面向应用型人才培养的GNSS原理及其应用课程改革与建设

郭秦

GNSS原理及其应用课程是遥感科学与技术专业的骨干课程、专业核心课程。遥感科学技术近几年的快速发展，GNSS原理及其应用课程教学内容不断扩充调整，与工程测量、摄影测量、遥感、地理信息系统、计算机技术等课程产生更多融合，课程体系与内容的重新建设已是必然。在遥感科学新技术与遥感科学教育新形势，以及学校和学院发展建设要求下，以课程理论体系为基础，以课程新成就和现代发展为出发点，正确处理好经典内容和现代发展的关系，引进新成果、新技术，构建面向应用型人才培养的课程体系是势在必行的。本文主要从GNSS原理及其应用课程改革与建设出发，从课程定位、教学内容改革、教学手段改革、教学组织改革和取得的教学成果几个方面来总结面向应用型人才培养的GNSS原理及其应用课程改革与建设所做的工作，实现了专业知识传授与价值塑造、能力培养的有机结合。

随着空间大地测量学的高速发展及持续变革，空间定位技术逐步扮演着越发重要的角色，其中GNSS测量技术已经广泛应用于我国的地方经济建设和社会可持续发展中。随着导航定位技术的不断发展，以GPS为代表的单一导航定位系统具有极大的局限性，未来必定是GNSS多系统融合发展的新时代。其中GNSS测量技术已经广泛应用于我国的地方经济建设和社会可持续发展中。在全国范围内所开设测绘类专业的院校中，都已经开设了GNSS技术课程及相关配套的实习教学。GNSS原理及其应用是遥感科学与技术类专业中的一门重要专业核心课，主要学习GPS原理与应用的四大部分——GNSS组成、GPS定位原理、GPS定位误差源分析及GNSS工程实践应用，课程具体内容具有非常强的理论性和实践性。结合学校应用型人才培养目标，课程的教学方式和内容都进行了深入优化。调动学生主动学习的积极性、增强其专业技术基础知识储备的同时，与实际工程项目应用有机结合，增强教学内容与实际工程实践的联系，加深学生的实践操作能力和技术水平，满足应用型人才培养目标要求。

1 课程定位

要想成功地做好课程改革，构建新的课程建设内容，首先我们要明确做好课程定位，完善课程大纲。它是实施教育思想和教学计划的基本保证，是进行多种媒体教学、教材建设和教学质量评估的重要依据，也是指导学生学习、制订考核说明和评分标准的指导性文件。GNSS原理及其应用课程是主要讲授GNSS数据获取以及处理和应用相关的基础理论、基本原理及基本方法，重点讲授GNSS原理与应用的四大部分——GNSS组成、GPS定位原理、GPS定位误差源分析及GNSS工程实践应用。

本课程坚持理论与实践并重，强调操作技能与实践应用能力的培养，在第一节课上，就要向学生讲解GNSS测量这门课的重要性及其对将来职业的影响，且要使用案例教学法，引入慕课教学模式，通过在线课程展示课程相应的学习资料模块，以及遥感科学与技术专业同学毕业后能进行的“注册测绘师”考试工程案例和学习后能在校就參加的真实测量竞赛案例，同时结合行业发展，不断更新知识和技术，支撑应用示范型人才的培养目标和毕业要求。并且要求培养目标、毕业要求、教学环节及每一个教学参与者都要进行评价，同时建立评价的机制和周期，且评价结果必须用于改进。本课程的教学对应有三个教学目标。

课程目标1：通过该课程学习，学生能了解并掌握GNSS技术发展的过程，GNSS的基本概念，并掌握在实际工程中应用的基本知识。

课程目标2：通过该课程学习，学生初步形成正确认知GNSS、定位、导航及行业具体应用的基本能力；掌握GNSS相关仪器的基本操作，以及后续内业处理工作；掌握GNSS在测量和施工放样两方面的基本操作。学生初步具有将GNSS相关知识熟练应用到国土资源管理、地理信息生产等岗位或领域的能力。

课程目标3：通过该课程学习，学生能养成科学的、辩证的思维与热爱祖国大好河山的爱国主义情怀，养成在地理、国土、地质、资源等部门或领域从事与GNSS相关工作的专业和岗位素质。

教学目标与在教学过程中紧密连接毕业要求指标点，使得培养的学生在毕业时能够达到培养方案中对应的毕业要求，毕业后能够在地理、国土、地质、资源等部门或领域从事与GNSS相关工作的专业和岗位并具有良好的专业素质。

