北斗高性能导航与应用课程思政教学模式研究

王志鹏，方 堃，王虹霞

（1.北京航空航天大学 电子信息工程学院，北京 100191；2.北京航空航天大学 前沿科学技术创新研究院，北京 100191；3.北京航空航天大学 北航学院，北京 100191）

课程思政是融合于各类课程中进行的思想政治教育实践活动，从而形成全员、全方位、全过程的思想政治教育育人体系，全面实现立德树人根本任务[1-2]。2020 年教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》强调专业课程是课程思政建设的基本载体，要注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当，拉开了新时代全面推进高校课程思政建设的帷幕[3-4]。目前几乎所有学科都开展了课程思政，但是研究成果显示80%以上集中在教育相关的学科，而其他学科领域普遍偏少，且缺乏研究深度和广度[4-6]。

积极响应时代需求和国家号召，本文深入分析北斗高性能导航与应用课程思政薄弱的问题所在，深度挖掘北斗精神[7-9]融入该课程思政的方法，精选思政案例，提出他人故事与现身说法结合、正面典型与反面案例结合、个体探索与集体研讨结合和课堂学习与实践练习结合的“四个结合”的新型教学模式，落实新时代立德树人根本任务，全面提升新时代人才培养质量。

一、北斗高性能导航与应用课程思政问题分析

北斗高性能导航与应用是面向电子信息、通信及交通运输等专业大二、大三和大四学生开设的一门核心通识课，旨在向学生普及导航发展的历史阶段、北斗系统的建设历程和卫星导航误差与基本定位原理、增强技术等卫星导航方面的基础知识，重点是培养学生对北斗广域实时精密定位、北斗系统精密定轨与定位和北斗系统增强等高性能导航技术及应用的兴趣，引导学生传承好、发扬好新时代北斗精神。

然而，与其他传统课程一样[10-12]，本课程也面临着如下挑战[3，13]：（1）如何避免因思想政治教育元素不足甚至缺失导致的“互联网+”盲从模式；（2）如何避免选取的思政元素不合理；（3）如何加强“引导式”教育的主体地位，培养善于思考、勇于挑战现有技术和敢于提出颠覆性方法的创新型学生；（4）如何克服“课程”和“思政”脱节现象。

为应对上述挑战，丰富课程中的思政教育元素、提高学科交叉融合程度、提升学生创新意识和充分利用社会资源，本文以落实立德树人根本任务为目标，提出将“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代北斗精神运用到北斗高性能导航与应用课程教学改革当中，厚植新时代北斗精神和立德树人时代内涵，为我国培养具备报国信念、国际视野和大国胸怀的德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。

二、北斗高性能导航与应用课程教学目标和思政元素挖掘

（一）北斗高性能导航与应用课程教学目标

北斗高性能导航与应用课程采用小班研讨教学方式，通过团队授课，使学生了解北斗高性能导航与应用领域的当前最新发展，通过实验和讨论，激发学生的探索精神，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。具体的课程教学目标如下。

（1）以高精度应用和高完好性应用为讨论案例，引导学生将自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题，掌握相关的专业工程知识和基本操作技能上。

（2）培养学生自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，对北斗高性能导航关键技术进行思考和改进，发展学生批判思维能力和创新思维能力，致力于国家战略工程领军人才基本素质培养，并为今后的研究型学习打下基础。

（3）通过实验，培养学生实验数据收集和分析的能力，应用数学、自然科学基本原理，并通过文献研究，识别、表达和分析复杂工程问题，以获得有效结论。通过对各种静态测试、跑车测试和飞行测试数据的处理，尤其是将结论与国际相关标准对比，分析实验中可能存在的问题，反馈到算法设计和设备研制中，形成产、学、研、用相辅相成、相互促进的完美闭环，为以后深入研究奠定基础。

（4）通过解读文献，使学生了解北斗高性能导航领域的发展历程和最新进展，掌握北斗高性能导航领域基本概念，并初步学会利用文献追踪技术发展脉络的能力。

（5）通过专题演讲汇报，锻炼学生文献资源检索与实验归纳总结能力，提升团队组织协调和沟通交流能力。

（6）通过科技论文写作实践，培养学生掌握一般科技论文的写作要素和初步技巧，为以后从事研究工作奠定基本写作素质。

（二）北斗高性能导航与应用课程思政元素挖掘

针对不同学科属性，在其专业课中融入课程思政元素的方式方法也不尽相同[4，6]。相对于人文社科类的课程从知识传导方面更容易融入思政元素，而更注重理论性和前沿性的理工科课程挖掘贴合的思想价值引领元素并将社会主义核心价值观等内容“如盐化水”般润物无声地融入专业知识学习中，还有较大的探索空间[5]。

