讨与分析，以期达到培养具有多学科交叉融合与创新实践能力的国际化人才的目的。

1 培养模式的改革

对GNSS创新人才实践教育培养模式改革的探索主要从实践能力培养理念改革、多学科知识结构融合及实践教学改革模式保障措施等方面展开。

1.1 培养理念的改革

1）由单一专业培养向交叉学科融合培养转变。传统教育多以单一专业为实践教育单元，不同专业分别执行各自的实践培养方案，但 GNSS涉及测绘、电子、通信、物联网等多个学科，如从BDS测控、应用与研发能力等方面要求出发，“全方位”的多专业学科融合是必然趋势。

以导航与定位专业实验室为平台，开展内容灵活的多元化实践项目，面向测绘、电子、通信、物联网等多学科专业的学生共同开展项目，通过GNSS融合实践教育模式，培养学生团队合作的能力，促进不同学科背景的学生在实践项目中实现优势互补，相互学习，以达到培养GNSS复合型跨界人才的目的。

2）由内容固定的实践大纲向自由探索项目实践转变。传统面向单一学科专业的实践教育模式，很难满足“新工科”培育交叉性、综合性人才的要求，也难以满足多个学科专业的同步实践教学。

将传统的封闭、内容固定的实践教学大纲形式，调整为相关专业协同培养的模式，共享导航与定位专业实验室平台，开展课题丰富、类型多样的创新培育、科学研究等项目，面向不同专业学生开放选题，使学生能够结合自身兴趣与专业背景进行项目选择与实践。通过该方式加强相关专业学生对于交叉学科知识的积累和专业综合能力的培养，培育更多的具备交叉学科背景的专业型人才。

3）由统一概略培养向个性化精准培养转变。按照以专业为单位的传统培养方式，学生较难有机会深入接触并掌握相关交叉学科知识。以创新实践项目为依托，结合不同项目背景和需求，使导航与定位相关专业的学生通过参与不同专题的项目实践，在学习自身专业知识的同时，获取与专业相关的跨学科专业知识，从而实现多元化知识学习的个性化精准培养。

1.2 知识结构的改革

宽口径、厚基础的复合型人才是当今社会急需的应用型人才，为实现这类人才的培养，需对学生的知识结构进行改革和精心设计，以达到多学科知识的融合，为复合型、创新型人才的培养打下基础。具体做法如下：

1）实践教学目标的转变。突出面向多学科交叉的 GNSS创新人才实践能力培养，以具体实践项目参与为导向，将测绘、电子、通信、物联网等相关专业人才培养进行有机关联，共同设立多学科融合实践能力培养目标。GNSS创新人才实践能力培养模式侧重于培养学生学科交叉融合、创新、实践等能力。

2）课程体系融合的个性化定制：①加强自由探索的跨界创新。学生可根据所学专业知识与自身兴趣跨专业自主选择实践项目课题，鼓励自由探索，与不同专业学生以跨学科团队合作形式完成项目实践，培养学生的交叉学科创新能力；②提供多学科课程共享。建立 GNSS项目实践与理论课程教学的映射关联，通过设立模块化的选修课程，为学生全面掌握实践类项目所需的基础知识和相关专业知识提供条件；③注重多学科综合型实践项目锻炼。鼓励学生积极参与高校、研究所及企业等不同类型的实际科研和创新比赛培育等涉及多学科综合型项目实践，在实践中培养学生的创新意识和思维，以实现 GNSS科技复合型人才的培养。

1.3 实施方案的改革

为满足行业发展需求和国家“新工科”建设要求，结合GNSS 实验室平台，对GNSS 创新人才实践能力培养模式进行探索。多层次、多节点能力培养的具体实施方案如图1所示。图1中，5G（thefifth generation of mobile technologies）为第5代移动技术；无人系统指无人机系统、无人车驾驶系统等。多层次、多节点能力培养的具体实施方案如图1所示。通过该方案的有效实施，来保障人才实践能力培养模式改革切实可行。该方案具体由以下五个重要保障节点构成：1）通过多种类型的比赛形式进行创新创业实践项目培育；2）通过GNSS与测绘工程、物联网工程等多学科交叉融合实现实践应用拓展；3）通过研究结合、产学结合等一体化实现产学研协同育人；4）结合国际化的工程专业认证标准进行规范化培养和持续改进；5）将GNSS与5G、智慧城市等人工智能新技术融合应用。

