以“学”为中心的“GNSS原理及其应用”课程融合教学改革研究

钱安 孙广通 刘小阳 宋萍 李峰

摘 要：在学情分析基础上，基于应用型本科院校培养目标，提出了“一中心，三融合”的教学理念，通过重塑课程教学内容，改革教学方法，深挖课程思政元素，引入测绘相关课程融合和赛创融合的教学体系，建立多元化考核机制，深入实施了“GNSS原理及其应用”课程的教学改革，极大增强学生课堂的参与度与积极性，着力提高了课堂的教学效果，有效培养了学生实践能力和创新思维。

关键词：GNSS；课程思政；课程融合；赛创融合；教学改革

“GNSS原理及其应用”是测绘工程专业一门重要的、具有较强实践性的专业核心课。通过本课程的学习，要求学生理解和掌握导航定位的基本理论知识，掌握GNSS（Global Navigation Satellite System）外业工作和内业数据处理方法，能独立将GNSS技术熟练应用于各类测绘工程实践。GNSS作为现代的测量技术，是获取地面点位的主要手段之一，已广泛服务于各个测绘领域（如大地测量学［1］、工程测量学［2］和摄影测量学［3］等），是测绘人员必备的专业技术。GNSS课程的教学质量在一定程度上影响着测绘人才的培养质量。

随着北斗三号全球卫星导航定位系统的建设完成，并在我国大力推广和发展北斗技术的背景下，GNSS定位的模式发生了较大的变化，其应用领域也在不断扩展。为了满足这一发展趋势并满足市场对创新型人才的需求，越来越多的教师已经开始探索GNSS课程和相关课程的改革。这些改革探索涵盖了课程大纲的修改和完善、课程内容的变革、实践条件的改善、课程设计的创新以及教学手段的改革和创新等多个方面［4–8］，提出了GNSS課程改革的新思路，在一定程度上提高了GNSS课程的教学质量。

在新时代和全面推进课程思政建设的背景下，作为应用型本科院校，亟须改革陈旧的GNSS课程教学方式，充分发挥高校人才培养功能，并结合自身高校特点，探索出创新型应用人才的培养新思路。

1 课程现状

1.1 学生基础薄弱，主动学习意识不强

《GNSS原理及其应用》是3S技术之一，具有很强的理论性和实用性，逻辑性比较强，且要求学生具备一定的数学和专业基础。然而我校作为应用性本科院校，学生数理基础比较薄弱，大多同学的学习自律性不强，且多数同学无复习、预习和巩固之前所学知识的习惯，导致在讲授该课程理论知识时，部分学生出现不同程度的学习倦怠难以跟上学习节奏的情况，影响学习效果。

1.2 不能精准地将GNSS技术应用于各类测绘实践

“GNSS原理及其应用”课程所讲授的卫星定位技术还是服务于其他测绘领域的主要技术手段，如地形测量、大地测量、摄影测量等。传统GNSS教学中，往往仅单纯注重本课程内容的教学，而忽略测绘课程之间的融合教学，进而导致学生很难将所学的技术应用于具体的各类测绘工作。

1.3 课程创新程度不足

教师授课中多重视学生专业知识的讲授和基本实践技能的培养，忽略创新创业理念融入专业课程的教育，使得学生缺乏创新思维和创业理念，对行业动态的认识不足，未能及时将新的理论、新的方法和GNSS新的应用及时融入课程教学。

为解决我校“GNSS原理及其应用”课程教学过程中痛点的问题，适应新时代GNSS教学的新要求，本课题组引入了“一中心，三融合”的教学理念。具体而言，以学生为中心，以学生发展为目标，以教学改革为主体，深入融合课程思政元素，注重测绘相关课程的融合教学，不断重塑教学内容，改进教学方法，引入新的教学手段，优化考核方式，实施“赛创融合”的一体化教学模式，将理论学习和实践训练统一起来，激发学生的学习热情，强化学生的创新实践能力，以期打造更完善的教学体系，提高教学效果，促进学生全面发展，培养符合时代需求的高素质人才。

