“衛星導航定位”課程實踐教學創新體系改革

周命端，丁克良，羅德安，黃 鶴，劉旭春

(北京建筑大學 測繪與城市空間信息學院，北京 102616)

“衛星導航定位”課程實踐教學創新體系改革

周命端，丁克良，羅德安，黃 鶴，劉旭春

(北京建筑大學 測繪與城市空間信息學院，北京 102616)

“衛星導航定位”課程是我校測繪類專業本科生的一門具有較強理論性和實踐性的專業基礎課，為強化學生知識運用能力、測繪實踐操作能力、程序設計能力及科技創新能力，從實踐教學內容更新及實踐教學方法和手段優化等方面對該課程的實踐教學創新體系(課間實驗和集中實習)探索性改革，經兩年的教學實踐與持續改進，實際效果顯著。

實踐教學體系；教學改革；衛星導航定位；工程認證

“衛星導航定位”課程是我校測繪工程專業、地理信息科學專業和遙感科學與技術專業等測繪類專業必修的一門專業基礎課，具有知識面寬、理論性和實踐性強、應用范圍廣等特點。因此，在課程教學過程中，除了注重課堂理論教學之外，必須加強實踐教學環節，充分認識實踐教學在深化課堂教學、提高人才培養質量中的重要地位和作用。目前，我校開設的“衛星導航定位”課程所設置的課程教學體系由理論教學課堂講授40學時、8學時課間實驗與一周(20學時)集中實習的實踐教學兩部分構成。根據《北京建筑大學關于進一步加強實踐教學工作的意見》文件精神，為深化實施我校本科人才培養綜合改革，進一步完善課程實踐教學體系，促進實踐教學改革與創新落到實處，切實提高實踐教學質量，在學?！疤豳|、轉型、升級”綜合改革背景下，結合“衛星導航定位”課程的實踐教學目標及現狀情況分析，在有限的時間和現有實驗設備條件下，如何使學生最大限度地將理論知識轉化為解決實際應用問題的能力，繼續強化學生知識運用能力、測繪實踐操作能力、程序設計能力及科技創新能力，本文針對“衛星導航定位”課程，從實踐教學內容更新及實踐教學方法和手段優化等方面進行探索性研究與實踐。

1 實踐教學體系改革

我校開設的“衛星導航定位”課程實踐教學部分由課間實驗(8學時)和集中實習(20學時)兩部分組成。

1.1 課間實驗

“衛星導航定位”課程的課間實驗安排8學時(4次實驗)，其實驗內容穿插在課堂教學之中。它屬于理論教學中的演示驗證性實驗，其實驗目的是學生在教師指導下以實際操作為主，獲得感性知識和基本實際操作技能，通過任課教師和指導教師(一個自然班配置1名指導教師)對GPS接收機、GPS數據處理軟件等的演示講授與操作，幫助學生理解并掌握課堂講授的知識，激發學生不斷學習和適應社會發展的學習動力，培養學生對課程學習的濃厚興趣，進而不斷推動課間實驗教學內容更新，進一步精簡演示、驗證性實驗內容，可以采用基于工程案例的教學方法和學習方法來增強一些綜合性、設計性和研究創新性的實驗內容。本文在遵循原有課間實驗內容的基礎上，精簡與深化“衛星導航定位”課間實驗教學體系的構建，新的教學體系如圖1所示。其中，實線框部分為原有課間實驗內容基礎上作了進一步精簡，將原有8學時壓縮為6學時。根據我校測繪信息遙感實驗中心(以下簡稱實驗中心)現有設備情況，豐富了GPS接收機品牌類型及GPS數據處理軟件類型的演示、驗證性實驗內容。虛線框部分為新增的2學時的程序設計類型實驗內容，在時間安排上建議根據理論教學進度，合理安排機房實驗，保證課程教學的前后銜接關系。程序設計性實驗的設置，其目的在于讓學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，在教師指導下，按功能子模塊按部就班地編程實現設定的“利用廣播星歷計算衛星坐標和速度”程序功能，進一步強化學生應用數學、自然科學和衛星導航定位課程相關知識來研究與分析并計算“GPS衛星坐標和速度”復雜工程問題，以獲得正確結果的能力，體現國際工程教育先進理念。

