從GPS到GNSS的職校課程改革探討

毛遠(yuǎn)芳，劉曉燕

(廣州市建筑工程職業(yè)學(xué)校，廣東廣州 510403)

在2000年之前，測繪行業(yè)幾乎是我國衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)唯一的成熟應(yīng)用領(lǐng)域。但GPS技術(shù)在測繪技術(shù)專業(yè)學(xué)科的劃分中也只能從屬于其二級(jí)學(xué)科。21世紀(jì)以來，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)猛速發(fā)展，經(jīng)歷了一系列的華麗轉(zhuǎn)身，從艱苦的測繪領(lǐng)域破繭而出，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)逐漸開始進(jìn)入車載導(dǎo)航、智能手機(jī)等大眾日常領(lǐng)域，成為“高科技”的象征代表。然后衛(wèi)星導(dǎo)航由GPS轉(zhuǎn)向GNSS，從此衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)被國民賦予了國防安全乃至民族崛起的神圣使命。[1]隨著GNSS RTK算法、GNSS CORS技術(shù)、基于廣域差分PPP等技術(shù)的成熟，衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備已逐漸由單一接收機(jī)工程硬件擴(kuò)展成為綜合導(dǎo)航設(shè)備、配套軟件和系統(tǒng)平臺(tái)等一系列服務(wù)產(chǎn)品。應(yīng)用范圍也逐漸由單一的工程測量領(lǐng)域拓展到更多的行業(yè)領(lǐng)域，如安全監(jiān)測、航空航天、水利電力、無人機(jī)、智能手機(jī)、汽車導(dǎo)航等。

在中職學(xué)校的工程測量專業(yè)中，作為專業(yè)核心課程的“GPS定位技術(shù)”要求工程測量專業(yè)學(xué)生必須熟知GPS技術(shù)的基本原理以及熟練操作GPS相關(guān)設(shè)備。隨著全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)航定位原理和設(shè)備都不斷更新，行業(yè)的需求和應(yīng)用也產(chǎn)生了巨大變化。2019年1月國務(wù)院公開發(fā)布的《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》(國發(fā)〔2019〕4號(hào))中也明確指出了教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的原則要求：職業(yè)教育與普通教育不同，職業(yè)學(xué)校教學(xué)須與市場需求盡量對(duì)接。要求每一個(gè)專業(yè)的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)接相關(guān)職業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(工作標(biāo)準(zhǔn))。[2]技術(shù)在發(fā)展，教學(xué)必須隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行階段性調(diào)整不斷進(jìn)步，對(duì)接科技發(fā)展趨勢和市場需求。

“GPS定位技術(shù)”課程還停留在GPS定位系統(tǒng)的時(shí)代，中職院校只有對(duì)授課內(nèi)容、授課方式、配套設(shè)備等進(jìn)行更新改革，才能實(shí)現(xiàn)職業(yè)教育改革方案中要求的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行工作標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)與市場需求的雙雙對(duì)接，才有可能培養(yǎng)出滿足生產(chǎn)單位真正所需的技能型人才。

一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展趨勢

最早的GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Positioning System)起源于美國的一個(gè)軍方研究項(xiàng)目，以全球 24顆GPS衛(wèi)星為基礎(chǔ)，全球覆蓋率高達(dá)98%，可以向全球各地實(shí)時(shí)提供三維速度、位置坐標(biāo)等信息。衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)隨著高新科技的發(fā)展，占據(jù)主導(dǎo)地位的四大系統(tǒng)逐漸興起并日趨成熟，包括美國的GPS，俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，歐盟的Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GNSS(Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))隨各系統(tǒng)的成熟穩(wěn)定應(yīng)運(yùn)而生，它是由多系統(tǒng)、多模式、多層面的復(fù)雜組合系統(tǒng)形成，包括主要的全球系統(tǒng)、區(qū)域系統(tǒng)及增強(qiáng)系統(tǒng)等。當(dāng)前的GNSS技術(shù)正處于四強(qiáng)并存、多系統(tǒng)兼容發(fā)展的態(tài)勢。

