“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程實踐教學(xué)創(chuàng)新體系改革

周命端，丁克良，羅德安，黃 鶴，劉旭春

(北京建筑大學(xué) 測繪與城市空間信息學(xué)院，北京 102616)

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程實踐教學(xué)創(chuàng)新體系改革

周命端，丁克良，羅德安，黃 鶴，劉旭春

(北京建筑大學(xué) 測繪與城市空間信息學(xué)院，北京 102616)

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程是我校測繪類專業(yè)本科生的一門具有較強理論性和實踐性的專業(yè)基礎(chǔ)課，為強化學(xué)生知識運用能力、測繪實踐操作能力、程序設(shè)計能力及科技創(chuàng)新能力，從實踐教學(xué)內(nèi)容更新及實踐教學(xué)方法和手段優(yōu)化等方面對該課程的實踐教學(xué)創(chuàng)新體系(課間實驗和集中實習(xí))探索性改革，經(jīng)兩年的教學(xué)實踐與持續(xù)改進，實際效果顯著。

實踐教學(xué)體系；教學(xué)改革；衛(wèi)星導(dǎo)航定位；工程認證

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程是我校測繪工程專業(yè)、地理信息科學(xué)專業(yè)和遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)等測繪類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有知識面寬、理論性和實踐性強、應(yīng)用范圍廣等特點。因此，在課程教學(xué)過程中，除了注重課堂理論教學(xué)之外，必須加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，充分認識實踐教學(xué)在深化課堂教學(xué)、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量中的重要地位和作用。目前，我校開設(shè)的“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程所設(shè)置的課程教學(xué)體系由理論教學(xué)課堂講授40學(xué)時、8學(xué)時課間實驗與一周(20學(xué)時)集中實習(xí)的實踐教學(xué)兩部分構(gòu)成。根據(jù)《北京建筑大學(xué)關(guān)于進一步加強實踐教學(xué)工作的意見》文件精神，為深化實施我校本科人才培養(yǎng)綜合改革，進一步完善課程實踐教學(xué)體系，促進實踐教學(xué)改革與創(chuàng)新落到實處，切實提高實踐教學(xué)質(zhì)量，在學(xué)?！疤豳|(zhì)、轉(zhuǎn)型、升級”綜合改革背景下，結(jié)合“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程的實踐教學(xué)目標及現(xiàn)狀情況分析，在有限的時間和現(xiàn)有實驗設(shè)備條件下，如何使學(xué)生最大限度地將理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際應(yīng)用問題的能力，繼續(xù)強化學(xué)生知識運用能力、測繪實踐操作能力、程序設(shè)計能力及科技創(chuàng)新能力，本文針對“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程，從實踐教學(xué)內(nèi)容更新及實踐教學(xué)方法和手段優(yōu)化等方面進行探索性研究與實踐。

1 實踐教學(xué)體系改革

我校開設(shè)的“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程實踐教學(xué)部分由課間實驗(8學(xué)時)和集中實習(xí)(20學(xué)時)兩部分組成。