北斗高性能导航与应用课程中北斗卫星导航系统（BeiDounavigationsatellite system，BDS）[7，9]是其重要的“串珠线”，因此北斗精神[8]是最为贴合的思政元素。2020年7 月31日，北斗三号全球卫星导航系统（BeiDou-3 navigationsatellite system，BDS-3）建成开通标志着我国攀登科技高峰、迈向了航天强国，对新形势下实现中华民族伟大复兴具有重大意义。在BDS 从无到有、从弱到强的发展历程中，“新时代北斗精神”逐步孕育而成，被实践所检验，在实践中升华，具有丰富的思想内涵。北斗精神具体是指中国航天人[14-15]在建设北斗全球卫星导航系统过程中表现出来的“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的新时代精神，其核心价值观是“以国为重”。因此本课程选择深入挖掘“新时代北斗精神”这一思政元素，建立思政案例库，采用“四个结合”的模式在课程中将思政元素有序编排，进而提高卫星导航定位课程思政的逻辑性，有效缓解纯思政课程的孤岛效应，激活青年学生的内在创新动力，树立正确的“三观”，达到“德才兼备，以德为先”的育人目标。

三、北斗高性能导航与应用课程思政理念

为落实面向社会主义事业的建设者和接班人、面向德智体美劳全面发展的人和面向担当民族复兴大任的时代新人的立德树人任务，为我国输送既有专业知识又有创新能力、既有时代精神又有民族精神的高素质人才[1]，本课程的人才培养理念包括：

首先，要发挥社会主义核心价值体系引领作用。北斗全体人员坚守以改革创新为核心的时代精神和以爱国主义为核心的民族精神，经历白手起家、从无到有的艰难摸索，提出“三步走”发展战略、“混合式”星座构型和星间链路等国际首创方案，创造核心技术攻关、器部件国产化和高密度发射等多项世界导航奇迹。以北斗诠释的社会主义核心价值体系引领学生，培养勇担中华民族伟大复兴历史重任的时代新人。

其次，要坚定报国信念。中国三代北斗人怀着不忘初心、牢记使命的报国信念，用心血和智慧铸造北斗这一国之重器，即使是隐姓埋名也无法打消科研人员矢志报国的执着信念，即使是大漠孤烟也无法阻挡北斗人为实现初心使命而奋斗，中国航天人用实际行动向世界宣示中华民族的精神基因和光荣传统。用北斗蕴含的报国信念引导学生珍惜时光、热爱学习和尊重劳动，提升完善个人品德，做新时代德智体美劳全面发展的人。

再次，要拓宽国际视野。响应国家号召，维护国家利益，立足中国自己卫星导航系统发展需求，掌握国际其他卫星导航系统动态，为北斗卫星导航系统发展提供方向参考和创意借鉴，反哺北斗系统建设，培养中国特色社会主义事业的建设者和接班人。

最后，要有大国胸怀。北斗全球卫星导航系统的开通，不仅仅促进了国内经济社会发展，还可与美国GPS、俄罗斯GLONASS 和欧洲Galileo 兼容互操作，为“一带一路”沿线国家和地区提供多种服务，北斗产品出口至百余个国家和地区，在东盟、南亚和非洲等地北斗应用遍地开花。中国坚持“世界的北斗”发展理念，与国际社会积极合作、主动承担、共享北斗成果，实现共赢。涵养世界一流的胸襟气度，健康国民素质心态，才能成为大担当、大格局和大气概的时代复兴新人。

四、“四个结合”新型课程思政教学模式

“北斗精神”是30 余万科研人员在实践中产生的伟大精神，是“两弹一星”精神、载人航天精神的延续，是改革开放文化和社会主义先进文化的重要组成部分，是中国共产党领导下建设实现我国卫星导航系统的完全自主可控，打破美国全球定位系统（global positioning system，GPS）垄断所形成的强大精神力量。新时代又赋予了北斗精神新的时代内涵，凝结升华为“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”新时代北斗精神。新时代北斗精神中的自立自信、爱国敬业和忠诚勤劳等品格与社会主义核心价值观相融通。弘扬新时代“北斗精神”有助于坚定文化自信，推动社会主义文化繁荣昌盛，为实现中华民族伟大复兴提供精神力量。本文提出在“四个结合”辅助下的集北斗精神与教学改革于一体的新型课程教学模式，提升学生自主创新、多源融合、群智研讨和付诸实践的综合能力，有效发挥学生的积极性和主观能动性。

（一）他人故事与现身说法结合，激发创新意识

借他人故事说法，引自身争当榜样。他人故事与现身说法结合，是要通过北斗建设过程中的自主创新实际事例，让学生近距离感受新时代北斗精神，激发学生的主体性、自主能动性和创造性。

