面向應用型人才培養的GNSS原理及其應用課程改革與建設

郭秦

GNSS原理及其應用課程是遙感科學與技術專業的骨干課程、專業核心課程。遙感科學技術近幾年的快速發展，GNSS原理及其應用課程教學內容不斷擴充調整，與工程測量、攝影測量、遙感、地理信息系統、計算機技術等課程產生更多融合，課程體系與內容的重新建設已是必然。在遙感科學新技術與遙感科學教育新形勢，以及學校和學院發展建設要求下，以課程理論體系為基礎，以課程新成就和現代發展為出發點，正確處理好經典內容和現代發展的關系，引進新成果、新技術，構建面向應用型人才培養的課程體系是勢在必行的。本文主要從GNSS原理及其應用課程改革與建設出發，從課程定位、教學內容改革、教學手段改革、教學組織改革和取得的教學成果幾個方面來總結面向應用型人才培養的GNSS原理及其應用課程改革與建設所做的工作，實現了專業知識傳授與價值塑造、能力培養的有機結合。

隨著空間大地測量學的高速發展及持續變革，空間定位技術逐步扮演著越發重要的角色，其中GNSS測量技術已經廣泛應用于我國的地方經濟建設和社會可持續發展中。隨著導航定位技術的不斷發展，以GPS為代表的單一導航定位系統具有極大的局限性，未來必定是GNSS多系統融合發展的新時代。其中GNSS測量技術已經廣泛應用于我國的地方經濟建設和社會可持續發展中。在全國范圍內所開設測繪類專業的院校中，都已經開設了GNSS技術課程及相關配套的實習教學。GNSS原理及其應用是遙感科學與技術類專業中的一門重要專業核心課，主要學習GPS原理與應用的四大部分——GNSS組成、GPS定位原理、GPS定位誤差源分析及GNSS工程實踐應用，課程具體內容具有非常強的理論性和實踐性。結合學校應用型人才培養目標，課程的教學方式和內容都進行了深入優化。調動學生主動學習的積極性、增強其專業技術基礎知識儲備的同時，與實際工程項目應用有機結合，增強教學內容與實際工程實踐的聯系，加深學生的實踐操作能力和技術水平，滿足應用型人才培養目標要求。

1 課程定位

要想成功地做好課程改革，構建新的課程建設內容，首先我們要明確做好課程定位，完善課程大綱。它是實施教育思想和教學計劃的基本保證，是進行多種媒體教學、教材建設和教學質量評估的重要依據，也是指導學生學習、制訂考核說明和評分標準的指導性文件。GNSS原理及其應用課程是主要講授GNSS數據獲取以及處理和應用相關的基礎理論、基本原理及基本方法，重點講授GNSS原理與應用的四大部分——GNSS組成、GPS定位原理、GPS定位誤差源分析及GNSS工程實踐應用。

本課程堅持理論與實踐并重，強調操作技能與實踐應用能力的培養，在第一節課上，就要向學生講解GNSS測量這門課的重要性及其對將來職業的影響，且要使用案例教學法，引入慕課教學模式，通過在線課程展示課程相應的學習資料模塊，以及遙感科學與技術專業同學畢業后能進行的“注冊測繪師”考試工程案例和學習后能在校就參加的真實測量競賽案例，同時結合行業發展，不斷更新知識和技術，支撐應用示范型人才的培養目標和畢業要求。并且要求培養目標、畢業要求、教學環節及每一個教學參與者都要進行評價，同時建立評價的機制和周期，且評價結果必須用于改進。本課程的教學對應有三個教學目標。

課程目標1：通過該課程學習，學生能了解并掌握GNSS技術發展的過程，GNSS的基本概念，并掌握在實際工程中應用的基本知識。

課程目標2：通過該課程學習，學生初步形成正確認知GNSS、定位、導航及行業具體應用的基本能力；掌握GNSS相關儀器的基本操作，以及后續內業處理工作；掌握GNSS在測量和施工放樣兩方面的基本操作。學生初步具有將GNSS相關知識熟練應用到國土資源管理、地理信息生產等崗位或領域的能力。

課程目標3：通過該課程學習，學生能養成科學的、辯證的思維與熱愛祖國大好河山的愛國主義情懷，養成在地理、國土、地質、資源等部門或領域從事與GNSS相關工作的專業和崗位素質。

教學目標與在教學過程中緊密連接畢業要求指標點，使得培養的學生在畢業時能夠達到培養方案中對應的畢業要求，畢業后能夠在地理、國土、地質、資源等部門或領域從事與GNSS相關工作的專業和崗位并具有良好的專業素質。