1.1 課間實驗

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程的課間實驗安排8學(xué)時(4次實驗)，其實驗內(nèi)容穿插在課堂教學(xué)之中。它屬于理論教學(xué)中的演示驗證性實驗，其實驗?zāi)康氖菍W(xué)生在教師指導(dǎo)下以實際操作為主，獲得感性知識和基本實際操作技能，通過任課教師和指導(dǎo)教師(一個自然班配置1名指導(dǎo)教師)對GPS接收機、GPS數(shù)據(jù)處理軟件等的演示講授與操作，幫助學(xué)生理解并掌握課堂講授的知識，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)社會發(fā)展的學(xué)習(xí)動力，培養(yǎng)學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的濃厚興趣，進而不斷推動課間實驗教學(xué)內(nèi)容更新，進一步精簡演示、驗證性實驗內(nèi)容，可以采用基于工程案例的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法來增強一些綜合性、設(shè)計性和研究創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容。本文在遵循原有課間實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，精簡與深化“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課間實驗教學(xué)體系的構(gòu)建，新的教學(xué)體系如圖1所示。其中，實線框部分為原有課間實驗內(nèi)容基礎(chǔ)上作了進一步精簡，將原有8學(xué)時壓縮為6學(xué)時。根據(jù)我校測繪信息遙感實驗中心(以下簡稱實驗中心)現(xiàn)有設(shè)備情況，豐富了GPS接收機品牌類型及GPS數(shù)據(jù)處理軟件類型的演示、驗證性實驗內(nèi)容。虛線框部分為新增的2學(xué)時的程序設(shè)計類型實驗內(nèi)容，在時間安排上建議根據(jù)理論教學(xué)進度，合理安排機房實驗，保證課程教學(xué)的前后銜接關(guān)系。程序設(shè)計性實驗的設(shè)置，其目的在于讓學(xué)生擺脫抽象公式的困擾，親自運用理論計算公式，參考教師提供的樣例程序模塊，在教師指導(dǎo)下，按功能子模塊按部就班地編程實現(xiàn)設(shè)定的“利用廣播星歷計算衛(wèi)星坐標和速度”程序功能，進一步強化學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和衛(wèi)星導(dǎo)航定位課程相關(guān)知識來研究與分析并計算“GPS衛(wèi)星坐標和速度”復(fù)雜工程問題，以獲得正確結(jié)果的能力，體現(xiàn)國際工程教育先進理念。

根據(jù)圖1的課間實驗教學(xué)體系，針對不同類型的課間實驗項目，采用不同的實踐教學(xué)方法和手段。針對“GPS接收機的認識與基本操作”、“GPS靜態(tài)測量數(shù)據(jù)處理流程”和“CORS或電臺式RTK測量的操作”3個演示、驗證性實驗內(nèi)容，可以充分利用現(xiàn)有的教學(xué)資源，開發(fā)或錄制優(yōu)質(zhì)的實驗教學(xué)視頻資料，加強實驗中心網(wǎng)站建設(shè)，將對應(yīng)品牌GPS接收機用戶手冊掛載實驗中心網(wǎng)站，學(xué)生們利用課余時間可以自由下載自主學(xué)習(xí)，有利于激發(fā)學(xué)生對課間實驗的濃厚興趣，帶著新鮮感或疑問進入課間實驗，在教師的現(xiàn)場演示操作和指導(dǎo)下，答疑解惑，讓學(xué)生很好地理解并掌握實驗教學(xué)內(nèi)容，進一步加強實驗教學(xué)輔助理論教學(xué)的支持力度。針對新增的“利用廣播星歷計算衛(wèi)星坐標和速度程序?qū)崿F(xiàn)”程序設(shè)計實驗項目，鑒于綜合性和設(shè)計性較強，建議主講教師提供樣例程序模塊供學(xué)生參考，并推行基于工程案例的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法，向?qū)W生展示詳細的程序?qū)崿F(xiàn)流程框圖及樣例程序子模塊，學(xué)生在研究參考樣例程序的基礎(chǔ)上，按部就班實現(xiàn)程序功能，激發(fā)學(xué)生“程序設(shè)計”動力，提高實驗教學(xué)效果。

1.2 集中實習(xí)

根據(jù)我校本科生總體教學(xué)實際情況，“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程的集中實習(xí)時間一般安排在開課所在學(xué)期的第18周進行，共計20學(xué)時。集中實習(xí)除了進一步使學(xué)生實踐驗證理論知識之外，更注重培養(yǎng)學(xué)生知識運用能力、測繪實操能力、程序設(shè)計能力及科技創(chuàng)新能力，這要求學(xué)生理論緊密聯(lián)系實際應(yīng)用，以社會需求為導(dǎo)向、動手能力達成為規(guī)格，能夠設(shè)計或提出針對“復(fù)雜工程”問題的解決方案，并運用所學(xué)知識，根據(jù)設(shè)計或提出的解決方案，盡可能地解決遇到的復(fù)雜工程問題，同時能夠理解和評價針對復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響，體現(xiàn)國際工程教育先進理念。

