愛國情懷與國際視野相融合的導航技術特色化教育教學改革

王融，熊智，劉建業，趙偉

（南京航空航天大學自動化學院導航研究中心 江蘇 南京 211106）

定位與導航技術是研究對運載體進行定位與導航的技術科學，其發展對改變人類的生產和生活方式帶來了深刻的影響，是航空航天國防裝備領域的關鍵科學技術，也是實現移動互聯網、物聯網、車聯網及智慧城市的重要技術[1]。伴隨中國北斗三號系統的全面建成，新時代北斗精神展示著服務世界、造福人類的大國胸懷，也為導航技術課程教育教學改革帶來了新的契機[2]。

定位與導航技術課程是南京航空航天大學航空及航天特色的課程，也是南京航空航天大學“導航、制導與控制”國家重點（培育）學科和工信部國防特色學科的支撐性專業課程。進入21世紀以來，為適應導航技術的快速發展和人才培養的需求，本課程組先后開設了“定位與導航系統”本科生課程、“現代導航系統理論”研究生課程兩門導航技術綜合課程以及“全球衛星導航系統”等多門專門課程。隨著國際學術交流的日益頻繁，國際化學術能力培養在工科教育與人才培養中扮演著越來越重要的角色。同時，與國外學術交流和人才互訪也帶來了對國外工科教育教學模式和外文原版教材的逐步了解，為在教學實踐中采用外文原版教材課程教學帶來了新的契機。

本文依托教育部產學合作協同育人項目、南京航空航天大學教育科學與改革專項課題和教學改革與建設項目（課程建設類），結合當前我國北斗衛星導航系統快速發展這一現代科學技術熱點，提出愛國情懷與國際視野相融合的導航技術特色化教育教學體系，使學生理解導航技術基礎理論、了解導航技術在日常生產生活中的重要性和廣泛性，為學生就業及進一步深造打下良好基礎，并激發學生愛國、愛校、愛航天事業的情懷，培養兼具愛國情懷和國際視野的新時代科技后備人才。

1 導航技術課程建設面臨的新形勢

在本課程組開展本科生“定位與導航系統”、研究生“現代導航系統理論”課程的教學實踐過程中，積累了不少有益經驗。隨著我國自主研發的北斗衛星導航系統的全面建成以及在國內國際多領域的廣泛應用和快速發展，為導航技術系列課程的教學帶來了新的機遇與挑戰，主要有以下幾點：

1.1 北斗導航系統的快速發展，極大振奮了青年學子科技報國的信心

從1994年北斗一號工程立項開始，導航科技工作者秉承科技報國的使命情懷，在陌生領域從無到有進行全新探索，推動北斗全球衛星導航系統閃耀浩瀚星空、服務中國與世界。從北斗一號、北斗二號、北斗三號“三步走”發展戰略決策，到有別于世界其他國家技術路徑設計，再到用兩年多時間高密度發射18箭30星，北斗衛星導航系統從無到有、從有到優、從區域到全球的發展歷程，孕育了新時代北斗精神。新時代北斗精神蘊含著不忘初心、牢記使命的報國信念。新時代北斗精神折射著自強不息、苦干實干的民族品格，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著信念和不懈追求，科技報國情懷應融入新時代導航技術課程教學中，在青年學子中接續傳承。

1.2 北斗導航系統的全球化應用，對教學中國際化視野的拓展提出了新要求

推動構建人類命運共同體是中國作為一個負責任大國的擔當和追求，北斗的應用不僅僅限于國內國防經濟社會發展，如今的北斗，與美國、俄羅斯、歐洲衛星導航系統的兼容與互操作持續深化，向“一帶一路”沿線國家和地區億級以上用戶提供服務，相關產品出口120余個國家和地區，基于北斗的國土測繪、精準農業、數字施工、智慧港口等已在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲成功應用，是人類命運共同體國際友誼的現代科技紐帶和橋梁[3]。伴隨2020年中國北斗三號系統的全面建成，新時代北斗精神展示著服務世界、造福人類的大國胸懷。推動構建人類命運共同體是中國作為一個負責任大國的擔當和追求，北斗就是踐行這一重要理念的中國品牌和中國名片。在導航技術課程的教學中，在立足中國特色的同時，更應貫穿國際化視野的技術創新思維。

