“衛(wèi)星導航定位原理及應用”線上線下混合教學改革與探索＊

張 冰，許寶成，馬開鋒，丁 婷

（華北水利水電大學測繪與地理信息學院，河南 鄭州 450011）

1 引言

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要自主建設運行的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，可以為全球用戶提供全天候、全天時的高精度定位、導航、授時等服務。它是繼高鐵和核電站之后的第三張國家名片。測繪行業(yè)在當前社會發(fā)展中扮演著越來越重要的角色，智慧城市、智慧小區(qū)、智慧校園的誕生，使得人們的生活更加方便、快捷，5G時代的位置信息服務，也離不開定位信息。學好“衛(wèi)星導航定位原理及應用”課程勢在必行，如何使學生在有限課時內(nèi)學好這門課程，是需要授課教師解決的主要問題。采用傳統(tǒng)的授課方式難以達到教學目標，必須采用新的教學模式。本課題組積極研究線上線下混合教學模式，并積極地探索改革，使學生可以在有限時間內(nèi)學好本門課程。

2 開展“線上線下”混合式教學的必要性

“衛(wèi)星導航定位原理及應用”課程的教學，需要教師針對課程中GNSS測量原理、誤差來源、測量設計與實施、數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容進行詳細講解，同時還應讓學生了解GNSS的應用。對學生而言，衛(wèi)星導航定位知識比較抽象，涉及的知識面廣，如“計算機”“數(shù)學”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“軟件工程”“計算機圖形學”“數(shù)值分析”“Web GIS網(wǎng)絡編程”等課程，同時要想更好地發(fā)揮衛(wèi)星導航定位的應用，還要熟悉“城市規(guī)劃”“生態(tài)環(huán)境評價與規(guī)劃”“旅游資源開發(fā)與規(guī)劃”等課程。該課程應充分了解和認識到社會發(fā)展的特點以及學生的認知特點，通過引進最新的信息技術(shù)促使教學模式有一個質(zhì)的飛躍和提升。通過利用先進的信息技術(shù)，尤其是疫情期間各教學平臺的推出與不斷完善，為“衛(wèi)星導航定位原理及應用”教學提供了有力的支持，保障了線上教學有序進行。

通過開展“線上線下”混合式教學，有助于教師在教學活動中結(jié)合知識點，為選取不同教學策略提供了保障，包括微課、多媒體教學及課下實踐等，順利完成了理論與實踐的結(jié)合。通過“線上線下”混合教學模式，教學團隊可以搭建“衛(wèi)星導航定位原理及應用”的信息化教學與實踐平臺（其中實驗教學擬采用虛擬仿真實驗與線下實驗相結(jié)合的模式），融合多方資源，共建教學科研實踐基地，從而探索出一條在有限課時內(nèi)，使學生能夠深刻理解“衛(wèi)星導航定位原理及應用”的理論，熟練操作儀器，進行數(shù)據(jù)處理，順利完成工程教育專業(yè)認證的課程目標。

3 開展“線上線下”混合教學模式改革的策略

3.1 編制“線上線下”混合式教材

基于“線上+線下”混合的教學模式，各院校教研人員應從適應行業(yè)發(fā)展與時代發(fā)展的角度出發(fā)，編制適用于“線上+線下”教學模式的新型數(shù)字化教材。教研人員應對傳統(tǒng)教材進行改革，新教材仍以紙質(zhì)版教材為主，同時提供多種線上輔助資源，如微課、圖片、視頻和在線測試等。新教材還應具備動態(tài)性，即能夠根據(jù)行業(yè)的發(fā)展對教材內(nèi)容及時進行更新：對教材進行新知識、新技術(shù)的內(nèi)容更新。

教材編制過程中，以實際工程項目為背景，嚴格遵循“項目導向、任務驅(qū)動”這一基本法則，充分體現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合。根據(jù)BDS、GALILO等導航衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展對教材內(nèi)容進行適時更新，彰顯時代特征，同時借助先進的理論與真實的案例豐富教材內(nèi)容，把注冊測繪師的部分案例分析融入到教材。“衛(wèi)星導航定位原理及應用”的混合式教學能推動新型數(shù)字化教材的編寫和教師的教學、研究水平，“互聯(lián)網(wǎng)+教材”是一種可以把教學和信息技術(shù)結(jié)合起來的新形式教材。