緊密圍繞“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”實踐教學(xué)的培養(yǎng)目標，通過課程集中實習(xí)實訓(xùn)，學(xué)生能夠設(shè)計及實施GPS相關(guān)的工程實驗，并能分析其結(jié)果；了解衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)相關(guān)的國家及行業(yè)工程規(guī)范，并具有運用規(guī)范解決工程施工中遇到問題的能力；具有一定的組織管理能力，能夠綜合運用相關(guān)理論與技術(shù)，組織實施衛(wèi)星導(dǎo)航定位相關(guān)的工程項目。本文在遵循原有集中實習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，為進一步深化“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”集中實習(xí)教學(xué)體系的構(gòu)建，實驗中心2015年新采購16臺套GPS設(shè)備用于“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程實踐教學(xué)。優(yōu)化后的集中實習(xí)教學(xué)體系如圖2所示。其中，實線框部分為原有集中實習(xí)內(nèi)容基礎(chǔ)上作了進一步精簡和優(yōu)化，引入了CORS技術(shù)的實習(xí)應(yīng)用；虛線框部分為新增的集中實習(xí)內(nèi)容，其目的是讓學(xué)生了解CORS新技術(shù)在工程中的應(yīng)用情況，并在RTK測量實習(xí)項目中增加了“施工放樣”、“斷面測量”方面的實習(xí)內(nèi)容，增強學(xué)生應(yīng)用新技術(shù)替代傳統(tǒng)技術(shù)所能帶來的獨特優(yōu)勢感，強化學(xué)生的求技欲望，達到學(xué)以可用、學(xué)以致用的教學(xué)效果。在課間設(shè)計性實驗“利用廣播星歷計算衛(wèi)星坐標和速度”的鋪墊作用下，為進一步強化學(xué)生的程序設(shè)計及科技創(chuàng)新能力，新增“GPS偽距單點定位與測速程序?qū)崿F(xiàn)”綜合設(shè)計性實習(xí)項目，有利于學(xué)生深入理解課堂教學(xué)理論知識，提升并鞏固理論水平，真正實現(xiàn)“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”的目的，以獲得滿意的定位結(jié)果。同時，新增“PPK測量與數(shù)據(jù)處理”實習(xí)內(nèi)容，對GPS接收機運動狀態(tài)進行軌跡跟蹤，完善集中實習(xí)教學(xué)體系。