根據圖1的課間實驗教學體系，針對不同類型的課間實驗項目，采用不同的實踐教學方法和手段。針對“GPS接收機的認識與基本操作”、“GPS靜態測量數據處理流程”和“CORS或電臺式RTK測量的操作”3個演示、驗證性實驗內容，可以充分利用現有的教學資源，開發或錄制優質的實驗教學視頻資料，加強實驗中心網站建設，將對應品牌GPS接收機用戶手冊掛載實驗中心網站，學生們利用課余時間可以自由下載自主學習，有利于激發學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，在教師的現場演示操作和指導下，答疑解惑，讓學生很好地理解并掌握實驗教學內容，進一步加強實驗教學輔助理論教學的支持力度。針對新增的“利用廣播星歷計算衛星坐標和速度程序實現”程序設計實驗項目，鑒于綜合性和設計性較強，建議主講教師提供樣例程序模塊供學生參考，并推行基于工程案例的教學方法和學習方法，向學生展示詳細的程序實現流程框圖及樣例程序子模塊，學生在研究參考樣例程序的基礎上，按部就班實現程序功能，激發學生“程序設計”動力，提高實驗教學效果。

1.2 集中實習

根據我校本科生總體教學實際情況，“衛星導航定位”課程的集中實習時間一般安排在開課所在學期的第18周進行，共計20學時。集中實習除了進一步使學生實踐驗證理論知識之外，更注重培養學生知識運用能力、測繪實操能力、程序設計能力及科技創新能力，這要求學生理論緊密聯系實際應用，以社會需求為導向、動手能力達成為規格，能夠設計或提出針對“復雜工程”問題的解決方案，并運用所學知識，根據設計或提出的解決方案，盡可能地解決遇到的復雜工程問題，同時能夠理解和評價針對復雜工程問題的工程實踐對環境、社會可持續發展的影響，體現國際工程教育先進理念。

緊密圍繞“衛星導航定位”實踐教學的培養目標，通過課程集中實習實訓，學生能夠設計及實施GPS相關的工程實驗，并能分析其結果；了解衛星導航定位技術相關的國家及行業工程規范，并具有運用規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，能夠綜合運用相關理論與技術，組織實施衛星導航定位相關的工程項目。本文在遵循原有集中實習內容的基礎上，為進一步深化“衛星導航定位”集中實習教學體系的構建，實驗中心2015年新采購16臺套GPS設備用于“衛星導航定位”課程實踐教學。優化后的集中實習教學體系如圖2所示。其中，實線框部分為原有集中實習內容基礎上作了進一步精簡和優化，引入了CORS技術的實習應用；虛線框部分為新增的集中實習內容，其目的是讓學生了解CORS新技術在工程中的應用情況，并在RTK測量實習項目中增加了“施工放樣”、“斷面測量”方面的實習內容，增強學生應用新技術替代傳統技術所能帶來的獨特優勢感，強化學生的求技欲望，達到學以可用、學以致用的教學效果。在課間設計性實驗“利用廣播星歷計算衛星坐標和速度”的鋪墊作用下，為進一步強化學生的程序設計及科技創新能力，新增“GPS偽距單點定位與測速程序實現”綜合設計性實習項目，有利于學生深入理解課堂教學理論知識，提升并鞏固理論水平，真正實現“衛星導航定位”的目的，以獲得滿意的定位結果。同時，新增“PPK測量與數據處理”實習內容，對GPS接收機運動狀態進行軌跡跟蹤，完善集中實習教學體系。

