空間信息網(wǎng)絡及應用課程改革實踐與探索

張 晨

（南京郵電大學通信與信息工程學院，江蘇 南京210000）

0 引言

空間信息網(wǎng)絡及應用課程是綜合了航天技術、衛(wèi)星通信技術、衛(wèi)星導航定位技術、衛(wèi)星遙感技術、網(wǎng)絡技術的寬知識面、應用性課程。通過本課程的學習，讓學生全面了解空間信息網(wǎng)絡的基礎理論和關鍵技術，理解空間信息網(wǎng)絡的構成及各部分的工作特點，初步掌握衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導航、衛(wèi)星遙感等基本原理、應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。為本科學生畢業(yè)后從事空間信息網(wǎng)絡相關工作或繼續(xù)深造研究相關課題提供基本的理論基礎。一方面由于空間信息網(wǎng)絡涵蓋的領域眾多，需要掌握的知識點比較分散和抽象。另一方面，隨著我國“天地一體化信息網(wǎng)絡”重大工程的建設和發(fā)展，近年來空間信息產業(yè)蓬勃發(fā)展、日新月異。因此空間信息網(wǎng)絡及應用課程如何與時俱進，綜合應用各種教學手段，并在教學過程中結合前沿的技術發(fā)展和重大事件，提高學生的學習興趣、鞏固學生對知識點的掌握，并結合思政教育、培養(yǎng)愛國主義情懷，成為該課程教學改革的主要目標。

本文以南京郵電大學空間信息網(wǎng)絡與應用課程的教學為例，以作者的教學實踐為切入點，分析教學過程中出現(xiàn)的問題，在總結教學經驗的基礎上，歸納總結出一系列的有效措施，初步探討空間信息網(wǎng)絡及應用課程教學內容和教學方式的改進。

1 教學中的問題與剖析

在南京郵電大學的本科生培養(yǎng)計劃中，空間信息網(wǎng)絡及應用作為大類專業(yè)限選課程，可供通信工程、信號處理、自動化、智能科學與技術等專業(yè)學生選修。課程按照緒論、衛(wèi)星通信及應用、衛(wèi)星定位導航及應用、衛(wèi)星遙感及應用，分為四大部分、七個章節(jié)。根據(jù)作者的教學經歷，總結了如下問題：

（1）空間信息網(wǎng)絡及應用課程的知識點比較分散，涉及衛(wèi)星通信技術、衛(wèi)星導航定位技術、衛(wèi)星遙感技術、航天技術、網(wǎng)絡技術的交叉和延伸，所需前置課程包括信號與系統(tǒng)、通信原理、電磁場與微波、計算機網(wǎng)絡等多門基礎課[1]。然而選修該課程的同學專業(yè)背景不盡相同，各自所學前置課程也有所區(qū)別，導致接受新知識點的能力也有所差異。因此完全相同的授課內容和教學側重點，會使得學生對知識點的掌握程度參差不齊，嚴重影響了教學效果。

（2）空間信息網(wǎng)絡及應用課程的知識點比較抽象，傳統(tǒng)的授課方式過于單一、難以具象化，使得學生很容易對教學內容感到枯燥，必然會導致課堂教學效果不理想，學生的學習主動性也逐漸下降，對知識點的掌握不牢[2]。另一方面，近年來空間信息產業(yè)蓬勃發(fā)展，國內外空間信息領域不斷涌現(xiàn)出新的技術，使得相應的教材內容有所滯后，所列舉的衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導航等系統(tǒng)已落后于當前的發(fā)展趨勢和前沿動態(tài)。

（3）近年來面對錯綜復雜的國際形勢，在專業(yè)課上結合課程相關內容，對學生進行思政教育顯得尤為重要。我國的空間信息和航天領域的發(fā)展雖然起步晚于西方發(fā)達國家，但進入二十一世紀后，尤其是近年來的發(fā)展速度極其迅猛，如何結合我國近期的重大航天任務，培養(yǎng)學生愛國主義情懷，是課程教學中值得思考的問題。而傳統(tǒng)的空間信息網(wǎng)絡授課內容中并未關注思政教育的結合。