北斗系统是我国科技创新的结晶，尤其是北斗三号工程攻克了原子钟、放大器和CPU 等160 余项关键核心技术，创新使用星间链路技术解决全球布站的难题，推进了500 余种器部件国产化研制，实现了核心器部件国产化率100%。即使在中国投入两亿多欧元参与欧洲的“Galileo 计划”却惨遭抛弃，导致引进其原子钟技术的愿望落空的情况下，北斗的三支队伍先后攻克基础理论、材料和工程等技术难关，仅仅用了两年时间就研发出首颗北斗二号试验卫星的“中国心”原子钟，用自己的创新方式助力北斗后来者居上。

本课程以北斗发展和特色介绍为切入点，让学生了解、熟悉我国北斗系统；以北斗的高精度和高完好性应用为核心，通过基本原理介绍、典型事例展示，使得学生了解北斗在测绘、航空等领域的重要作用；讲述北斗的一代、二代、三代发展历程及北斗特色，包括混合轨道、星间链路、短报文和通导一体等，激发学生对北斗的兴趣。此外，本课程还巧用国内外重点实验室、优势学科组织机构、社会教育部门等实体教学平台，帮助学生整合线上线下教育资源，为学生提供覆盖面更全的学习素材和接触面更广的学习机会，使学生贴近科研一线，建立交叉型、共享型和融合型的教学新方式。

（二）单科精研与多科并研结合，促进知识融合

以点带面，拓展应用。单科精研与多科并研结合，是要通过北斗建设与课程教学过程中的开放融合典型案例，引导学生开放与共享的新发展理念，激发学生充分利用全方位、高水平、多层次的学习与交流平台，培养学生跨学科、跨技术、跨领域的创新融合能力。

中国坚持“自主、开放、兼容、渐进”的原则建设和发展北斗系统，从2014 年至2020 年12月，中俄卫星导航重大战略合作项目委员会已经召开了7 次正式会议，就联合建站、监测评估和精准农业等10 个标志性项目共享成果、实现共赢。2020 年12 月中阿卫星导航领域合作谅解备忘录的签署，标志着中阿双方将在卫星导航联合应用、测试评估、教育培训和北斗中心建设等领域增强合作。如今的北斗系统相关产品已经出口120 余个国家和地区，向“一带一路”沿线国家和地区亿级以上用户提供定位、导航、通信和授时服务。反观中欧曾经合作过的“Galileo 计划”，欧洲在中国投资和美国技术兼得的情况下，不仅在技术上被中国反超，还被美国这一盟友所抛弃，北斗的后来者居上和GPS 的加速更新换代，都让Galileo 渐渐丧失了相对技术领先的地位。在2019 年Galileo 甚至出现了导航服务中断、降级的故障情况，再次证明只有开放合作才能共促全球卫星导航事业蓬勃发展。

北斗高性能导航与应用作为一门交叉学科，课程教学秉承开放融合的思想，在满足课程要求的情况下，向学生普及人工智能、深度学习和增强学习等技术与北斗的最新结合成果。以物联网领域为例，向学生介绍北斗系统可为物联网技术的感知层提供精准的时间信息和位置信息，帮助网络层实现感知及控制信息的全天候、全天时和无缝传递，突出北斗在“物联网+北斗”构建智慧城市、“交通+北斗”构建智慧交通和“物流+北斗”构建智慧物流等领域的典型应用前景。通过普及北斗时空元素与物联网、互联网、云计算和大数据等信息技术结合的前沿现状，培养学生以促进科技进步和国家发展为目的，在创新和爱国思政教育引导下走正确的“互联网+”北斗创新道路。

（三）个体探索与集体研讨结合，加强协同合作

个体有创新，群体才能有进步。个体探索与集体研讨结合，是要通过北斗建设过程中的万众一心实际案例，强化我国社会主义制度集中力量办大事的政治优势，培养学生个体优势促进群体发展的集体意识。

北斗工程刚刚启动，在经费紧张、环境艰难的条件下，在读博士生王飞雪和同伴们在一个不到10 m2的简单仓库里，依靠方便面充饥和浓咖啡提神，每天工作20 h，历时三年成功为北斗拿到了第一批远超预期的“快补精跟”数据。为了突破原子钟这一北斗导航卫星核心部件的研制壁垒，当时只有20 岁的李春景作为原子钟研发团队的骨干，带领着年轻的团队成员，经过无数次的试验、分析、计算和验证，成功在两年时间内解决了这项世界难题。在一颗刚刚发射上天的北斗二号卫星突然“失联”的情况下，时年48 岁的谢军带领地面检测人员逐一排除导航频段内的各个频率，历时17 天成功捕获该卫星信号。一代又一代的北斗人、中国航天人以个体创新发展促进了北斗集体发展，北斗集体发展也成就了他们的个体发展，个体与群体相辅相成、有机统一。