作為GNSS四大導(dǎo)航系統(tǒng)之一的我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，已實(shí)現(xiàn)了區(qū)域?qū)Ш?、定位以及授時(shí)功能，能夠?qū)崟r(shí)提供高精準(zhǔn)度定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。[3]基于北斗系統(tǒng)的高精度服務(wù)日趨興盛，通過智能算法與服務(wù)平臺(tái)，GNSS可以利用星基地基融合互補(bǔ)、移動(dòng)通信和網(wǎng)絡(luò)信息融合，大數(shù)據(jù)、云端一體等技術(shù)，使衛(wèi)星定位精度完全可以滿足用戶的一般生活場景需要，市場潛力巨大，未來在自動(dòng)駕駛、無人機(jī)等應(yīng)用中也將發(fā)揮重要作用。以融合為特征的應(yīng)用模式逐步形成。

二、教學(xué)現(xiàn)狀與存在問題

(一)課程特點(diǎn)

GPS定位技術(shù)課程以GPS系統(tǒng)為主要內(nèi)容，包括GPS系統(tǒng)基礎(chǔ)理論和接收機(jī)實(shí)際操作應(yīng)用兩部分。課程要求學(xué)生能理解一定的GPS原理知識(shí)，以“夠用”為度，對(duì)GPS 接收機(jī)測量具有較強(qiáng)的操作能力，著重操作能力的培養(yǎng)。[4]GPS定位技術(shù)課程要求學(xué)生熟知 GPS系統(tǒng)的基本原理和組成，了解GPS衛(wèi)星導(dǎo)航方法和誤差來源，能完成GPS四等控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施測，并且可以獨(dú)立處理和分析測量數(shù)據(jù)，能使用 RTK接收機(jī)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)采集和工程放樣。同時(shí)，GPS定位技術(shù)課程還要求培養(yǎng)學(xué)生具備愛崗敬業(yè)、吃苦耐勞的精神，鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力、自我學(xué)習(xí)能力、競爭和團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)等綜合素質(zhì)，為日后在工作崗位上從事專業(yè)工作奠定基礎(chǔ)。

(二)教學(xué)資源

目前GPS相關(guān)課程的教材雖多種多樣，但大多教材編寫以GPS系統(tǒng)為主，出版于5年甚至10年之前，對(duì)于全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的其他組成部分和新型應(yīng)用領(lǐng)域，如北斗系統(tǒng)等內(nèi)容涉及比較少。由于學(xué)習(xí)GPS課程的測量相關(guān)專業(yè)多為高職及本科以上，較多GPS相關(guān)教程都注重理論原理知識(shí)，缺乏實(shí)踐技能項(xiàng)目的指導(dǎo)，導(dǎo)致適合中職學(xué)校工程測量專業(yè)的GPS相關(guān)課程的教材特別少，相應(yīng)配套的其他教學(xué)資源，如課件PP、教學(xué)視頻、微課等更加缺乏。

(三)教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容

GPS定位技術(shù)課程主要包括基礎(chǔ)原理知識(shí)和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。課改前教學(xué)內(nèi)容分為了四個(gè)部分，包括GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)、GPS控制網(wǎng)施測和數(shù)據(jù)處理、GPS-RTK數(shù)據(jù)采集和GPS-RTK工程放樣。其中，課程環(huán)節(jié)先進(jìn)行理論知識(shí)講解，再安排實(shí)踐操作內(nèi)容，學(xué)生小組完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，最后進(jìn)行評(píng)價(jià)。雖然教學(xué)內(nèi)容按項(xiàng)目劃分，教學(xué)環(huán)節(jié)按照項(xiàng)目教學(xué)法設(shè)置，但教師為主體的知識(shí)講解與工作任務(wù)引領(lǐng)方式是完全不同的。教學(xué)內(nèi)容的項(xiàng)目任務(wù)和教學(xué)環(huán)節(jié)需要重新設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)真正的項(xiàng)目教學(xué)。

教學(xué)內(nèi)容以GPS系統(tǒng)為主已經(jīng)不符合當(dāng)前的行業(yè)趨勢了，內(nèi)容相對(duì)滯后，需要針對(duì)現(xiàn)行的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)需求調(diào)整課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容。

(四)學(xué)生情況分析

教學(xué)內(nèi)容必須循序漸進(jìn)，基礎(chǔ)理論知識(shí)薄弱的中職學(xué)生加上照本宣科的教師只會(huì)是一個(gè)糟糕的課堂。其中，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣尤為重要，多媒體授課具有一定環(huán)境優(yōu)勢，但更需要課前設(shè)計(jì)好符合學(xué)情的教學(xué)設(shè)計(jì)。當(dāng)前中職學(xué)生主要存在學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，積極主動(dòng)性低等學(xué)習(xí)問題。教師需要改變學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，將“要我學(xué)”從根本上轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，在課堂上調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