2 教學內容改革

傳統的課程內容存在諸多問題，例如，課程理論部分內容較為抽象，與日常生活聯系較少，并且有比較多的生澀難懂的不能顧名思義的名詞，以及校內實習基地單一，非綜合性實踐基地，而且隨著時間的推移，原有控制網的數據存在一定誤差，使GNSS綜合實習受到限制，實習效率和效果較差。而且，前幾年由于學校投入實踐教學的儀器數量不足，設備短缺，在一定程度上影響實踐教學的有序開展。通過學習本課程的學習，要讓學生掌握本專業在GNSS測量方面的基礎理論，包括GNSS測量方面的一般概念、基本知識、常規測量儀器和工具的使用及在普通工程中數據獲取和處理等基本操作方法，進一步了解GNSS測量技術的新發展、新應用。學習GNSS基本原理、GNSS接收機外業操作、GNSS內頁數據處理等。并加強對學生測、算、繪等基本技能的訓練，結合實訓實踐項目的訓練，使學生基本具備承擔GNSS測量的能力。因此首先在教學內容上做了如下教學改革措施：

重構課程理論和實踐教學安排。

本課程教學安排：

理論部分。理論部分總課時48課時，重點內容在GPS衛星星歷、導航電文、定位基本原理及定位誤差上，具體教學安排見表2。

在實際課堂授課時，將BDS、其他導航系統、最新的技術成果以及教材之外代表GNSS當前發展領域的最新理論知識納入課堂教學中，并且適當淘汰一些陳舊的技術手段，立足于教材又不拘泥于教材，采用多種渠道搜集最新發展信息，同時配合采取各種有效的教學方式激發學生的學習興趣和熱情。

實驗部分。實驗部分總課時24課時，主要分為兩個模塊——GPS靜態測量模塊和CORS地形圖測繪模塊，主要培養學生將理論所學知識運用于實踐的能力，并與近幾年測繪技能競賽緊密結合。近幾年測繪技能競賽由于疫情的影響，均采用在線虛擬仿真的形式進行，比如其常規參賽項目——GNSS地形圖測繪，就與我們的實驗內容緊密結合。通過競賽虛擬仿真軟件，同學們可以在虛擬仿真的環境下，熟練整個GNSS地形圖測繪操作流程，學生在校即可將所學與具體實踐結合參與競賽項目的同時，還能將課程知識進一步掌握，再到實際使用儀器操作的時候，學生就基本上對于整個實驗流程的操作游刃有余了。再加上近一年學校采購了一批新的GNSS接收機，這也進一步促成了線下實踐教學的有序開展。對于實驗部分這樣既提高學生的學習幸福感和滿足感，也培養了學生的參賽能力，學生通過競賽獲取獎勵后提高學生的學習成就感和自豪感，更具體教學安排見表3。

本課程在教學過程中不斷創新，積極開展教學改革，在完成教學內容的改革的同時，形成了以下教學改革模式：

（1）實現碎片化和網絡平臺的創新學習模式。當前時代下的學生對手機等電子設備的喜愛與依賴是有目共睹的，緊跟慕課的發展，我們將所有的課程資料包括上課進行視頻錄制并上傳至網絡課程平臺（超星學習通平臺），作為學生課前預習和課后復習的資料，實現隨時可學、處處能學、方便可學的學習模式。

（2）實現學習效果和質量過程考核。不管是教學的過程還是學生學習的過程，都不能再依賴傳統的一紙試卷來考核，而更應該注重過程的考核。這也是近幾年學校教學改革要求的重點內容。通過學生對于網絡課程平臺本門課程的學習情況（包括課程內容的瀏覽、課程上課過程中的互動情況、隨堂練習、課后章節測驗情況等）都可以詳細記錄學生的學習時間、持續時間、習題完成情況和正確率，特別是主觀題，可以采用“同業互評”的方式來創造性地實現評價與考核，不再是任課教師一人評分為準的傳統模式，真正實現客觀的、公正的過程考核。

（3）真正做到理實一體。本課程理論與實踐交融，我們將所有實驗實訓的操作過程和注意事項都結合近年來測繪技能競賽中使用的虛擬仿真軟件，提前預習，在實驗前提前感受實驗內容，再實際操作。學習完成過程中，同學們還參加國家級以及四川省測繪技能競賽，利用所學知識，鞏固加強了所學知識，并獲得了競賽獎勵！

3 教學手段改革

（1）信息技術手段

本課程理論知識講解部分在多媒體教室里進行，教室里配有全套的電教設備。全部講課都使用傳統方式和多媒體手段相結合的模式。精心編寫了課程電子教案，精心組織演示內容，做到圖文并茂，提綱挈領。

本課程建立了在線課程主頁（在超星爾雅慕課平臺運行），實現了電子教案、課程教學文件、案例、習題、參考文獻、新技術新知識更新等教學資源的上網。采用傳統教學與在線教學相結合的方式，發揮各自的優勢，是本門課程提高教學質量、節省學時、增強教學信息量、結合工程實踐和滿足行業人才需求的重要手段。

（2）實踐教學技術手段

課內案例教學，采用近幾年遙感科學與技術專業學生畢業后可以考取的“注冊測繪師”證書考試相關案例考試題目，增強學生將所學知識應用于實踐的能力，使得學生有將所學知識與行業聯系的紐帶，拓寬學生的視野。