2 教学内容改革

传统的课程内容存在诸多问题，例如，课程理论部分内容较为抽象，与日常生活联系较少，并且有比较多的生涩难懂的不能顾名思义的名词，以及校内实习基地单一，非综合性实践基地，而且随着时间的推移，原有控制网的数据存在一定误差，使GNSS综合实习受到限制，实习效率和效果较差。而且，前几年由于学校投入实践教学的仪器数量不足，设备短缺，在一定程度上影响实践教学的有序开展。通过学习本课程的学习，要让学生掌握本专业在GNSS测量方面的基础理论，包括GNSS测量方面的一般概念、基本知识、常规测量仪器和工具的使用及在普通工程中数据获取和处理等基本操作方法，进一步了解GNSS测量技术的新发展、新应用。学习GNSS基本原理、GNSS接收机外业操作、GNSS内页数据处理等。并加强对学生测、算、绘等基本技能的训练，结合实训实践项目的训练，使学生基本具备承担GNSS测量的能力。因此首先在教学内容上做了如下教学改革措施：

重构课程理论和实践教学安排。

本课程教学安排：

理论部分。理论部分总课时48课时，重点内容在GPS卫星星历、导航电文、定位基本原理及定位误差上，具体教学安排见表2。

在实际课堂授课时，将BDS、其他导航系统、最新的技术成果以及教材之外代表GNSS当前发展领域的最新理论知识纳入课堂教学中，并且适当淘汰一些陈旧的技术手段，立足于教材又不拘泥于教材，采用多种渠道搜集最新发展信息，同时配合采取各种有效的教学方式激发学生的学习兴趣和热情。

实验部分。实验部分总课时24课时，主要分为两个模块——GPS静态测量模块和CORS地形图测绘模块，主要培养学生将理论所学知识运用于实践的能力，并与近几年测绘技能竞赛紧密结合。近几年测绘技能竞赛由于疫情的影响，均采用在线虚拟仿真的形式进行，比如其常规参赛项目——GNSS地形图测绘，就与我们的实验内容紧密结合。通过竞赛虚拟仿真软件，同学们可以在虚拟仿真的环境下，熟练整个GNSS地形图测绘操作流程，学生在校即可将所学与具体实践结合参与竞赛项目的同时，还能将课程知识进一步掌握，再到实际使用仪器操作的时候，学生就基本上对于整个实验流程的操作游刃有余了。再加上近一年学校采购了一批新的GNSS接收机，这也进一步促成了线下实践教学的有序开展。对于实验部分这样既提高学生的学习幸福感和满足感，也培养了学生的参赛能力，学生通过竞赛获取奖励后提高学生的学习成就感和自豪感，更具体教学安排见表3。

本课程在教学过程中不断创新，积极开展教学改革，在完成教学内容的改革的同时，形成了以下教学改革模式：

（1）实现碎片化和网络平台的创新学习模式。当前时代下的学生对手机等电子设备的喜爱与依赖是有目共睹的，紧跟慕课的发展，我们将所有的课程资料包括上课进行视频录制并上传至网络课程平台（超星学习通平台），作为学生课前预习和课后复习的资料，实现随时可学、处处能学、方便可学的学习模式。

（2）实现学习效果和质量过程考核。不管是教學的过程还是学生学习的过程，都不能再依赖传统的一纸试卷来考核，而更应该注重过程的考核。这也是近几年学校教学改革要求的重点内容。通过学生对于网络课程平台本门课程的学习情况（包括课程内容的浏览、课程上课过程中的互动情况、随堂练习、课后章节测验情况等）都可以详细记录学生的学习时间、持续时间、习题完成情况和正确率，特别是主观题，可以采用“同业互评”的方式来创造性地实现评价与考核，不再是任课教师一人评分为准的传统模式，真正实现客观的、公正的过程考核。

（3）真正做到理实一体。本课程理论与实践交融，我们将所有实验实训的操作过程和注意事项都结合近年来测绘技能竞赛中使用的虚拟仿真软件，提前预习，在实验前提前感受实验内容，再实际操作。学习完成过程中，同学们还参加国家级以及四川省测绘技能竞赛，利用所学知识，巩固加强了所学知识，并获得了竞赛奖励！

3 教学手段改革

（1）信息技术手段

本课程理论知识讲解部分在多媒体教室里进行，教室里配有全套的电教设备。全部讲课都使用传统方式和多媒体手段相结合的模式。精心编写了课程电子教案，精心组织演示内容，做到图文并茂，提纲挈领。

本课程建立了在线课程主页（在超星尔雅慕课平台运行），实现了电子教案、课程教学文件、案例、习题、参考文献、新技术新知识更新等教学资源的上网。采用传统教学与在线教学相结合的方式，发挥各自的优势，是本门课程提高教学质量、节省学时、增强教学信息量、结合工程实践和满足行业人才需求的重要手段。

（2）实践教学技术手段

课内案例教学，采用近几年遥感科学与技术专业学生毕业后可以考取的“注册测绘师”证书考试相关案例考试题目，增强学生将所学知识应用于实践的能力，使得学生有将所学知识与行业联系的纽带，拓宽学生的视野。

同时，本课程还积极组织学生参加国家资源部组织的全国大学生测绘技能竞赛和四川省教育厅主办的省级测量技能大赛，课程团队老师全程参与指导，目前已连续两年在GNSS数字测图项目上获得国家级特等奖、一等奖的好成绩。

