以“乡村振兴”为背景的农林院校GNSS导航与定位原理课程改革探讨

郝 泷,崔玉环,高 祥,过家春

(1.安徽农业大学理学院,安徽合肥 230036;2.安徽建筑大学土木工程学院,安徽合肥 230601)

“乡村振兴”战略是党的十九大做出的重大部署,为新时代背景下重塑具有我国显著特色的新型城乡关系指明方向[1],为有效改善城乡不均衡发展及农村发展不充分的现状提供思路[2]。农业的高效发展对实现乡村振兴具有重要意义,我国目前处于改造传统农业和发展中国特色智慧农业的关键时期,传统农业种植及信息采集模式严重阻碍现代农业的发展需要[3],改善传统的农业结构对有效提升农民收入并改善生态环境至关重要,也是全面推进乡村振兴战略的必经之路,这都依赖于与农业的相关理论和技术层面的不断革新。

随着我国第三代北斗导航系统的全球组网,导航定位系统在多领域的应用也得到了快速发展。全球卫星导航定位系统(global navigation satellite system,GNSS)助力我国精准农业的快速发展,与计算机技术和大数据的有效融合为解决农业相关问题的有效处理提供了平台,为实现国家“乡村振兴”的目标保驾护航。科技是乡村振兴的基础,人才是乡村振兴的关键,因此,培养卫星导航技术在农业农村领域的应用人才是迫切且必要的。2021年中共中央、国务院印发《关于实现巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接的意见》对巩固拓展脱贫攻坚成果和乡村振兴的有效衔接做出明确指示[4]。国家政策的导向及技术的发展都促使高校提高卫星导航定位技术的专业人才培养,也对高校导航定位课程提出了新的要求。

安徽农业大学作为以农林为特色的高等院校,测绘工程专业开设超过10年,拥有深厚的积累。GNSS导航与定位原理是测绘工程专业的核心课程,主要内容包括GNSS发展史及应用领域、信号构成及处理、数据处理、误差源、定位方法、技术设计与外业实验等理论与实践结合的课程[5-6]。国内众多高校对导航定位课程的教学改革主要是集中在教学方法、模式及实践教学方面[7-9],这些研究一定程度上解决了专业课程中存在的问题,有助于提升学生专业素养和解决问题的能力。该研究在“乡村振兴”的背景下,立足新工科的建设目标,对如何培养能够服务于农村农业、并加快乡村振兴的导航定位专业人才及GNSS导航与定位原理课程改革建设展开探讨。

1 乡村振兴背景下导航定位人才培养面临的基本问题

众多高校都开设导航定位相关的课程,该课程的教学资源相对较为丰富,但针对“乡村振兴”为大背景的课程改革研究较少。此外,在工程教育专业认证的背景下,导航定位课程的建设及专业人才的培养需要着眼全球发展,也更应注重社会发展需求,只有这样才能更有针对性地培养人才。安徽农业大学作为具有突出的农业特色的高等院校,围绕乡村振兴和深化导航定位课程建设具有重要意义。目前以“乡村振兴”发展目标的导航定位人才培养主要存在以下问题:

1.1 GNSS导航与定位课程体系需优化测绘工作专业作为典型的传统工科专业对于实践性有很高的要求,其对应的知识框架和人才培养与产业技术的发展密切相关[10]。而随着传感器、人工智能和大数据等技术的快速发展,测绘科学与技术与现代智能技术的深度融合趋势已经势不可挡,因此对导航与定位人才的培养模式也急需转型和升级。现有的导航定位课程的知识框架对于课程设置和内容的设计缺少精细的分类,教学体系也不能强力支持专业毕业要求,落后的教学理念和不完善的教学内容不能满足卓越人才的培养要求。目前测绘工程专业的导航定位课程设置较为单一,主要以GNSS导航定位与原理为主,学生仅能够对基本的导航定位原理有浅显的认知,难以支撑导航定位专业人才梯队的培养建设。

1.2 学生专业实践能力需提升实践教育对导航定位人才的培养具有重要影响,对于实现“乡村振兴”的建设目标同样需要在实践中不断探索。目前大部分高等院校仍以教师理论知识讲解为主,学生对于实践课程的热情不高,加之学科设置缺少足够的实践课程,因此一定程度上阻碍了学生实践能力的提升,无法快速适应农村建设和农业发展的节奏。现有的实践教学仍是传统的“被动式”实践,学生以老师讲解和实验指导书为依据,单一的按照给定的实验步骤进行实践,虽然能够对实验复刻重现,但是不能有效提升学生的思考和创新能力。而“乡村振兴”战略的展开,又伴随着智慧农业的发展趋势,对以农业农村为主要服务对象的导航定位人才的综合能力提出了新的要求。因此,如何将理论知识与实践教学有机融合,有针对性地设计以农村农业领域为服务对象的实践项目,不断提升学生的综合实践能力,为实现“乡村振兴”目标提供技能储备,也是目前导航定位人才培养的关键。

