愛國情懷與國際視野相融合的導(dǎo)航技術(shù)特色化教育教學(xué)改革

王融，熊智，劉建業(yè)，趙偉

（南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院導(dǎo)航研究中心 江蘇 南京 211106）

定位與導(dǎo)航技術(shù)是研究對(duì)運(yùn)載體進(jìn)行定位與導(dǎo)航的技術(shù)科學(xué)，其發(fā)展對(duì)改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活方式帶來了深刻的影響，是航空航天國防裝備領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)及智慧城市的重要技術(shù)[1]。伴隨中國北斗三號(hào)系統(tǒng)的全面建成，新時(shí)代北斗精神展示著服務(wù)世界、造福人類的大國胸懷，也為導(dǎo)航技術(shù)課程教育教學(xué)改革帶來了新的契機(jī)[2]。

定位與導(dǎo)航技術(shù)課程是南京航空航天大學(xué)航空及航天特色的課程，也是南京航空航天大學(xué)“導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制”國家重點(diǎn)（培育）學(xué)科和工信部國防特色學(xué)科的支撐性專業(yè)課程。進(jìn)入21世紀(jì)以來，為適應(yīng)導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展和人才培養(yǎng)的需求，本課程組先后開設(shè)了“定位與導(dǎo)航系統(tǒng)”本科生課程、“現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)理論”研究生課程兩門導(dǎo)航技術(shù)綜合課程以及“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”等多門專門課程。隨著國際學(xué)術(shù)交流的日益頻繁，國際化學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)在工科教育與人才培養(yǎng)中扮演著越來越重要的角色。同時(shí)，與國外學(xué)術(shù)交流和人才互訪也帶來了對(duì)國外工科教育教學(xué)模式和外文原版教材的逐步了解，為在教學(xué)實(shí)踐中采用外文原版教材課程教學(xué)帶來了新的契機(jī)。

本文依托教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目、南京航空航天大學(xué)教育科學(xué)與改革專項(xiàng)課題和教學(xué)改革與建設(shè)項(xiàng)目（課程建設(shè)類），結(jié)合當(dāng)前我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)快速發(fā)展這一現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)熱點(diǎn)，提出愛國情懷與國際視野相融合的導(dǎo)航技術(shù)特色化教育教學(xué)體系，使學(xué)生理解導(dǎo)航技術(shù)基礎(chǔ)理論、了解導(dǎo)航技術(shù)在日常生產(chǎn)生活中的重要性和廣泛性，為學(xué)生就業(yè)及進(jìn)一步深造打下良好基礎(chǔ)，并激發(fā)學(xué)生愛國、愛校、愛航天事業(yè)的情懷，培養(yǎng)兼具愛國情懷和國際視野的新時(shí)代科技后備人才。

1 導(dǎo)航技術(shù)課程建設(shè)面臨的新形勢(shì)

在本課程組開展本科生“定位與導(dǎo)航系統(tǒng)”、研究生“現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)理論”課程的教學(xué)實(shí)踐過程中，積累了不少有益經(jīng)驗(yàn)。隨著我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的全面建成以及在國內(nèi)國際多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，為導(dǎo)航技術(shù)系列課程的教學(xué)帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，主要有以下幾點(diǎn)：

1.1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展，極大振奮了青年學(xué)子科技報(bào)國的信心

從1994年北斗一號(hào)工程立項(xiàng)開始，導(dǎo)航科技工作者秉承科技報(bào)國的使命情懷，在陌生領(lǐng)域從無到有進(jìn)行全新探索，推動(dòng)北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)閃耀浩瀚星空、服務(wù)中國與世界。從北斗一號(hào)、北斗二號(hào)、北斗三號(hào)“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略決策，到有別于世界其他國家技術(shù)路徑設(shè)計(jì)，再到用兩年多時(shí)間高密度發(fā)射18箭30星，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從無到有、從有到優(yōu)、從區(qū)域到全球的發(fā)展歷程，孕育了新時(shí)代北斗精神。新時(shí)代北斗精神蘊(yùn)含著不忘初心、牢記使命的報(bào)國信念。新時(shí)代北斗精神折射著自強(qiáng)不息、苦干實(shí)干的民族品格，矢志不渝地鑄造國之重器，是新中國成立以來一代代科技工作者的執(zhí)著信念和不懈追求，科技報(bào)國情懷應(yīng)融入新時(shí)代導(dǎo)航技術(shù)課程教學(xué)中，在青年學(xué)子中接續(xù)傳承。