(五)實(shí)訓(xùn)設(shè)備及場地

接收機(jī)設(shè)備更新?lián)Q代速度非?？欤貏e是近五年的GNSS 接收機(jī)，不僅是信號(hào)體制的更新變革實(shí)現(xiàn)多星多頻技術(shù)，技術(shù)和系統(tǒng)的跨界融合使得接收機(jī)系統(tǒng)的形態(tài)在發(fā)生根本性的變化，還實(shí)現(xiàn)了接收機(jī)硬件的簡化，外觀極致小巧。陳舊落后的單頻GPS設(shè)備無法滿足教學(xué)需求，“GPS定位技術(shù)”課程實(shí)訓(xùn)還需要根據(jù)各班級(jí)人數(shù)配備相應(yīng)數(shù)量的接收機(jī)設(shè)備。

GNSS接收機(jī)只能在上空無障礙物遮擋的地方接收衛(wèi)星信號(hào)，安排實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)只能在室外空曠的場地進(jìn)行。但市區(qū)內(nèi)的學(xué)校除體育運(yùn)動(dòng)場外校園空曠區(qū)域少，樓房密集，特別是學(xué)校周邊高樓較多，實(shí)訓(xùn)時(shí)接收機(jī)信號(hào)受限，甚至沒有信號(hào)無法正常測量。場地的制約會(huì)嚴(yán)重影響教學(xué)進(jìn)度和效果。

四、GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用課程改革有效措施

(一)GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用教學(xué)資源整合更新

廣州市建筑工程職業(yè)學(xué)校(以下簡稱“我?！?將原課程名稱“GPS定位技術(shù)”更名為“GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用”，將GPS 教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)?GNSS 教學(xué)，增加除GPS外的GNSS部分教學(xué)內(nèi)容，增加工程測量專業(yè)GNSS課程總課時(shí)，合理安排講授和實(shí)訓(xùn)課時(shí)。2018—2019學(xué)年，我校開始探索增加工程測量專業(yè)班GNSS課程的總課時(shí)，將原來的周課時(shí)4節(jié)調(diào)整為6節(jié)，原一周GNSS測量實(shí)訓(xùn)不變。

在 GNSS 教學(xué)過程中，由于增添了大量教材上沒有的新系統(tǒng)新技術(shù)內(nèi)容，我校教研組教師集體備課，準(zhǔn)備教學(xué)資料，分工安排具體內(nèi)容，建設(shè)一套包括PPT課件、任務(wù)工作頁、操作視頻、微課等在內(nèi)的完整的教學(xué)資源，反復(fù)教學(xué)實(shí)踐后再計(jì)劃將教學(xué)科研成果、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和自編講義結(jié)合起來編輯出版教材。為了讓學(xué)生便于提前學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)相關(guān)技能，每次上課教師都要準(zhǔn)備好至少后兩周完整的課件資料，讓學(xué)生可以在共享資源中參考學(xué)習(xí)。

(二)課程教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用課程不再是簡單分為基礎(chǔ)原理知識(shí)和實(shí)踐操作兩大部分，而是根據(jù)實(shí)際工作任務(wù)將原理和操作整合為項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)。課程的教學(xué)內(nèi)容重新構(gòu)建調(diào)整后分4個(gè)項(xiàng)目共計(jì)11個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，具體如表1所示。根據(jù)實(shí)際工作對(duì)應(yīng)設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)，每個(gè)項(xiàng)目所含的工作任務(wù)都是針對(duì)測量職業(yè)能力中的某個(gè)具體技能，工作任務(wù)間也是相互連接和過渡，逐漸以從簡單到復(fù)雜，由新手到能手的遞進(jìn)方式進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練，嚴(yán)格遵循職業(yè)能力的培養(yǎng)規(guī)律。

表1 GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容

課程安排一周GNSS測量實(shí)訓(xùn)，設(shè)計(jì)了 GNSS 控制網(wǎng)測量、RTK 數(shù)字測圖和 RTK 工程放樣三個(gè)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，具體教學(xué)內(nèi)容安排如表2所示。

表2 GNSS實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目內(nèi)容

(三)考核方案改革

GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用課程重點(diǎn)考核實(shí)踐操作和應(yīng)用，采用學(xué)習(xí)任務(wù)過程性評(píng)價(jià)方式。[5]學(xué)習(xí)任務(wù)以理實(shí)一體化教學(xué)模式開展教學(xué)活動(dòng)?？己藘?nèi)容不僅包括學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)與技能的掌握程度，還包括學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新應(yīng)用，全面考查每位學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的專業(yè)能力。在考核職業(yè)技能人才所需掌握的專業(yè)系統(tǒng)知識(shí)的同時(shí)，還要結(jié)合相關(guān)職業(yè)技能資格證書的考核要求。