3.2 完善“線上線下”混合式教學模式

傳統(tǒng)教學模式由于受課時限制，無法給學生提供自由討論、觀看課程視頻、組織研討的時間。如果采用“線上線下”混合教學模式，上述問題便可解決。教師可以將上課要討論的問題、資料線上發(fā)給學生，讓學生在課前進行，在課堂教學中，學生有備而來，教師可以有更多時間引導他們在課程廣度和深度上進行拓展與挖掘。容易掌握的知識部分學生在線上教學時就可以學會，疑惑的部分可在課堂教學中教師著重來為學生答疑解惑，或是在課堂上通過小組討論和課題展示加深學生對知識點的理解度。

“線上線下”混合式教學，需要授課教師結(jié)合課程特點進行科學合理的組織、設計，把線上和線下貫穿起來。這種“因課施教”的組織設計最費精力，也最能考驗教師的智慧，同時也是這一新型教學模式的精髓所在。

3.3 “線上線下”混合教學的實施

3.3.1 課前準備

微課的制作是線上備課內(nèi)容最重要的方式。微課的制作流程為：選題—教案編寫—制作課件—教學實施與拍攝—后期制作—教學評價反思。

微課的選題是微課制作最關(guān)鍵的一環(huán)，一節(jié)微課一般只講授一個知識點，對于這個知識點的選擇，關(guān)乎知識結(jié)構(gòu)的設計。用教學重點難點來制作微課，是較好的選擇，符合微課制作的初衷：教學資源分享，為學生解惑、啟發(fā)教學。

微課的制作應適合多媒體表達。微課作為一種媒體，內(nèi)容的設計要適合多媒體特性。對于不適合使用多媒體表達的內(nèi)容，制作微課反而是畫蛇添足，會使教學過程平庸無奇，令觀看者失去學習欲望。微課的選題應適合多媒體表達，適合加入豐富的圖形、圖像、動畫、視頻等教學資源。

3.3.2 課堂理論授課

“衛(wèi)星導航定位原理及應用”是測繪工程專業(yè)的一門核心必修課，主要任務是培養(yǎng)學生針對復雜測繪工程問題能提出合理的研究方法和技術(shù)路線，具有很強的理論性和實踐性。教師在講課中應緊密結(jié)合工程實際，實現(xiàn)教材和工程技術(shù)零對接，授課內(nèi)容應豐富、實用，授課方式應多樣、直觀。授課集板書、PPT、動漫、影像、現(xiàn)場錄像等多種手段于一體，豐富課堂，同時教師上課應有激情、有耐心，應傳遞給學生滿滿的正能量。課堂是教育教學的主陣地，只有課堂進行了革命，教育才能真正革新。要緊緊抓住“45 min”課堂主戰(zhàn)場，開展“線上線下”混合式教學改革，全面實施互動式教學、啟發(fā)式教學和批判式討論教學等。

3.3.3 實驗環(huán)節(jié)

對于某些難以用語言表達的實驗教學內(nèi)容通過視頻進行展示。如在講授GNSS接收機的儀器構(gòu)造與操作方法等內(nèi)容時，通過放映教學視頻，或在多媒體課件中插入動畫和視頻的手段幫助學生理解教學內(nèi)容。尤其是基于虛擬仿真技術(shù)的GNSS-RTK（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)實時動態(tài)定位技術(shù)）測量實驗教學，在儀器數(shù)量、類型不足的情況下，學生可在計算機上進行GNSS測量虛擬仿真實驗，以得到較好的教學效果。

3.3.4 實習環(huán)節(jié)

“衛(wèi)星導航定位原理及應用”是一門實踐性很強的課程，學生通過實驗、實習，掌握利用GNSS技術(shù)進行導航、數(shù)據(jù)采集、控制測量和放樣等測繪工作，使所學理論知識與實踐相結(jié)合，鞏固和加深對新知識的理解，增強學生的動手能力，培養(yǎng)和提高學生利用所學理論知識解決實際問題的能力。