4 教学组织改革

本课程以现代教育理念为指导，在理论和实践教学中运用“预习—授课—习题—课后指导与讨论—翻转课堂”的全新教学组织模式，充分发挥学生的主体作用和教师的引导作用。以在线课程平台为载体，注重启发式教学，变被动学习为主动学习，实现基于在线教学平台的教学全过程控制模式的教学组织方式。具体过程是（以“超星”平台为例）：

（1）构建多层次、全方位的在线教学平台

本课程将所有的教学资料以及相关的教学参考内容放在 “超星尔雅慕课平台”上运行，作为学生课前预习和课后复习的资料以及完成习题和进行课程讨论的平台。除此之外，还可以安装手机超星学习通app，学生可以随时随地打开观看课程平台上全部资料内容。采用这种模式的核心就是将理论以及实践教学内容全方位、全过程、全时段地呈现，让学生有机会提前预习、课后复习以及随时学习、沟通、交流。它以现代教育理念为指导，以实用为宗旨，以学生发展为主，改变知识的单向传播，强调形成积极、主动的学习态度和培养良好的学习习惯。在理论和实践教学中既有“教”的设计又有“学”的设计，既有自主学习、实践又有合作探究和互动探讨，更有后续真实课堂的补充和翻转，充分发挥学生的主体作用和教师的引导作用。

（2）立足在线教学平台，建立科学合理的评价机制，实现真正的过程考核

基于OBE理念，立足在线课程教学平台，彻底打破了传统教学中师传生受、期末一纸试卷定乾坤的格局。

第一部分，学习记录中的学习详情模块。

每个学生的学习详情在学习过程中都会在平台上实时记录下来，以此为依据统计出学生学习的效果、反映的成绩和相应章节的学习时间等详细而客观的内容，这些内容将作为过程考核的第一个重要依据。

第二部分，学习分析模块。

每个学生的学习情况在平台上会实时记录下来。分析分为两个部分，一是整体情况分析，二是单个个体情况分析。我们不仅要对参与学生做一个整体把控，看到本门课程的整体情况，还要以整体情况为基础就某个学生的学习效果进行评价和客观反映，再根据这些整体的情况以及个人的情况和对比结果予以综合评定，作为过程考核的第二个重要依据。

第三部分，作业检查与分析模块。

每个章节均有配套的课后练习，学生在规定期限内学习并上交相应的习题后，客观题作业正误判断由系统自动完成，主观题可以选择教师评阅，也可以选择学生互评。课后练习的成绩将作为过程考核的第三个重要依据。

在学习最终完成后平台根据三个部分的具体情况再综合整体成绩线上自动生成最终评分。公平、公开、公正的同时也实现了全过程的考核。

（3）结合测绘技能竞赛虚拟仿真平台，建立体验式的实训教学全过程

实训教学是本门课程中非常重要的一个组成部分，传统的教学模式下，很多实训教学一般都是教师带领学生在室外实际操作，一直以来给我们带来很多教学问题，比如，室外没有黑板，对于有些知识光靠教师的讲述，学生只是耳朵听并不能很好地理解；实际操作过程的讲解只有操作老师正对面的同学看得清楚等问题。近几年，由于疫情的客观原因，测绘技能竞赛多采用线上虚拟仿真的形式进行。因此借助于测绘技能竞赛训练，将竞赛训练和实验教学有机结合，使同学们在竞赛训练过程中能够利用虚拟仿真软件在室内结合任课教师的指导提前将实验内容操作一遍，再到实地进行实际操作。在操作过程中若有遗忘，可以现场咨询教师，也可以打开相应的虚拟仿真培训视频，随时随地观看教学视频，实现了实验实训教学环节体验式教学的全过程指导与控制。

5 教学成果

（1）信息化时代背景下线上线下相结合的创新型教学模式

将线上网络课程平台与线下课堂有机结合，实现理论—实践—实训和预习—授课—习题—课后指导与讨论—翻转课堂的全过程管理与控制。信息化服务育人完善过程考核，充分利用互联网优势，监控学生学习过程，实现客观的过程考核。

（2）新型的全过程动态化教学质量管理体系构建

基于OBE理念的教学全过程控制模式，提高学生的主体参与意识，培养学生的自主管理能力。与此同时，教学团队密切关注教学状态，构建变教师主导为教师引导的新型教学模式。

（3）全新的互动式教学体验

基于应用型人才培养目标的教学全过程设计，实训环节的设置贴近与理论内容及工程实践的具体应用相结合，学生参与度高，可操作性强。并与行业“注册测绘师”考试案例题以及测绘技能竞赛有机结合，贴合应用型人才培养目标。

本文系绵阳师范学院校级教改项目“面向应用型人才培养的GNSS原理及其应用课程改革与建设”，项目编号：Mnu-JY210103。

（作者单位：绵阳师范学院）