1.3 学生服务乡村情怀需培养加快新时代农村建设的快速发展离不开人才,高等院校对于专业人才的培养不能局限于专业知识和技能的培养,对于服务农村的意识和情怀的塑造一样重要。实现乡村振兴的远大目标,需要过硬的专业技能,更需要根植农村、融入农民、深入农业的高尚情怀。导航定位技术在都市区域的普及程度远大于乡村区域,各种配套技术和设施也明显超出乡村区域,行业待遇更是与大城市有巨大差距,这都导致了导航定位的专业人才不愿意深耕该技术在农村区域的发展。通过对学生乡村振兴情怀的培养,可以让学生对乡村发展和振兴有自己的思考:“乡村发展现状如何?阻碍发展的原因什么?”“导航定位技术在智慧农业和农村发展领域能有怎样的作用?”“我的专业如何为乡村振兴添砖加瓦?”。围绕导航定位、农村发展、“乡村振兴”等方面进行渐进式培育,找到导航定位与乡村振兴的契合点,最终为实现乡村振兴的国家战略目标培养合格的专业人才。因此,学校更应该在培养学生对农村和农业的情怀方面做出努力。

2 乡村振兴背景下的导航定位课程教学改革与创新

针对现有导航定位课程存在的短板,结合我国“北斗”系统的发展及GNSS导航与定位原理课程存在的问题,该研究寻找GNSS课程理论和创新实践之间的关键纽带,以加快导航定位课程在农村农业领域中的教学改革。新时代的高等教育提倡以需求为导向、以问题为目标、以未来为方向的理念,因此基于上述原则,该课程的改革目标集中在激发学生对导航定位知识的探索求知欲,并树立正确的价值体系和建立服务于乡村振兴的社会责任意识,改革内容主要从教学模式、教学内容、教学方法、考核机制4个方面展开(图1)。

图1 GNSS导航与定位原理课程改革与创新方案Fig.1 Curriculum reform and innovation plan for gnss navigation and positioning principles

2.1 导航定位课程教学模式的革新GNSS导航定位技术在导航定位领域有巨大的需求和应用,面临诸多的挑战。有限的课时无法支撑专业人才建立完整的知识体系,特别是以人工智能为代表的新技术加快了智能时代的快速发展。这些挑战都使得导航定位课程的教学模式需要尽快走出单一的课堂教学方式,更多地以多学科交叉融合的方式来提升导航定位专业人才的培养。新冠疫情的影响也使得当代高等教育模式发生了巨大的变化,线上教学成为疫情防控期间诸多高校的主要教学方式,因此课程充分将线上和线下模式有机融合也可以保证多学科知识的高效传输。作为导航定位专业课程可以采用线下模式建立核心的专业知识框架和体系,而线上的MOOC(massive open online courses)则可以提供包括大数据、计算机技术在内的数理相关课程以不断推进不同学科的交叉融合,导航定位专业人才的培养不是单一的测绘学科知识和技术能够实现的,对人才的培养必须是以测绘科学为核心,不断吸收并与其他专业领域交叉融合而逐步实现的。传统的课堂教学以老师“教”为主,学生的“学”处于被动接收的状态,新的课程改革是以学生为核心进而开展相关的教学活动,这对于提升学生主观能动性有巨大的提升,让学生充分地参与课程的教学过程,使学生能够自觉地吸收和扩展专业知识,也可以更加深入的理解课程知识。

2.2 导航定位课程教学内容的导向在课程的教学过程中,循序渐进地引入“乡村振兴”的理念和内容,将导航和定位在发展新时代农村和智慧农业过程中的内容有效地融合于不同章节和知识点,有针对性地培养学生的能力和思维,逐步对教学内容进行优选,教学内容改革的具体方案有:①以“智慧农业”为主体,增加导航定位在解决现代农业领域的方案设计和问题解决等教学内容;②摒弃“填鸭式”和“广撒网”式的课程教学内容,有针对性地选择实际的具体热点问题,如导航定位技术在发展现代化农业及新农村建设等方面的应用,现势性的内容和知识可以有效提升学生的学习兴趣和热情,不断开拓学生的思维;③对现有的实践课程进行针对性的设计,合理的向在现代智慧农业领域的应用倾斜,引导学生积极参与创新创业训练项目。