1.2 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的全球化應(yīng)用，對(duì)教學(xué)中國際化視野的拓展提出了新要求

推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體是中國作為一個(gè)負(fù)責(zé)任大國的擔(dān)當(dāng)和追求，北斗的應(yīng)用不僅僅限于國內(nèi)國防經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，如今的北斗，與美國、俄羅斯、歐洲衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容與互操作持續(xù)深化，向“一帶一路”沿線國家和地區(qū)億級(jí)以上用戶提供服務(wù)，相關(guān)產(chǎn)品出口120余個(gè)國家和地區(qū)，基于北斗的國土測繪、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字施工、智慧港口等已在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲成功應(yīng)用，是人類命運(yùn)共同體國際友誼的現(xiàn)代科技紐帶和橋梁[3]。伴隨2020年中國北斗三號(hào)系統(tǒng)的全面建成，新時(shí)代北斗精神展示著服務(wù)世界、造福人類的大國胸懷。推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體是中國作為一個(gè)負(fù)責(zé)任大國的擔(dān)當(dāng)和追求，北斗就是踐行這一重要理念的中國品牌和中國名片。在導(dǎo)航技術(shù)課程的教學(xué)中，在立足中國特色的同時(shí)，更應(yīng)貫穿國際化視野的技術(shù)創(chuàng)新思維。

1.3 現(xiàn)有紙質(zhì)教材的更新步伐，已難以適應(yīng)日新月異的導(dǎo)航新技術(shù)發(fā)展

現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)理論與應(yīng)用教材，使用在教學(xué)和學(xué)生導(dǎo)航基礎(chǔ)知識(shí)體系的構(gòu)建中發(fā)揮了重要作用，是很多導(dǎo)航專業(yè)學(xué)生的入門資料。近年來，導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展十分迅速，針對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)理論與應(yīng)用教材的“理論”與“應(yīng)用”兩個(gè)方面都提出了新的要求。各類載體無人化發(fā)展趨勢(shì)，如無人車自動(dòng)駕駛、無人機(jī)巡檢和農(nóng)業(yè)植保應(yīng)用、機(jī)器人物流和分揀、智能制造裝配、月球及火星深空探測和自動(dòng)取樣返回等任務(wù)的快速發(fā)展，大大拓展了導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用；從蛟龍?zhí)柹詈Ｌ綔y到祝融號(hào)深空火星巡視，從國民經(jīng)濟(jì)到日常生活，導(dǎo)航技術(shù)已無時(shí)無處不在[4]。而現(xiàn)有紙質(zhì)教材受限于傳統(tǒng)出版模式的周期，難以及時(shí)跟進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)的快速更新，在實(shí)際授課中需要逐步延伸擴(kuò)展以不斷適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。

1.4 個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備的快速普及，為導(dǎo)航課程教學(xué)實(shí)際操作和演示提供了良好的條件

在南京航空航天大學(xué)導(dǎo)航課程開設(shè)初期，商用低成本導(dǎo)航器件尚未成熟，所涉及的導(dǎo)航技術(shù)主要是面向航空航天應(yīng)用，導(dǎo)航系統(tǒng)和傳感器價(jià)格昂貴。在教學(xué)過程中通常采用制作的原理模型進(jìn)行演示教學(xué)，或?qū)?dǎo)航系統(tǒng)零部件進(jìn)行靜態(tài)觀摩，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以獲得導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)際操作機(jī)會(huì)，缺乏直觀生動(dòng)的導(dǎo)航過程實(shí)際體驗(yàn)。隨著近年來商用低成本導(dǎo)航器件的大范圍推廣和個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備的快速普及，除手機(jī)外，電子手環(huán)、共享單車、無人機(jī)等均具備位置信息輸出能力，同時(shí)網(wǎng)約車平臺(tái)、外賣送餐、實(shí)時(shí)公交、在線物流定位等位置服務(wù)相關(guān)的生活應(yīng)用不斷涌現(xiàn)[5]，為在導(dǎo)航課程實(shí)際教學(xué)過程中設(shè)計(jì)每位學(xué)生可實(shí)際操作體驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)創(chuàng)造了良好的條件。