图1 GNSS创新人才实践能力培养实施方案

2 GNSS实验室建设

南京邮电大学“导航与定位”实验室（如图2所示）承担全校GNSS相关课程实践教学工作，同时，该实验室对GNSS创新训练提供有力支撑。

图2 南京邮电大学导航与定位实验室

作为学生系统学习掌握卫星导航知识的必要实习场所，实验室主要围绕卫星信号传输机理、导航信息获取与处理和地球空间信息综合集成与应用等方向进行实验室建设。实验室具有 GNSS教学实验平台、GNSS接收机开发平台、GNSS卫星信号模拟器、GNSS导航中频信号采集器、高精度差分源、实时动态差分（real time kinematic, RTK）等GNSS设备及电脑、无人机等相关硬件和软件。

卫星导航教学实验室可在深度和广度上促进本校测绘工程、地理信息科学、物联网工程、信息与通信工程及计算机科学与技术等专业学生深入掌握有关卫星导航知识的理论框架；相对于课堂演示性和验证性实验以及计算机理论仿真实验等教学方式，卫星导航实验室能够使学生亲身参与到实际实验项目中，以更直观、真实的实训方式将所学理论知识应用到实践中，真正理解理论源于实践，实践反哺理论，进一步深化学生对专业知识的理解，并培养其专业实践能力。依托GNSS导航与定位实验室平台，学生可以进行相关开发实验和创新实践，有助于培养学生的创新意识和实践能力，使其成为掌握 GNSS技术的创新实践型专业人才，以适应国家和地方人才需求发展。

3 实践能力培养保障措施

3.1 创新创业实践项目培育

2015年李克强总理提出“大众创业、万众创新”的新要求。创新创业实践需要学生掌握创新创业项目的基本知识，使学生学习创造思维，培养其创新创业能力和团队合作能力，并提高综合素质。GNSS涉及测绘、电子、通信等多个学科，如何培养综合素质高的 GNSS多学科复合型人才一直是个难题。

充分利用测绘、电子、通信等多个学科的师资队伍、实践教学与科研项目进行全方位资源优势互补融合，通过多学科课程共享、科研实践项目和双创类型大赛项目培育等形式组织学生参与创新实训；建立相关专业师生联盟的综合型实践项目培育机制，以充分挖掘测绘、电子、通信等相关专业的潜在融合优势，达到培养创新综合型导航与定位科技人才的目的。

综合型实践项目培育机制主要依托实验室平台，实践内容主要源于 GNSS相关主题和内容的科学研究项目及创新创业类实践项目、比赛等。将实践教学内容与各种国家、省部级学科竞赛、创新创业竞赛进行无缝衔接，通过实践教学孵化竞赛项目，并鼓励不同学科背景的学生合作参与项目，加强学生对理论知识的深入理解，并培养其创新实践能力和团队合作能力。

目前，GNSS创新实践能力培养模式在南京邮电大学的实施已初见成效，由地理与生物信息学院承办的“南京邮电大学‘北斗杯’大学生科技创新大赛”已举办近10届，吸引了地理与生物信息

学院、电子与光学工程学院、通信与信息工程学院、自动化学院、物联网学院、计算机学院等多个学院相关学科千余名学生和老师参加，通过竞赛优中选优，为“北斗杯全国青少年科技创新大赛”提供了优质竞赛项目资源。

3.2 学科交叉融合的实践应用拓展

多学科交叉融合是学科人才培养的必然趋势。“双一流”建设指导意见中指出：“以‘双一流’建设学科为核心，以优势特色学科为主体，以相关学科为支撑，整合相关传统学科资源，促进基础学科、应用学科交叉融合”。GNSS具有快速定位、实时导航、位置报告、精确授时等功能，其在交通运输、基础测绘、通信、电力、工程勘测、国防建设、农业、地震监测、全球搜救及智慧物流等方面发挥着重要作用。

GNSS在诸多行业领域中发挥着重要作用，多学科交叉融合是 GNSS人才培养模式的重要考虑内容。学科分类规则不同，导致学科交叉难以明确界定，如按学科建制可分为门类、领域与多级学科间交叉等；按内容可分为理论、方法、技术以及工具上的相互借鉴、混合及融合；按主体对象可根据问题的多领域广泛涉猎、小范围及大规模的集体合作等进行分类。可见，学科交叉融合的准确定性与实施是个难题。利用实验室平台为 GNSS实践应用项目提供开放实验和创新实践条件及资源，通信工程等多学科进行融合实践，为GNSS创新科技人才的有效培养提供可靠途径。

3.3 产学研协同育人

高校在基础理论教育方面具有一定的优势，企业、科研院所面向一线生产、科研和应用实践，因此，GNSS创新人才实践能力培养模式要取得成效，需要高校与企业及科研院所进行高效对接。构建产学研协同育人的复合型培养模式，使高校基础理论教育紧跟行业应用前沿，联合企业及科研院所资源进行共同培育，理论结合实践，将为GNSS创新人才培养提供切实可行的有效措施。