圖1 課間實驗教學(xué)體系

圖2 集中實習(xí)教學(xué)體系

根據(jù)圖2的集中實習(xí)教學(xué)體系，針對不同類型的集中實習(xí)任務(wù)，建議采用不同的實踐教學(xué)方法和手段。在第18周的第1天上午，組織學(xué)生參加“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”集中實習(xí)動員大會，每班配置一名指導(dǎo)教師，由指導(dǎo)教師布置實習(xí)任務(wù)及講解注意事項，并完成5～6人為小組的分組工作。動員大會后，按小組領(lǐng)取實習(xí)設(shè)備。當(dāng)天下午安排CORS系統(tǒng)參觀考察，聽取CORS新技術(shù)專題講座，使學(xué)生了解衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，調(diào)動學(xué)生集中實習(xí)的熱情，要求每名同學(xué)撰寫不少于1 000字的參觀心得，并將其納入實習(xí)成績評定考核內(nèi)容之中。針對新增的“GPS偽距單點定位測速程序?qū)崿F(xiàn)”的實習(xí)，建議學(xué)生安排在晚上進行，指導(dǎo)教師開發(fā)“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程教學(xué)演示平臺程序(GPSNav V1.0)供學(xué)生參考學(xué)習(xí)，并詳細講解程序?qū)崿F(xiàn)流程(見圖3)及樣例程序子模塊功能，學(xué)生參考樣例程序，采用按部就班的方式實現(xiàn)功能模塊，激勵學(xué)生的興趣，提高設(shè)計性實驗教學(xué)效果，進而強化學(xué)生程序設(shè)計及科技創(chuàng)新能力。由圖3可知，本文開發(fā)設(shè)計的GPSNav演示平臺程序?qū)崿F(xiàn)主要由7個類構(gòu)成，包括主平臺類(GPSNavDlg.cpp和GPSNavDlg.h)、讀取導(dǎo)航文件類(RinexNav.cpp和RinexNav.h)、讀取觀測值文件類(RinexObs.cpp和RinexObs.h)、字符串處理類(Str.cpp和Str.h)、時間轉(zhuǎn)換關(guān)系類(GTime.cpp和GTime.h)、衛(wèi)星位置計算類(SatPosVel.cpp和SatPosVel.h)和基于間接平差導(dǎo)航定位類(StaPosVel.cpp和StaPosVel.h)以及矩陣運算類(Matrix.h和Matrix.cpp)，不同類實現(xiàn)其相應(yīng)功能。

圖3 GPSNav課程教學(xué)演示平臺程序?qū)崿F(xiàn)流程框圖

2 實踐教學(xué)應(yīng)用效果

根據(jù)本文優(yōu)化的實踐教學(xué)體系，在我校2012、2013級測繪類學(xué)生中開展了兩年的教學(xué)實踐，取得較好教學(xué)效果，獲得以下幾點教學(xué)體會。

2.1 注重課間實驗與理論教學(xué)先后銜接關(guān)系，不宜超前，也不宜太滯后

一般來說，相關(guān)理論教學(xué)內(nèi)容講授完成之后應(yīng)盡可能地安排相應(yīng)實驗。通過實驗來加深學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，鞏固理論知識。大部分學(xué)生表示，通過課堂講授相關(guān)理論知識后，立即進行課間實驗教學(xué)實訓(xùn)，學(xué)生對課堂講授的一些難以理解的抽象概念，變得具體而易于理解。這說明，課間實驗的演示效果對理論教學(xué)的確起到了很好的輔助作用。

2.2 “參觀+講座”項目倍受歡迎

新增的“參觀CORS系統(tǒng)，聽專業(yè)講座”，讓學(xué)生了解“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程所學(xué)習(xí)掌握的技術(shù)與方法在實際應(yīng)用中是如何服務(wù)于測繪生產(chǎn)的，相比傳統(tǒng)手段，彰顯出獨特的優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生們集中實習(xí)的積極性，達到“學(xué)以可用，學(xué)以致用”的教學(xué)效果。

2.3 “程序設(shè)計”項目倍受關(guān)注

新增的“利用廣播星歷計算衛(wèi)星坐標和速度程序?qū)崿F(xiàn)”課間實驗項目以及“GPS偽距單點定位測速程序?qū)崿F(xiàn)”兩個程序設(shè)計性實踐項目，倍受學(xué)生關(guān)注，在參考學(xué)習(xí)樣例程序的基礎(chǔ)上，學(xué)生們感覺有難度也有挑戰(zhàn)，盡管困難重重，但學(xué)生的鉆研興趣一點不減，學(xué)習(xí)興趣得到極大提高。在教師的指導(dǎo)答疑解惑下，學(xué)生遇到的各種問題得到解決，學(xué)習(xí)的成就感備受鼓動。經(jīng)實踐教學(xué)的鍛煉，學(xué)生們的程序設(shè)計開發(fā)能力得到鍛煉與提高，強化了學(xué)生的創(chuàng)新精神，為本科生進導(dǎo)師科研團隊奠定基礎(chǔ)。