2 導(dǎo)航技術(shù)課程建設(shè)新模式的提出

我國“北斗三號(hào)”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的全面建成，為“一帶一路”沿線國家的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來了新的應(yīng)用潛力，也在中國學(xué)生和相關(guān)國家來華留學(xué)生中引起熱烈反響和強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣。隨著北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù)走出國門，圍繞“一帶一路”沿線國家發(fā)展急需的學(xué)科專業(yè)開展專業(yè)技術(shù)教育成為加快推進(jìn)高校教育國際化的重中之重。在擴(kuò)大“一帶一路”沿線國家來華留學(xué)生規(guī)模的同時(shí)，需要造就完備的中國學(xué)生國際化教育和來華留學(xué)生教育管理制度體系、保證留學(xué)生教育的質(zhì)量、制定符合中國學(xué)生國際化培養(yǎng)要求的課程體系和管理辦法，以適應(yīng)來自不同層次不同國家學(xué)生的需求。通過培養(yǎng)高質(zhì)量的來華留學(xué)生，有利于提升我校的國際競爭力，縮小與發(fā)達(dá)國家之間的辦學(xué)水平差距，為強(qiáng)化航空航天特色的支撐性專業(yè)課程建設(shè)提供保障。

針對(duì)導(dǎo)航技術(shù)課程建設(shè)面臨的新形勢(shì)，以及科技報(bào)國精神塑造和國際化學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)的要求，并結(jié)合南京航空航天大學(xué)的特色，本文提出愛國情懷與國際視野相結(jié)合的導(dǎo)航技術(shù)系列課程教學(xué)改革新思路體系(如圖1所示)。

這種教學(xué)新模式的最大特點(diǎn)體現(xiàn)在“兩個(gè)融合”：即將導(dǎo)航技術(shù)課堂教學(xué)與培養(yǎng)“北斗精神”科技報(bào)國情懷的育德育人相融合，同時(shí)將導(dǎo)航原理知識(shí)傳授與“人類命運(yùn)共同體”國際化視野的人格塑造相融合，激勵(lì)學(xué)生繼承科技工作者攻堅(jiān)克難、責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)導(dǎo)航技術(shù)造?！耙粠б宦贰毖鼐€社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的視野和信心，適應(yīng)后續(xù)導(dǎo)航技術(shù)學(xué)習(xí)、科研與國際交流的需求。

3 導(dǎo)航技術(shù)課程建設(shè)新模式的具體實(shí)施方法

針對(duì)圖1所示的新教學(xué)模式，所采取的實(shí)施思路為：將導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展史與人文知識(shí)相結(jié)合培養(yǎng)科技報(bào)國情懷，結(jié)合導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展應(yīng)用全球合作趨勢(shì)拓展國際化視野，在此基礎(chǔ)上結(jié)合導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展應(yīng)用熱點(diǎn)加快數(shù)字化課程建設(shè)與教學(xué)資源更新，并結(jié)合個(gè)人手持導(dǎo)航設(shè)備普及化趨勢(shì)創(chuàng)新課堂演示與實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。將愛國情懷與國際視野相融合的特色化教學(xué)理念貫穿始終，使定位與導(dǎo)航系統(tǒng)課程教學(xué)體系建設(shè)得更加科學(xué)和完善。

圖1 愛國情懷與國際視野相融合的導(dǎo)航技術(shù)課程教學(xué)改革新思路體系

3.1 將導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展史與人文知識(shí)相結(jié)合，培養(yǎng)科技報(bào)國情懷

通過結(jié)合人文歷史背景對(duì)導(dǎo)航科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解導(dǎo)航技術(shù)在人類文明進(jìn)程中的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，再通過近代航海發(fā)現(xiàn)、現(xiàn)代制導(dǎo)裝備、當(dāng)代全球運(yùn)輸?shù)葻狳c(diǎn)技術(shù)將天文導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與人文歷史背景及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展聯(lián)系起來，增強(qiáng)學(xué)生探究精神和綜合分析解決問題的能力，培養(yǎng)科學(xué)與人文融合發(fā)展的素養(yǎng)，激勵(lì)學(xué)生科技報(bào)國的情懷和時(shí)代責(zé)任擔(dān)當(dāng)，感受新時(shí)代北斗精神蘊(yùn)含的自立自信、自主自強(qiáng)、勤勞勇敢、吃苦耐勞的奮斗信念，并融入未來的學(xué)習(xí)探索中。

3.2 結(jié)合導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展應(yīng)用全球合作趨勢(shì)，拓展國際化視野