效仿北斗的“个体探索”和“集体研讨”成功案例，本课程开展启发式研讨，让学生通过资料收集、文献阅读和同行交流等方式，思考北斗在更多更广领域，如共享单车、无人机编队、车辆编队、舰船编队和重装空投等方面的可能应用。根据室内、室外不同场景，静态、动态不同模式，航路、进近等不同阶段，星基、地基和机载等不同增强系统，设计典型研讨主题，鼓励学生自主查阅相关文献，调研北斗系统导航及应用现状，探索适用于本课程的“轻灌输重引导”教育方式。在老师介绍北斗高性能导航及应用关键细节的基础上，学生以课上小组展示和课下撰写报告的方式，引导学生在个人充分调研、小组整合汇报中掌握导航定位发展历史、误差理论及基本定位原理、多基增强技术和其他先进知识，在撰写学术报告过程中加深对参数符号、逻辑公式和误差模型等卫星导航信号处理方面知识的理解程度，掌握科学技术写作技巧。

（四）课堂学习与实践练习结合，提升综合素质

实践是最好的学习，实践练习是检验课堂学习成果的最好方式。课堂学习与实践练习结合，是要通过北斗建设过程中的追求卓越实际案例，增强学生打磨细节、精益求精和付诸实践的意识，不让课堂学习内容成为无本之木、无源之水。

1948年，19 岁的孙家栋在新中国成立前夕，心系于新中国成立后的建设任务和人才需求，考入当时由苏联人管理的哈尔滨工业大学预科学习俄语，如饥似渴地拼命学习，最终成为了专业高材生。1951年，作为俄语翻译人才被选送入伍的孙家栋和另外29 名军人被派往苏联茹科夫斯基空军工程学院，带着祖国的重托在飞机发动机专业潜心学习。留学苏联8 年的孙家栋，归国后就被安排参与我国导弹技术研究，成功在苏联专家携带资料撤走的情况下，率领研制队伍造出了中国第一枚自行设计的中程战略导弹，又在最短时间内实现了“东方红一号”的傲然腾空。30 余年以来，陈芳允、范本尧、李祖洪、杨长风和谢军等北斗参研工作者，在反复的理论推导和实践验证的基础上，对关键器部件进行大量可靠性试验，及时发现隐患并开展应对研究，保证了北斗卫星发射成功率高达100%。

以北斗人追求卓越的精神为鉴，探索“课堂学习”与“实践练习”结合的具体方法。本课程鼓励学生参加科学沙龙、学术报告和座谈会等研讨活动，教师根据学生撰写的课外活动报告进行择优分享，并以分组展示中涵盖的活动内容为依据，对学生的课程成绩进行加分；鼓励学生走进国家空管新航行系统技术重点实验室，参观实验室的科研实践成果，走近调研卫星导航前沿技术，增加与高年级博士学生的交流机会，建立本科生-博士生互助沟通机制；鼓励学生预约操作飞机驾驶模拟器，以虚拟交互体验的方式提高学生专业知识的水平和动手实践的能力，真正做到将课堂学习应用到实践当中。以带领学生参观空管实验室为例，以实地考察的方式向学生介绍实验室团队研发的各类“北斗+”模型及设备，并组织开展本科生与团队学生的合作演示与交流研讨会，帮助了解北斗在交通、搜救和农渔林业等领域的应用现状，用这种走出课堂、参与实践的教学方式，向新时代青年植入不安逸于课堂、以实践促卓越的发展理念。

五、结束语

新时代北斗精神是我国数以万计的航天人员和幕后工作者苦心钻研的智慧结晶，北斗精神不是一成不变的，随着时代的发展会不断丰富其的内涵。北斗卫星全球定位导航系统的正式开通，向世界展现了“中国速度”“中国精度”和“中国气度”，充分彰显了中国特色社会主义的“四个自信”，中国人的伟大事业永远在探索的路上。

本文针对北斗高性能导航与应用思政教育元素不充足、学科交叉融合不紧密、学生创新意识不浓厚和社会资源利用不充分的问题，以培养新时代北斗精神和落实立德树人任务为主线，提出“四个结合”的新型教学模式，以及发挥社会主义核心价值体系引领作用、坚定报国信念、拓宽国际视野和有大国胸怀的培养理念。坚持以学生为本，旨在提升学生的自主创新能力，帮助学生整合社会教育资源，加快学生个体探索向群策群智过渡，增强学生实践求精意识。