圖1 課間實驗教學體系

圖2 集中實習教學體系

根據圖2的集中實習教學體系，針對不同類型的集中實習任務，建議采用不同的實踐教學方法和手段。在第18周的第1天上午，組織學生參加“衛星導航定位”集中實習動員大會，每班配置一名指導教師，由指導教師布置實習任務及講解注意事項，并完成5～6人為小組的分組工作。動員大會后，按小組領取實習設備。當天下午安排CORS系統參觀考察，聽取CORS新技術專題講座，使學生了解衛星導航定位新技術的應用現狀，調動學生集中實習的熱情，要求每名同學撰寫不少于1 000字的參觀心得，并將其納入實習成績評定考核內容之中。針對新增的“GPS偽距單點定位測速程序實現”的實習，建議學生安排在晚上進行，指導教師開發“衛星導航定位”課程教學演示平臺程序(GPSNav V1.0)供學生參考學習，并詳細講解程序實現流程(見圖3)及樣例程序子模塊功能，學生參考樣例程序，采用按部就班的方式實現功能模塊，激勵學生的興趣，提高設計性實驗教學效果，進而強化學生程序設計及科技創新能力。由圖3可知，本文開發設計的GPSNav演示平臺程序實現主要由7個類構成，包括主平臺類(GPSNavDlg.cpp和GPSNavDlg.h)、讀取導航文件類(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)、時間轉換關系類(GTime.cpp和GTime.h)、衛星位置計算類(SatPosVel.cpp和SatPosVel.h)和基于間接平差導航定位類(StaPosVel.cpp和StaPosVel.h)以及矩陣運算類(Matrix.h和Matrix.cpp)，不同類實現其相應功能。

圖3 GPSNav課程教學演示平臺程序實現流程框圖

2 實踐教學應用效果

根據本文優化的實踐教學體系，在我校2012、2013級測繪類學生中開展了兩年的教學實踐，取得較好教學效果，獲得以下幾點教學體會。

2.1 注重課間實驗與理論教學先后銜接關系，不宜超前，也不宜太滯后

一般來說，相關理論教學內容講授完成之后應盡可能地安排相應實驗。通過實驗來加深學生對課堂教學內容的理解，鞏固理論知識。大部分學生表示，通過課堂講授相關理論知識后，立即進行課間實驗教學實訓，學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，聽專業講座”，讓學生了解“衛星導航定位”課程所學習掌握的技術與方法在實際應用中是如何服務于測繪生產的，相比傳統手段，彰顯出獨特的優勢，激發學生們集中實習的積極性，達到“學以可用，學以致用”的教學效果。

2.3 “程序設計”項目倍受關注

新增的“利用廣播星歷計算衛星坐標和速度程序實現”課間實驗項目以及“GPS偽距單點定位測速程序實現”兩個程序設計性實踐項目，倍受學生關注，在參考學習樣例程序的基礎上，學生們感覺有難度也有挑戰，盡管困難重重，但學生的鉆研興趣一點不減，學習興趣得到極大提高。在教師的指導答疑解惑下，學生遇到的各種問題得到解決，學習的成就感備受鼓動。經實踐教學的鍛煉，學生們的程序設計開發能力得到鍛煉與提高，強化了學生的創新精神，為本科生進導師科研團隊奠定基礎。

2.4 注重實踐教學的全過程跟蹤管理

在課間實驗和集中實習的具體實施中，要求每個學生都認真操作，不允許蒙混過關，指導教師針對每一項實踐實驗任務都應提出具體的學習要求，實驗結束之后要求學生認真撰寫實驗報告，并開展交流學習心得活動，增強學生與學生之間、學生與教師之間的探討交流，以加深對實踐教學內容的理解。

2.5 強化多樣化考核方式

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

3 結束語

“衛星導航定位”是一門理論性和實踐性都很強的專業基礎課程，面向我校測繪類專業本科生開設。圍繞學校的“提質、轉型、升級”工作方針，本文針對該課程的實踐教學體系進行了探索性研究與實踐，并經兩年的實踐教學嘗試與持續改進，學生普遍反映在實踐教學環節中學到了更多的知識和技能，取得了較好效果，同時課程實踐教學體系改革也得到了學生們的贊同與支持。通過實踐教學訓練，學生們的理論知識不僅得到了鞏固，知識運用能力、實操能力、程序設計能力以及科技創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體系，不斷優化實踐教學的內容和手段，比如設計一些新的創新性實驗項目，以激發學生的科研動力與創新思維，充分發揮實踐教學環節在培養學生創新精神和實踐能力的重要作用，培養出具有理論基礎堅實、工程實踐豐富及創新思維活躍的高素質測繪人才，是“衛星導航定位”課程教學體系改革下一階段需要探討的內容。

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[責任編輯：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.“衛星導航定位”課程實踐教學創新體系改革[J].測繪工程，2017，26(7)：76-80.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.07.016

2016-06-03

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

周命端(1985-)，男，講師，博士.

G642

A

1006-7949(2017)07-0076-05