2.4 注重實踐教學(xué)的全過程跟蹤管理

在課間實驗和集中實習(xí)的具體實施中，要求每個學(xué)生都認真操作，不允許蒙混過關(guān)，指導(dǎo)教師針對每一項實踐實驗任務(wù)都應(yīng)提出具體的學(xué)習(xí)要求，實驗結(jié)束之后要求學(xué)生認真撰寫實驗報告，并開展交流學(xué)習(xí)心得活動，增強學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間的探討交流，以加深對實踐教學(xué)內(nèi)容的理解。

2.5 強化多樣化考核方式

采用多樣化的考核方式，真實體現(xiàn)學(xué)生的水平和能力，切實提高學(xué)生的實踐鍛煉效果，準確反映學(xué)生對實踐內(nèi)容的掌握程度及儀器的操作熟練程度，改變了對學(xué)生學(xué)習(xí)成績的單一評定方式。通過增加實操性考核，從外業(yè)操作儀器的熟練程度、實踐態(tài)度、程序設(shè)計與實現(xiàn)以及提交的實驗報告成果質(zhì)量及完整性等方面進行綜合考核，充分體現(xiàn)公平公正的成績評定方式。

3 結(jié)束語

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”是一門理論性和實踐性都很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，面向我校測繪類專業(yè)本科生開設(shè)。圍繞學(xué)校的“提質(zhì)、轉(zhuǎn)型、升級”工作方針，本文針對該課程的實踐教學(xué)體系進行了探索性研究與實踐，并經(jīng)兩年的實踐教學(xué)嘗試與持續(xù)改進，學(xué)生普遍反映在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)到了更多的知識和技能，取得了較好效果，同時課程實踐教學(xué)體系改革也得到了學(xué)生們的贊同與支持。通過實踐教學(xué)訓(xùn)練，學(xué)生們的理論知識不僅得到了鞏固，知識運用能力、實操能力、程序設(shè)計能力以及科技創(chuàng)新能力得到了鍛煉與提高。如何形成有特色的課程實踐教學(xué)體系，不斷優(yōu)化實踐教學(xué)的內(nèi)容和手段，比如設(shè)計一些新的創(chuàng)新性實驗項目，以激發(fā)學(xué)生的科研動力與創(chuàng)新思維，充分發(fā)揮實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要作用，培養(yǎng)出具有理論基礎(chǔ)堅實、工程實踐豐富及創(chuàng)新思維活躍的高素質(zhì)測繪人才，是“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程教學(xué)體系改革下一階段需要探討的內(nèi)容。

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[責(zé)任編輯：張德福]

Practice teaching innovation system ofsatellitenavigationandpositioningcurriculum

ZHOU Mingduan, DING Keliang, LUO Dean, HUANG He , LIU Xuchun

(School of Geomatics and Urban Sptatial Informaition, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 102616, China)

Satellitenavigationandpositioningis a major basic curriculum on geomatics and geoinformation for undergaraduates, which is both stronger in theorety and practicality than others. In order to strengthen the knowledge application ability, practical operation of surveying and mapping ability, program design ability and technological innovation ability, the practice teaching curriculum system ofsatellitenavigationandpositioningconsisting of break experiment and concentration practice, is discussed form the content renewal and optimized teaching method. After two years of teaching practice and continuous improvement, the actual effect is remarkeable.

practice teaching system；teaching reform；satellite navigation and positioning；engineering certificaiton

著錄：周命端，丁克良，羅德安，等.“衛(wèi)星導(dǎo)航定位”課程實踐教學(xué)創(chuàng)新體系改革[J].測繪工程，2017，26(7)：76-80.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.07.016

2016-06-03

北京高等學(xué)校教育教學(xué)改革面上項目(2014-ms156)；北京建筑大學(xué)教育教學(xué)研究項目(Y1503)；北京建筑大學(xué)實踐教學(xué)專項基金項目(J13-11)

周命端(1985-)，男，講師，博士.

G642

A

1006-7949(2017)07-0076-05