2.3 导航定位课程教学方法的融合在科学技术和信息飞速发展的今天,传统的“填鸭式”教学方法已经无法满足教学需求,特别是对于涉及诸多学科背景知识的GNSS导航定位课程,照本宣科和幻灯片朗读无法激发教师的教学热情,也严重破坏了学生的学习体验。单一的教学方法只能在有限的学时将教师主观认为的重点内容简单粗暴的“说”给学生,而忽略了学生学习能力的差异。学生在课程学习中共同存在的问题是,对于专业知识的学习局限于课堂教学,且严重依赖教师的讲解,缺乏课后的主动学习,思维拓展发散,这些普遍存在的问题都迫切需要对现有的教学方法进行改进。

现有的教学方法难以有效提高学生分析和解决问题的能力,有效地将地球科学、计算机科学与技术、移动通信、大地测量学等相关学科与导航定位课程的充分融合是拓宽专业储备和提升能力的必要手段,除传统的教学方法应及时改进之外,也需要鼓励学生多参加实践和专业技能竞赛,以专业技能提升为导向,进而不断地对教学方式进行调整和创新,有效提升教学效果,实现对学生专业和创新能力的培养。

教学方法的具体改进方案:①翻转课堂[7],以面向问题解决为目标,积极引导学生发现问题,建立课堂问题研讨小组;以“大学生创新创业训练计划项目”“互联网+”“北斗杯”等比赛为锻炼平台,引导学生积极参与学科竞赛,以赛代练有效提升学生解决问题和创新能力;②平台建立,安徽农业大学理学院“基石创新班”及“导师制”目前已经顺利开展,旨在以兴趣培养和能力提升为目标,结合课程内容和专业技能提升,将“挑战杯”“互联网+”和“创新创业大赛”等比赛、竞赛类作为重要辅助项目充分与课程教学深度融合,鼓励所有学生积极加入感兴趣方向的导师团队,保证学生能够有效利用课程知识去实际解决现实问题;③企校合作,积极邀请导航定位领域的企业和机构进入校园,开展相关的研讨主题,分享实际案例和工作经验。

2.4 导航定位课程考核机制的多元现有的课程考核机制较为单一,大部分学生只需要在考前通过大量背诵课程知识点基本上可以保证顺利通过考试,这也从侧面阻碍了学生认真学习和钻研课程的主动性和积极性,对于考核机制的改革应该综合考虑学生对理论知识和实践技能的灵活掌握能力。学生的课程成绩不能简单地由期末考试成绩和平时到课率构成,应充分考虑学生的课堂表现和综合能力,对于多元考核机制的设定可以从以下几个方面考虑:①理论课程完成,包括课程知识点的梳理、课堂笔记、随堂测验及师生或小组的互动交流;②实践课程完成,包括方案设计、实验操作、团队合作、问题解决和实验报告的完成度;③期末课程考试,对理论知识掌握的直接体现(表1)。

表1 GNSS导航与定位课程考核评价指标Table 1 GNSS navigation and positioning course assessment and evaluation indicators

3 以乡村振兴为导向的导航定位课程教学改革的预期效果

通过近年对安徽农业大学测绘工程专业的GNSS导航定位课程的教学实践探讨,以乡村振兴为导向,以专业和创新能力提升为目标,通过对课程的结构不断优化,建立了“理论学习—实践锻炼—能力提升—问题解决”的改革方案,在教学模式、教学内容、教学方法和考核机制等多个方面展开改革创新。随着以乡村振兴为目标导向的GNSS导航与定位课程改革的深入,测绘工程专业的学生在不断巩固导航定位的专业知识之外,在大数据和计算机技术等基础知识的辅助下可以显著提升项目设计和问题解决的能力。由于学生积极参与不同的创新创业训练项目及专业比赛,不同于以往课程结束之后再也不会打开教材的局面,即便课程结束学生仍然需要汲取相关的知识,来完成主持参与的相关项目,不断地提升自己的知识储备和专业技能。随着学生在科研小组的不断学习,学生对科研的钻研兴趣得以持续提升,可以发表相关的学术论文和申请相关的专利,同时也保证部分同学继续在导航定位领域不断深造。此外,通过对学生奉献农村的情怀的培养,不少来自城市的同学对“三农”和国家乡村振兴政策有了深刻的认知,部分同学在择业的时候选择扎根农村,为新农村的建设和乡村振兴的远大目标贡献自己的力量。

4 结语

党的二十大表明,全民建设社会主义现代化国家最艰巨最繁重的任务在农村,解决好“三农”问题是全党工作重中之重,要举全党全社会之力全面推进乡村振兴,加快农业农村现代化。该研究以现有GNSS导航与定位课程教学存在问题为切入点,从教学模式、教学内容、教学方法和考核机制4个方面展开改革创新,课程教学改革实践以乡村振兴理念为重要背景,有针对性地培养可以服务“三农”的专业技能人才,为加快农村农业现代、实现乡村振兴的人才培养提供行之有效的方案和思路。