2 教學改革與實踐

針對以上問題，作者在教學實踐中采取了以下三點改進措施：

（1）堅持“因材施教”的基本原則。教學內容和方法的改進是永無止境的，也是教學改革的主要方面，更是提高教學效果的重要途徑之一。然而，任何一種改進都不能背離“因材施教”的基本原則[3]。必須針對不同專業(yè)的教學班，對教學內容和方法進行“量體裁衣”，摒棄完全相同的授課計劃和教學內容，分別根據(jù)不同教學班的專業(yè)背景和前置課程，調整教學側重點和教學內容。例如，針對通信工程專業(yè)教學班，對于衛(wèi)星通信相關知識點，可采用“鞏固—延伸”的方法，即在通信原理等專業(yè)課的基礎上，幫助學生回顧已經學習的通信基礎知識，從而進一步延伸到衛(wèi)星通信系統(tǒng)。而對于自動化、智能科學與技術等非通信類專業(yè)的教學班，由于通信原理的前置課程的缺失，需要在講述衛(wèi)星通信相關章節(jié)之前，深入淺出的講授通信的基本知識和原理，使得學生對無線通信有了一定程度的理解后，才能夠開展衛(wèi)星通信相關知識點的學習。

（2）綜合多種授課方式，與時俱進的引入前沿內容，提高教學效果。作者在教學實踐中，在傳統(tǒng)的幻燈片授課加教師口述講解的基礎上，引入了三維虛擬仿真演示，來激發(fā)學生的學習興趣，強化知識點掌握。虛擬仿真作為重點建設的教學新形式，其優(yōu)勢在于借助先進的沉浸式體驗和三維顯示技術，將教學大綱的內容在計算機虛擬環(huán)境中重現(xiàn)出來，能夠將抽象的概念具象化，并且正確真實的反映原理和現(xiàn)象，幫助學生更好地掌握對應的知識點[4，5]。例如，將枯燥乏味的調制編碼計算、衛(wèi)星通信鏈路設計等，轉換為三維動畫過程，幫助學生理解知識點，進而完成相應課堂作業(yè)，做到虛實結合、虛實互補。另一方面，在授課內容上補充前沿技術、空間信息產業(yè)最新發(fā)展，例如，可以補充我國“天地一體化信息網(wǎng)絡”重大工程的啟動，北斗三號全球導航定位系統(tǒng)的正式運行，以及美國太空探索公司“星鏈”計劃等商業(yè)的實施，從而激發(fā)學生好奇心和知識額外獲取的滿足感。同時通過時事熱點和實際應用的授課內容補充，增強學生的代入感。例如，在講解衛(wèi)星遙感的氣象遙感應用時，可以播放天氣預報的衛(wèi)星云圖視頻，讓他們覺得空間信息網(wǎng)絡技術不是虛無縹緲的，而是與日常生活息息相關，進一步增強學習的興趣。

（3）結合授課內容，加強思政教育[6，7]。首先可以通過講解我國科技前輩艱苦奮斗的歷程，激發(fā)學生奮發(fā)圖強的精神，學有所成后解決“卡脖子”的技術難題。例如，在講解衛(wèi)星定位和導航相關內容時，可以用我國北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展為例，講述20世紀80年代中期在國外技術封鎖、國內物資匱乏的不利條件下，老一輩的科研工作者不計個人得失、無私奉獻，通過幾代北斗人三十多年的艱苦奮斗，終于建成了北斗三號衛(wèi)星全球導航系統(tǒng)，系統(tǒng)服務能力步入世界一流行列。其次通過闡述我國航天事業(yè)和空間信息網(wǎng)絡的發(fā)展，建立學生的民族自豪感和使命感。例如，通過在教學內容中穿插介紹“天宮”系列航天空間科學實驗室、“神舟”系列載人航天飛船、“嫦娥”系列月球探測器、“天問”系列行星探測任務、“鴻雁”衛(wèi)星星座通信系統(tǒng)、“虹云”星載寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)絡等一批我國航天事業(yè)和空間信息網(wǎng)絡發(fā)展里程碑式的典型代表，樹立我國航天大國的地位和形象，增強學生的民族自豪感和愛國主義情懷。

3 結語

本文以空間信息網(wǎng)絡實際教學中遇到的問題作為切入點，對教學內容和教學方法進行了改進和革新。主要闡述了針對不同專業(yè)的教學班，綜合應用各種教學手段，引入空間信息網(wǎng)絡的前沿的技術發(fā)展和產業(yè)動態(tài)，并結合教學內容進行思政教育。本文提出的教學方法和教學內容的改進僅是初步的探索，必須在教學實踐中根據(jù)學生的課堂反映和課后的作業(yè)反饋，實時調整教學方法[8]，最終達到提高教學效果的目的。