實習內(nèi)容主要包括：①GNSS靜態(tài)測量外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。采用GNSS靜態(tài)測量技術(shù)，在實習區(qū)域內(nèi)布設控制網(wǎng)。具體實習內(nèi)容包括技術(shù)設計、選點、外業(yè)觀測計劃、外業(yè)觀測、數(shù)據(jù)傳輸、基線解算、網(wǎng)平差、成果質(zhì)量控制、技術(shù)總結(jié)。②GNSS實時動態(tài)（RTK）測量。通過實習會建立坐標系、會建立參考站及流動站配置集、會參考站及流動站的野外工作。③GNSS導航測量。利用導航GNSS接收機進行導航，會存儲并查看導航點坐標、方位以及航點在航跡線或數(shù)字地圖上的實時位置，最后利用導航方法計算某一區(qū)域的航跡面積。

3.3.5 評價機制

積極探索線上和線下融合、過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的多元化考核評價模式，促進學生自主性學習、過程性學習和體驗式學習。理論課課程成績由過程性考核和終結(jié)性考核綜合評定，平時出勤和課上、線上互動占20%，實驗課成績占20%，期末考成績占60%。實習課課程成績由出勤率（約占30%）、實習各項工作的參與度（約占20%，由小組成員之間互評）、實習報告的撰寫（約占20%）、實習結(jié)束后每個學生進行儀器的操作考試（約占30%）組成。

3.3.6 教研能力提升

在實施“衛(wèi)星導航定位原理及應用”課程線上線下混合式教學過程中，教研人員是教學方案的執(zhí)行者，也是教學互動的引領(lǐng)者，對教研人員有較高要求。首先，院校應積極對教研人員開展培訓，使其熟悉現(xiàn)代的各種教育平臺，高效開展新形式下的教學活動；其次，院校應注重培養(yǎng)教研人員的工程實踐經(jīng)驗，使得教學過程中更好地做到理論聯(lián)系實際；最后，教研人員應對自身提出更高要求，通過網(wǎng)課等形式不斷學習，提高自己的理論與實踐水平。

3.3.7 主要創(chuàng)新點

采用創(chuàng)新性教學理念。通過制作“衛(wèi)星導航定位原理及應用”的精品MOOC（慕課）以及根據(jù)不同的內(nèi)容探索不同的授課方式等，打造一體化線上線下金課，同時圍繞著“衛(wèi)星導航定位原理及應用”課程教學的重點和難點，采用線上線下相結(jié)合的創(chuàng)新型教學方法，通過線上線下資源的優(yōu)勢互補，有效幫助學生深刻記憶、理解教學重點和難點。

采用啟發(fā)式教學理念。將理論教學重點講深講透，使學生能舉一反三?！靶l(wèi)星導航定位原理及應用”這門課程理論性知識較少，實踐性知識很多?；诖?，在授課時就要理論結(jié)合實踐來進行，課堂上應以實驗方法為重點與基礎(chǔ)，通過具體的實踐來講述該課程的理論知識，達到最佳教學效果。

緊密結(jié)合測繪工程專業(yè)，圍繞衛(wèi)星導航定位技術(shù)課程，結(jié)合線上與線下教學，將理論與實踐有效地融合在一起，同時發(fā)展創(chuàng)新“線上線下”教學方式，將優(yōu)質(zhì)課堂呈現(xiàn)于學生面前，完成教學目標。

4 結(jié)語

“線上線下”配合的教學方法充分體現(xiàn)了信息技術(shù)的有效利用，只有加強信息技術(shù)的利用，才能有效地改變傳統(tǒng)教學模式。將創(chuàng)新發(fā)展的教學方式充分利用到課堂上，有效地提高了學生學習的積極主動性，讓學生通過實踐掌握理論知識，提高專業(yè)人才培養(yǎng)。在停課不停學期間，全國啟動了“停課不停學”專項行動，隨著各線上教學平臺的不斷完善和成熟，線下教學與線上教學相互融合，以線下為主，線上為輔的混合式教學模式會成為常態(tài)。