2 课程融合教学设计

2.1 课程教学内容的革新

随着GPS技术的进步和发展，GLONASS系统日趋完善，北斗三号卫星导航定位系统的全面建成开通，GPS一花独放的时代已经结束，且GNSS仪器生产单位已广泛使用多系统、多频的GNSS接收机，纯GPS教学方式已逐渐难以适应新技术发展趋势和市场对创新人才的需求。为适应新时代的要求，把握应用型人才培养目标，在结合工程教育认证内容前提下，满足现有测绘人才培养方法、教学大纲和测绘类教学质量国家标准的基础上，重新设定了该课程的教学目标，重塑了教学内容。首先，将课程内容分解为定位基础、定位核心和实践三个部分，使内容层次清晰，聚焦“厚基础、强能力、重实践”，着力培养强实践、应用型人才；其次，为体现授课内容的时代性和前沿性，加大了BDS和其他几家卫星导航定位系统相关内容的介绍；最后，革新了实践教学内容，以适应新技术发展的需求，充分体现实验内容的综合性、设计性和研究性。

2.2 融入课程思政元素

高校在提供优质的教育教学，帮助学生掌握所学专业知识和技能，培养创新能力和实践能力的同时，还需深入贯彻课程思政教育理念，以塑造正确的价值观和社会责任感。北斗卫星导航系统是中国自主研发、部署和运营的全球卫星导航定位系统，其所代表的北斗精神包括弘扬国家精神、培养创新精神、提高职业素养和增强学科吸引力。“中国的北斗，也是世界的北斗”，在GNSS课程教学中引入北斗精神，不仅可以弘扬国家精神、激发学生创新精神、提高职业素养和实践能力，还可以增强学科吸引力，为学科的发展注入新的活力。我校GNSS课程以“自主创新，开放融合，万众一心，追求卓越”［8］为内核的“北斗精神”为依托，引入北斗思政教学案例，将北斗精神融入该课程教学的各个章节（见下表），实现全过程的课程思政，以达到课程思政“润物细无声”的效果，切实激发爱国热情，提升专业认同和专业综合素质，培养创新意识。

2.3 注重和测绘相关课程之间的深度融合

作为现代大地测量技术，GNSS技术已被广泛应用于各个测绘领域。为适应GNSS技术的发展和其他测绘课程对GNSS技术的需求，我校在该课程教学过程中，注重GNSS课程与数字测图原理与应用、大地测量学和工程测量学的融合教学，以便学生能够精准应用GNSS技术于各类测绘生产实践。在课堂理论教学方面，积极引入数字测图、大地测量和工程测量等相关实际测量案例，明确GNSS技术特点以及各测绘应用场景，拓展学生对GNSS技术的理解和认识，着力培养学生的分析和解决实际测绘问题的能力。在实践教学方面，革新传统单纯静态测量和单站RTK测量实践内容，重新设计实验和实习内容，注重各测绘相关课程的融合。在静态控制测量实践教学中，增加了各类型的测量控制网（如国家等级控制网、城市控制网、工程控制网等）设计与布设实验，以增强学生应用GNSS技术服务于大地测量和工程测量控制网布设的能力。在RTK实践教学中，在传统单站RTK碎部测量实践教学的基础上增加了网络RTK、RTK控制测量、RTK点位测设等实验，以提升学生将GNSS技术精准应用于数字测图和工程测量领域的能力。

2.4 引入赛创融合创新教学理念，培养学生创新能力

改革传统教学模式，推进GNSS课程教学与学科竞赛深入融合，解决专业能力培养与创新创业能力培养相互割裂的问题。在实践教学中，以大学生专业技能大赛（全国测绘技能大赛、省测绘技能大赛等）为驱动，将竞赛项目全面融入GNSS实践教学的改革与创新。如在全国的测绘技能大赛和虚拟仿真测图大赛中，要求学生利用全站仪和GNSS完成数字测图工作。教学团队在原有GNSS课程的实践教学中，进一步加强和完善了实践教学平台，优化了本课程实践教学内容，以实现学生实践动手能力训练和知识的应用与创新能力的培养。

“赛创融合”的教学模式的引入，一方面，充分调动了学生的积极性与参与性，做到了“以赛促学”，轉被动式学习为主动式学习；另一方面，促进了GNSS原理及其应用课程的教学内容的重塑，完善了课程内容知识体系，加快了现有教学内容与行业对接、与当前市场对接的需求，实现了“以赛促教”；此外，专业竞赛的优秀作品库和竞赛资源也丰富了GNSS生产项目教学和案例教学的重要资源，促进了课程的改革研究。