導(dǎo)航技術(shù)的兼容互操作和國際化應(yīng)用，是全球科技合作的重要方向，也是學(xué)生國際化視野培養(yǎng)的重要方面。如針對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS、格洛納斯、伽利略等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組合應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生比較各國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在信號(hào)體質(zhì)等方面的差異，并分析實(shí)現(xiàn)兼容互操作所需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。結(jié)合北斗一代覆蓋亞太地區(qū)，逐步發(fā)展到北斗三代全球覆蓋的特性，引導(dǎo)學(xué)生觀察不同導(dǎo)航星座軌道設(shè)計(jì)對(duì)覆蓋特性的影響，從技術(shù)角度分析實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)全球化所需開展的工作，拓展學(xué)生的國際化視野。

3.3 結(jié)合導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展應(yīng)用熱點(diǎn)，加快數(shù)字化課程建設(shè)與教學(xué)資源更新

在課程項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)慣性器件及其導(dǎo)航原理探究、北斗導(dǎo)航及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)原理探究、室內(nèi)無線定位與現(xiàn)代航空無線電導(dǎo)航原理探究、民用飛行器機(jī)載航電系統(tǒng)中的綜合導(dǎo)航探究課程微項(xiàng)目。邀請(qǐng)從事導(dǎo)航技術(shù)相關(guān)工作的企業(yè)專家參與教學(xué)輔助通過基礎(chǔ)導(dǎo)航知識(shí)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解導(dǎo)航技術(shù)在日常生產(chǎn)生活中的重要性和廣泛性，結(jié)合熱點(diǎn)實(shí)際應(yīng)用事件，引導(dǎo)學(xué)生思考分析導(dǎo)航技術(shù)原理，鞏固對(duì)應(yīng)知識(shí)的理解，拓展知識(shí)思維寬度。努力使學(xué)生突破本科階段“學(xué)習(xí)書本知識(shí)”的模式，形成以教材為基礎(chǔ)的分析思考。

3.4 結(jié)合個(gè)人手持導(dǎo)航設(shè)備普及化趨勢(shì)，創(chuàng)新課堂演示與實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

隨著低成本商用傳感器的發(fā)展和個(gè)人手持導(dǎo)航設(shè)備的普及，手機(jī)中所集成的陀螺儀、加速度計(jì)、氣壓計(jì)、磁羅盤、北斗/GPS/格洛納斯/伽利略多星座衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)等多種導(dǎo)航傳感器為導(dǎo)航技術(shù)課程教學(xué)提供了便捷生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在慣性導(dǎo)航原理和衛(wèi)星導(dǎo)航原理等部分的教學(xué)中，結(jié)合相應(yīng)手機(jī)中導(dǎo)航傳感器的特性，引導(dǎo)學(xué)生分析手機(jī)橫豎屏切換與重力感應(yīng)、位置服務(wù)應(yīng)用、室內(nèi)外無縫定位等實(shí)現(xiàn)機(jī)理，從生活中的切身體會(huì)出發(fā)，深化對(duì)陀螺儀基本特性、加速度計(jì)比力方程、衛(wèi)星導(dǎo)航幾何式定位原理等知識(shí)的理解。

4 結(jié)語

根據(jù)導(dǎo)航技術(shù)課程建設(shè)面臨的新形勢(shì)和新要求，結(jié)合南京航空航天大學(xué)“定位與導(dǎo)航系統(tǒng)”本科生課程和“現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)理論”研究生課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況，本文提出了將導(dǎo)航技術(shù)課堂教學(xué)與培養(yǎng)“北斗精神”科技報(bào)國情懷的育德育人相融合，同時(shí)將導(dǎo)航原理知識(shí)傳授與“人類命運(yùn)共同體”國際化視野的人格塑造相融合的導(dǎo)航技術(shù)課程教學(xué)新體系，進(jìn)一步提高導(dǎo)航技術(shù)系列品牌課程的教學(xué)水平。實(shí)踐證明，采用該教學(xué)體系，能提高學(xué)生的知識(shí)理解深度和分析能力，適應(yīng)新形勢(shì)下培養(yǎng)兼具愛國情懷與國際視野的新時(shí)代導(dǎo)航技術(shù)后備人才的要求。隨著導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展和導(dǎo)航技術(shù)課程群體系的豐富，該教學(xué)模式也會(huì)繼續(xù)改進(jìn)和完善，并希望所獲得的經(jīng)驗(yàn)?zāi)転槠渌n程的教學(xué)提供一定參考，為航空航天導(dǎo)航學(xué)科方向特色化教育教學(xué)的優(yōu)化開展做出貢獻(xiàn)。