1.3 現有紙質教材的更新步伐，已難以適應日新月異的導航新技術發展

現有的導航系統理論與應用教材，使用在教學和學生導航基礎知識體系的構建中發揮了重要作用，是很多導航專業學生的入門資料。近年來，導航技術發展十分迅速，針對導航系統理論與應用教材的“理論”與“應用”兩個方面都提出了新的要求。各類載體無人化發展趨勢，如無人車自動駕駛、無人機巡檢和農業植保應用、機器人物流和分揀、智能制造裝配、月球及火星深空探測和自動取樣返回等任務的快速發展，大大拓展了導航技術的應用；從蛟龍號深海探測到祝融號深空火星巡視，從國民經濟到日常生活，導航技術已無時無處不在[4]。而現有紙質教材受限于傳統出版模式的周期，難以及時跟進導航技術的快速更新，在實際授課中需要逐步延伸擴展以不斷適應技術發展的新趨勢。

1.4 個人導航設備的快速普及，為導航課程教學實際操作和演示提供了良好的條件

在南京航空航天大學導航課程開設初期，商用低成本導航器件尚未成熟，所涉及的導航技術主要是面向航空航天應用，導航系統和傳感器價格昂貴。在教學過程中通常采用制作的原理模型進行演示教學，或對導航系統零部件進行靜態觀摩，學生在學習過程中難以獲得導航系統的實際操作機會，缺乏直觀生動的導航過程實際體驗。隨著近年來商用低成本導航器件的大范圍推廣和個人導航設備的快速普及，除手機外，電子手環、共享單車、無人機等均具備位置信息輸出能力，同時網約車平臺、外賣送餐、實時公交、在線物流定位等位置服務相關的生活應用不斷涌現[5]，為在導航課程實際教學過程中設計每位學生可實際操作體驗的教學環節創造了良好的條件。

2 導航技術課程建設新模式的提出

我國“北斗三號”全球衛星導航系統的全面建成，為“一帶一路”沿線國家的經濟社會發展帶來了新的應用潛力，也在中國學生和相關國家來華留學生中引起熱烈反響和強烈的學習興趣。隨著北斗全球衛星導航系統及其應用技術走出國門，圍繞“一帶一路”沿線國家發展急需的學科專業開展專業技術教育成為加快推進高校教育國際化的重中之重。在擴大“一帶一路”沿線國家來華留學生規模的同時，需要造就完備的中國學生國際化教育和來華留學生教育管理制度體系、保證留學生教育的質量、制定符合中國學生國際化培養要求的課程體系和管理辦法，以適應來自不同層次不同國家學生的需求。通過培養高質量的來華留學生，有利于提升我校的國際競爭力，縮小與發達國家之間的辦學水平差距，為強化航空航天特色的支撐性專業課程建設提供保障。

針對導航技術課程建設面臨的新形勢，以及科技報國精神塑造和國際化學術能力培養的要求，并結合南京航空航天大學的特色，本文提出愛國情懷與國際視野相結合的導航技術系列課程教學改革新思路體系(如圖1所示)。

這種教學新模式的最大特點體現在“兩個融合”：即將導航技術課堂教學與培養“北斗精神”科技報國情懷的育德育人相融合，同時將導航原理知識傳授與“人類命運共同體”國際化視野的人格塑造相融合，激勵學生繼承科技工作者攻堅克難、責任擔當的學習熱情，增強導航技術造福“一帶一路”沿線社會經濟發展的視野和信心，適應后續導航技術學習、科研與國際交流的需求。

3 導航技術課程建設新模式的具體實施方法

針對圖1所示的新教學模式，所采取的實施思路為：將導航技術發展史與人文知識相結合培養科技報國情懷，結合導航技術發展應用全球合作趨勢拓展國際化視野，在此基礎上結合導航技術發展應用熱點加快數字化課程建設與教學資源更新，并結合個人手持導航設備普及化趨勢創新課堂演示與實踐環節設計。將愛國情懷與國際視野相融合的特色化教學理念貫穿始終，使定位與導航系統課程教學體系建設得更加科學和完善。