2.5 创新教学方法，突出以“学”为中心的教学理念

GNSS相较于传统测量而言，过程繁杂、难度大，不仅涉及卫星信号组成、解调、分析等抽象过程，还包括卫星信号调制与解调、卫星位置计算、基线解算和网平差等复杂过程的求解。为保证学生对卫星定位的抽象复杂过程有清晰地认识，本课程课题组整合了现有开放的GNSS实验教学平台资源，并依据教学和实验要求编写了相关程序，以实现抽象过程形象化，将课程要点、难点具体化。此外，积极鼓励学生参与到课程资源的建设中来，充分落实以学生为中心的人才培养理念。课程教学资源的建设一方面促进了学生对GNSS相关理论、方法的理解与认识，另一方面，通过课后大作业、学科竞赛和毕业设计的案例又进一步丰富了课程资源，这极大地丰富了学生的理论知识，提升了专业能力，增强了综合素质。

同时，在教学中积极创新教学方法，注重线上线下混合教育，充分利用雨课堂等线上统计工具进行学情分析，充分了解学生的实际状况，突出学生中心地位，引导学生探究、解决问题。在授课方式上，开展互动式教学，以“问题为导向”先引入案例，创设情境，引导学生探究问题。加强测绘课程之间的融合教学、改变孤立教学思路，着力提升学生精准应用GNSS技术服务于测绘相关领域的能力。在教学新技术引入方面，积极引入虚拟仿真教学平台，实现测绘实践教学的智能化和信息化。

3 课程考核与成效

考核是检查和评价GNSS课程学习效果的重要手段，为了客观公正地评价学习成绩，建立了多元化考核模式，实施过程性考核和终结性考核相结合，并充分利用雨课堂智慧教学平台，提高全过程考核执行效能。

综合平时课堂表现、课后作业与实验报告、期中检查、实践能力考核和期末考试等5个方面考核学生的学习情况，其中平时表现（主要为考勤、雨课堂弹幕互动情况和课下表现）占10％；课后作业与实验报告占10％；期中检查测试占10％（题型覆盖选择题、填空题、判断题、简答题和计算题等）；实践能力考核（主要考核学生熟练操作GNSS测量仪器的水平，并考虑学生品德，如学习工作态度、实验实习中的组织协调能力、吃苦耐劳的品质等）占20％；期末考核占50％。

多元化考核模式不仅提高学生的课程参与度，强化预习和复习效果，还能方便教师在授课过程中掌握学生学习动态，督促教师进行课后反思，进而开展更深入的备课，提升课程的挑战度。

结语

“GNSS原理及其应用”课程经过多年不断建设，随着“一中心，三融合”理念的深入实施，已逐步解决了我校GNSS课程教学中理论与实践未深度融合、测绘课程间未深度融合的问题，也极大提升了测绘学生的专业认同、创新精神和综合素质。在近两年的全国大学生测绘技能大赛和北京市虚拟仿真测图技能大赛中获特等奖4项，一等奖16项，二等奖8项，也说明了以“学”为中心的课程融合教学理念的融入提升了学生的综合素质，激发了学生的创新意识。

参考文献：

［1］王阿昊.北斗星基增强分米级定位与multiGNSS实时单频精密单点定位研究［J］.测绘学报，2023，52（4）：690.

［2］王新鹏.桥梁动态监测数据特性识别方法研究［J］.测绘学报，2023，52（4）：694.

［3］王成，施宇军，权菲，等.无人机倾斜摄影测量土方量测算及精度评价［J］.测绘通报，2022（8）：139142+159.

［4］宋萍，孙广通，朱红.“双创”背景下测绘工程专业GIS课程教学改革研究［J］.科技资讯，2023，21（2）：152155.

［5］黄征凯，赵泽惠，聂启祥，等.面向PNT应用需求的实践创新能力培养体系探索［J/OL］.导航定位学报，2022，10（4）：197202.

［6］陈国栋，连达军，李黎.基于SPOC模式的“GNSS原理及应用”课程教学探索［J］.测绘与空间地理信息，2021，44（11）：46+10+13.

［7］邓健，何原荣，栾海军，等.“北斗+”新形态下GNSS原理与方法课程教学改革实践［J］.测绘与空间地理信息，2021，44（7）：1517+23.

［8］吴汤婷，卢立果，李大军.“新时代北斗精神”融入卫星导航定位课程思政教学的探索与实践［J］.导航定位学报，2022，10（1）：147152.

基金资助：防灾科技学院教育研究与教学改革项目（JY2021B16）；河北省高等教育教学改革研究与实践项目（2020GJJG350）

*通讯作者：钱安（1988— ），男，汉族，安徽铜陵人，硕士，副教授，研究方向：卫星导航定位技术。