产学研协同育人的 GNSS创新人才实践能力培养模式主要包括研教结合、产学结合及产知（“产业+知识”）链一体化三个方面的内容。研教结合主要是以学校、企业及科研院所的科研项目等为依托，并将其与GNSS创新实践教学结合，使实践教学能够真正落地，提高学生的实践能力；产学结合是将学校与行业产业结合，相互支持、相互促进、优势互补。通过与导航与定位技术相关领域的企业开展实践合作项目，充分发挥高校的理论教学与科研优势，促使学生利用学习到的理论知识和所具备的科研能力，协助企业行业解决其存在的实际问题；产知链一体化是在研教结合、产学结合的基础上，实现生产、知识、链接一体化的复合型GNSS创新人才培养模式。

学校、企业及科研院所的多种优势能够在产学研协同育人的复合型培养模式中得到充分利用。通过研教结合、产学结合及产知链一体化的协同育人机制等方式实现GNSS创新人才的有效培育。

3.4 国际化工程专业认证

GNSS系统在国内外拥有广阔的应用前景，我国BDS目前已在全球100多个国家和地区得到广泛应用。工程教育专业认证中要求所培养的毕业生应具备国际化视野。在这种潮流下，“新工科”GNSS创新人才培育机制需要兼顾工程认证标准要求，以使其具有规范、目标、持续改进等国际化科学机制，GNSS创新人才实践能力培养模式才能在科技迅速发展的国际化背景下科学实施。

3.5 人工智能与GNSS融合创新

人工智能与 GNSS的融合创新在众多行业的应用优势明显，如在无人系统应用领域，GNSS导航具有精准的室外定位能力，人工智能则通过传感器获取影像信息、雷达信息来识别无人系统周围环境，二者融合可以显著提高无人系统的工作能力和执行效率；GNSS和5G融合则能充分发挥导航系统集网络、技术、服务、终端和应用于一体的自然特性；物联网、智慧城市等新兴技术与GNSS的融合则能催生多种新产业和经济增长点。

南京邮电大学在5G、物联网、电子科学与技术、人工智能等领域具有广泛的教学和研究基础。将物联网工程、计算机科学与技术、通信工程、人工智能、测绘工程、地理信息科学等不同学科专业的相关课程和实践内容进行共享融合，以培养掌握人工智能+、5G、智慧城市等新技术与GNSS融合的复合型人才。

4 创新改革成效分析

GNSS创新人才实践能力培养促进了GNSS技术在测绘工程、地理信息科学、电子科学与技术、信息与通信工程等多学科领域的交叉融合应用。根据“产出为导向”、“学生为中心”和“持续改进”等工程专业认证和产学研协同育人理念综合制定GNSS创新人才培养机制。通过人工智能+、5G、智慧城市等技术的实践教学，使学生紧跟导航与定位技术发展前沿，开拓创新思路。通过创新与创业类项目的培育，培养学生基于 GNSS技术的创新应用和创业能力。

近年来，我校在GNSS创新人才实践能力培养模式下完成的涉及导航与定位内容的相关项目案例如表1所示。经过学习实践，学生先后在“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生智能汽车竞赛、“北斗杯”全国青少年科技创新大赛、“北斗杯”大学生科技创新大赛、“创青春”江苏省大学生创业大赛、江苏省高校测绘地理信息创新创业大赛、江苏省大学生电子设计竞赛、江苏省大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生物联网技术与应用“三创”大赛、南京邮电大学大学生创新实验等诸多创新创业比赛中获奖，这些奖项为“新工科”背景下GNSS创新人才实践能力培养成效提供了有力的数据支撑，该培养模式更有利于培养具有多学科交叉融合与创新实践能力的GNSS国际化复合型科技人才。

表1 GNSS创新人才实践教育培养项目案例

5 结束语

为满足 GNSS 行业迅猛发展对复合型应用人才的需求，在“新工科”和“三全育人”要求下，对GNSS 创新人才实践能力培养进行了探索。依托南京邮电大学 GNSS实验平台，对创新人才实践能力培养模式、相关保障措施和具体实施方案进行了阐述。结合学校特色，对物联网工程、计算机科学与技术、通信工程、人工智能、测绘工程、地理信息科学等多学科进行交叉融合实践应用拓展，将创新创业项目培育与实践教学结合，制定产学研协同育人培养机制，执行工程专业认证体系标准，结合人工智能特色保障 GNSS创新人才培养的实施，以期达到培养具有多学科交叉融合与创新实践能力的 GNSS复合型人才的目的，为国家GNSS行业发展和人才培养做出贡献