“衛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

北斗衛星導航系統是中國著眼于國家安全和經濟社會發展需要自主建設運行的全球導航衛星系統，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。測繪行業在當前社會發展中扮演著越來越重要的角色，智慧城市、智慧小區、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學好這門課程，是需要授課教師解決的主要問題。采用傳統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學好本門課程。

2 開展“線上線下”混合式教學的必要性

“衛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、數據處理等內容進行詳細講解，同時還應讓學生了解GNSS的應用。對學生而言，衛星導航定位知識比較抽象，涉及的知識面廣，如“計算機”“數學”“數據結構”“軟件工程”“計算機圖形學”“數值分析”“Web GIS網絡編程”等課程，同時要想更好地發揮衛星導航定位的應用，還要熟悉“城市規劃”“生態環境評價與規劃”“旅游資源開發與規劃”等課程。該課程應充分了解和認識到社會發展的特點以及學生的認知特點，通過引進最新的信息技術促使教學模式有一個質的飛躍和提升。通過利用先進的信息技術，尤其是疫情期間各教學平臺的推出與不斷完善，為“衛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合。通過“線上線下”混合教學模式，教學團隊可以搭建“衛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，使學生能夠深刻理解“衛星導航定位原理及應用”的理論，熟練操作儀器，進行數據處理，順利完成工程教育專業認證的課程目標。

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發展與時代發展的角度出發，編制適用于“線上+線下”教學模式的新型數字化教材。教研人員應對傳統教材進行改革，新教材仍以紙質版教材為主，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性，即能夠根據行業的發展對教材內容及時進行更新：對教材進行新知識、新技術的內容更新。

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、任務驅動”這一基本法則，充分體現理論與實踐的有機結合。根據BDS、GALILO等導航衛星系統的發展對教材內容進行適時更新，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容，把注冊測繪師的部分案例分析融入到教材。“衛星導航定位原理及應用”的混合式教學能推動新型數字化教材的編寫和教師的教學、研究水平，“互聯網+教材”是一種可以把教學和信息技術結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鍵的一環，一節微課一般只講授一個知識點，對于這個知識點的選擇，關乎知識結構的設計。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、啟發教學。

微課的制作應適合多媒體表達。微課作為一種媒體，內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

“衛星導航定位原理及應用”是測繪工程專業的一門核心必修課，主要任務是培養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路線，具有很強的理論性和實踐性。教師在講課中應緊密結合工程實際，實現教材和工程技術零對接，授課內容應豐富、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、啟發式教學和批判式討論教學等。

3.3.3 實驗環節

對于某些難以用語言表達的實驗教學內容通過視頻進行展示。如在講授GNSS接收機的儀器構造與操作方法等內容時，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容。尤其是基于虛擬仿真技術的GNSS-RTK（全球導航衛星系統實時動態定位技術）測量實驗教學，在儀器數量、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 實習環節

“衛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技術進行導航、數據采集、控制測量和放樣等測繪工作，使所學理論知識與實踐相結合，鞏固和加深對新知識的理解，增強學生的動手能力，培養和提高學生利用所學理論知識解決實際問題的能力。

實習內容主要包括：①GNSS靜態測量外業觀測和內業數據處理。采用GNSS靜態測量技術，在實習區域內布設控制網。具體實習內容包括技術設計、選點、外業觀測計劃、外業觀測、數據傳輸、基線解算、網平差、成果質量控制、技術總結。②GNSS實時動態（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字地圖上的實時位置，最后利用導航方法計算某一區域的航跡面積。

3.3.5 評價機制

積極探索線上和線下融合、過程性評價與終結性評價相結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行者，也是教學互動的引領者，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，院校應注重培養教研人員的工程實踐經驗，使得教學過程中更好地做到理論聯系實際；最后，教研人員應對自身提出更高要求，通過網課等形式不斷學習，提高自己的理論與實踐水平。

3.3.7 主要創新點

采用創新性教學理念。通過制作“衛星導航定位原理及應用”的精品MOOC（慕課）以及根據不同的內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，采用線上線下相結合的創新型教學方法，通過線上線下資源的優勢互補，有效幫助學生深刻記憶、理解教學重點和難點。

采用啟發式教學理念。將理論教學重點講深講透，使學生能舉一反三。“衛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。基于此，在授課時就要理論結合實踐來進行，課堂上應以實驗方法為重點與基礎，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。

緊密結合測繪工程專業，圍繞衛星導航定位技術課程，結合線上與線下教學，將理論與實踐有效地融合在一起，同時發展創新“線上線下”教學方式，將優質課堂呈現于學生面前，完成教學目標。

4 結語

“線上線下”配合的教學方法充分體現了信息技術的有效利用，只有加強信息技術的利用，才能有效地改變傳統教學模式。將創新發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，提高專業人才培養。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。