圖1 愛國情懷與國際視野相融合的導航技術課程教學改革新思路體系

3.1 將導航技術發展史與人文知識相結合，培養科技報國情懷

通過結合人文歷史背景對導航科學技術基礎知識的學習，讓學生了解導航技術在人類文明進程中的重要性，激發學生的學習興趣，再通過近代航海發現、現代制導裝備、當代全球運輸等熱點技術將天文導航、慣性導航、衛星導航技術與人文歷史背景及經濟社會發展聯系起來，增強學生探究精神和綜合分析解決問題的能力，培養科學與人文融合發展的素養，激勵學生科技報國的情懷和時代責任擔當，感受新時代北斗精神蘊含的自立自信、自主自強、勤勞勇敢、吃苦耐勞的奮斗信念，并融入未來的學習探索中。

3.2 結合導航技術發展應用全球合作趨勢，拓展國際化視野

導航技術的兼容互操作和國際化應用，是全球科技合作的重要方向，也是學生國際化視野培養的重要方面。如針對北斗衛星導航系統與GPS、格洛納斯、伽利略等其他衛星導航系統的組合應用，引導學生比較各國衛星導航系統在信號體質等方面的差異，并分析實現兼容互操作所需解決的關鍵技術問題。結合北斗一代覆蓋亞太地區，逐步發展到北斗三代全球覆蓋的特性，引導學生觀察不同導航星座軌道設計對覆蓋特性的影響，從技術角度分析實現北斗衛星導航服務全球化所需開展的工作，拓展學生的國際化視野。

3.3 結合導航技術發展應用熱點，加快數字化課程建設與教學資源更新

在課程項目式教學實踐環節，設計慣性器件及其導航原理探究、北斗導航及全球衛星定位系統原理探究、室內無線定位與現代航空無線電導航原理探究、民用飛行器機載航電系統中的綜合導航探究課程微項目。邀請從事導航技術相關工作的企業專家參與教學輔助通過基礎導航知識的學習，讓學生了解導航技術在日常生產生活中的重要性和廣泛性，結合熱點實際應用事件，引導學生思考分析導航技術原理，鞏固對應知識的理解，拓展知識思維寬度。努力使學生突破本科階段“學習書本知識”的模式，形成以教材為基礎的分析思考。

3.4 結合個人手持導航設備普及化趨勢，創新課堂演示與實踐環節設計

隨著低成本商用傳感器的發展和個人手持導航設備的普及，手機中所集成的陀螺儀、加速度計、氣壓計、磁羅盤、北斗/GPS/格洛納斯/伽利略多星座衛星導航接收機等多種導航傳感器為導航技術課程教學提供了便捷生動的實驗平臺。在慣性導航原理和衛星導航原理等部分的教學中，結合相應手機中導航傳感器的特性，引導學生分析手機橫豎屏切換與重力感應、位置服務應用、室內外無縫定位等實現機理，從生活中的切身體會出發，深化對陀螺儀基本特性、加速度計比力方程、衛星導航幾何式定位原理等知識的理解。

4 結語

根據導航技術課程建設面臨的新形勢和新要求，結合南京航空航天大學“定位與導航系統”本科生課程和“現代導航系統理論”研究生課程的教學經驗和實際情況，本文提出了將導航技術課堂教學與培養“北斗精神”科技報國情懷的育德育人相融合，同時將導航原理知識傳授與“人類命運共同體”國際化視野的人格塑造相融合的導航技術課程教學新體系，進一步提高導航技術系列品牌課程的教學水平。實踐證明，采用該教學體系，能提高學生的知識理解深度和分析能力，適應新形勢下培養兼具愛國情懷與國際視野的新時代導航技術后備人才的要求。隨著導航技術的不斷發展和導航技術課程群體系的豐富，該教學模式也會繼續改進和完善，并希望所獲得的經驗能為其他課程的教學提供一定參考，為航空航天導航學科方向特色化教育教學的優化開展做出貢獻。