(四)實(shí)訓(xùn)設(shè)備和場地建設(shè)

要保證實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，首先必須配備滿足GNSS測量技術(shù)教學(xué)需求的儀器設(shè)備。在GNSS課程建設(shè)過程中，我校分批采購了中海達(dá)新款多星多頻GNSS單元的iRTK2 接收機(jī)測量系統(tǒng)30套移動(dòng)站加3套基準(zhǔn)站，高精度手持地理信息采集平板設(shè)備25套，并配套數(shù)據(jù)處理軟件。設(shè)備足夠滿足2個(gè)班級(jí)同時(shí)使用。

iRTK2接收機(jī)的操作可以采用多媒體模擬軟件或手機(jī)APP模擬軟件進(jìn)行練習(xí)，學(xué)生通過電腦或手機(jī)都可以模擬操作接收機(jī)的作業(yè)流程。

雖然校園場地受限很難改變，但在探索過程中另辟蹊徑。將學(xué)校教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)室等中低樓層的頂樓重新打造，做好安全防護(hù)措施，改建成GNSS技術(shù)教學(xué)實(shí)訓(xùn)場地，不僅解決了實(shí)訓(xùn)場地面積問題，而且衛(wèi)星接收信息良好，保證了正常教學(xué)操作。

五、課程改革實(shí)踐成效

GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用課程改革過程中，我校多次組織調(diào)研、專家訪談、問卷調(diào)查，保證改革成效。課題組成員及骨干教師深入到企業(yè)相關(guān)技術(shù)崗位實(shí)踐，全面、系統(tǒng)地掌握了生產(chǎn)實(shí)踐的工作項(xiàng)目、過程、目標(biāo)及要求。根據(jù)現(xiàn)行的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)需求，課題組教師編制了《GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用課程標(biāo)準(zhǔn)》。根據(jù)行業(yè)企業(yè)實(shí)施的常規(guī)GNSS測量工程提煉重點(diǎn)工作任務(wù)，結(jié)合專業(yè)教學(xué)具體分析確定學(xué)習(xí)性工作任務(wù)，任課教師根據(jù)學(xué)習(xí)性工作任務(wù)和教學(xué)班實(shí)際學(xué)情調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，并按理實(shí)一體化教學(xué)模式開展教學(xué)活動(dòng)。

GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用課程從2018學(xué)年在我校開始實(shí)踐教學(xué)，根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)按理實(shí)一體化教學(xué)模式實(shí)施教學(xué)活動(dòng)。與之前常規(guī)教學(xué)課堂相比，學(xué)習(xí)任務(wù)式課程明顯提高動(dòng)了學(xué)生的參與度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興奮點(diǎn)，小組合作性更強(qiáng)，學(xué)生的責(zé)任感更重，學(xué)生對(duì)課程的教學(xué)評(píng)價(jià)反饋明顯提高。在企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)中測量專業(yè)學(xué)生能較快地勝任 GNSS測量技術(shù)工作崗位，受到實(shí)習(xí)單位好評(píng)。教師們在參與課程建設(shè)過程中教學(xué)業(yè)務(wù)水平明顯提升，一體化教學(xué)過程把控更加自如。課程改革仍在探索建設(shè)中，還有較多有待改進(jìn)的環(huán)節(jié)，需要持續(xù)在教學(xué)過程中不斷總結(jié)，繼續(xù)完善。

從 GPS 到 GNSS的變革，不僅是科學(xué)技術(shù)的變革，也是職業(yè)教育技能培養(yǎng)模式的變革。通過GNSS測量技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)改革探索和實(shí)踐，教學(xué)課堂、學(xué)生技能、教師水平都具有明顯成效。課程改革建設(shè)在改變教學(xué)模式的同時(shí)還必須注重培養(yǎng)學(xué)生滿足行業(yè)需求的綜合職業(yè)能力，教學(xué)內(nèi)容需要源于工程實(shí)踐生產(chǎn)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)職業(yè)教育教學(xué)與企業(yè)需求、課程標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)接，職業(yè)技術(shù)教育才能培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展?jié)M足行業(yè)需求的技能型人才。