同時，本課程還積極組織學生參加國家資源部組織的全國大學生測繪技能競賽和四川省教育廳主辦的省級測量技能大賽，課程團隊老師全程參與指導，目前已連續兩年在GNSS數字測圖項目上獲得國家級特等獎、一等獎的好成績。

4 教學組織改革

本課程以現代教育理念為指導，在理論和實踐教學中運用“預習—授課—習題—課后指導與討論—翻轉課堂”的全新教學組織模式，充分發揮學生的主體作用和教師的引導作用。以在線課程平臺為載體，注重啟發式教學，變被動學習為主動學習，實現基于在線教學平臺的教學全過程控制模式的教學組織方式。具體過程是（以“超星”平臺為例）：

（1）構建多層次、全方位的在線教學平臺

本課程將所有的教學資料以及相關的教學參考內容放在 “超星爾雅慕課平臺”上運行，作為學生課前預習和課后復習的資料以及完成習題和進行課程討論的平臺。除此之外，還可以安裝手機超星學習通app，學生可以隨時隨地打開觀看課程平臺上全部資料內容。采用這種模式的核心就是將理論以及實踐教學內容全方位、全過程、全時段地呈現，讓學生有機會提前預習、課后復習以及隨時學習、溝通、交流。它以現代教育理念為指導，以實用為宗旨，以學生發展為主，改變知識的單向傳播，強調形成積極、主動的學習態度和培養良好的學習習慣。在理論和實踐教學中既有“教”的設計又有“學”的設計，既有自主學習、實踐又有合作探究和互動探討，更有后續真實課堂的補充和翻轉，充分發揮學生的主體作用和教師的引導作用。

（2）立足在線教學平臺，建立科學合理的評價機制，實現真正的過程考核

基于OBE理念，立足在線課程教學平臺，徹底打破了傳統教學中師傳生受、期末一紙試卷定乾坤的格局。

第一部分，學習記錄中的學習詳情模塊。

每個學生的學習詳情在學習過程中都會在平臺上實時記錄下來，以此為依據統計出學生學習的效果、反映的成績和相應章節的學習時間等詳細而客觀的內容，這些內容將作為過程考核的第一個重要依據。

第二部分，學習分析模塊。

每個學生的學習情況在平臺上會實時記錄下來。分析分為兩個部分，一是整體情況分析，二是單個個體情況分析。我們不僅要對參與學生做一個整體把控，看到本門課程的整體情況，還要以整體情況為基礎就某個學生的學習效果進行評價和客觀反映，再根據這些整體的情況以及個人的情況和對比結果予以綜合評定，作為過程考核的第二個重要依據。

第三部分，作業檢查與分析模塊。

每個章節均有配套的課后練習，學生在規定期限內學習并上交相應的習題后，客觀題作業正誤判斷由系統自動完成，主觀題可以選擇教師評閱，也可以選擇學生互評。課后練習的成績將作為過程考核的第三個重要依據。

在學習最終完成后平臺根據三個部分的具體情況再綜合整體成績線上自動生成最終評分。公平、公開、公正的同時也實現了全過程的考核。

（3）結合測繪技能競賽虛擬仿真平臺，建立體驗式的實訓教學全過程

實訓教學是本門課程中非常重要的一個組成部分，傳統的教學模式下，很多實訓教學一般都是教師帶領學生在室外實際操作，一直以來給我們帶來很多教學問題，比如，室外沒有黑板，對于有些知識光靠教師的講述，學生只是耳朵聽并不能很好地理解；實際操作過程的講解只有操作老師正對面的同學看得清楚等問題。近幾年，由于疫情的客觀原因，測繪技能競賽多采用線上虛擬仿真的形式進行。因此借助于測繪技能競賽訓練，將競賽訓練和實驗教學有機結合，使同學們在競賽訓練過程中能夠利用虛擬仿真軟件在室內結合任課教師的指導提前將實驗內容操作一遍，再到實地進行實際操作。在操作過程中若有遺忘，可以現場咨詢教師，也可以打開相應的虛擬仿真培訓視頻，隨時隨地觀看教學視頻，實現了實驗實訓教學環節體驗式教學的全過程指導與控制。

5 教學成果

（1）信息化時代背景下線上線下相結合的創新型教學模式

將線上網絡課程平臺與線下課堂有機結合，實現理論—實踐—實訓和預習—授課—習題—課后指導與討論—翻轉課堂的全過程管理與控制。信息化服務育人完善過程考核，充分利用互聯網優勢，監控學生學習過程，實現客觀的過程考核。

（2）新型的全過程動態化教學質量管理體系構建

基于OBE理念的教學全過程控制模式，提高學生的主體參與意識，培養學生的自主管理能力。與此同時，教學團隊密切關注教學狀態，構建變教師主導為教師引導的新型教學模式。

（3）全新的互動式教學體驗

基于應用型人才培養目標的教學全過程設計，實訓環節的設置貼近與理論內容及工程實踐的具體應用相結合，學生參與度高，可操作性強。并與行業“注冊測繪師”考試案例題以及測繪技能競賽有機結合，貼合應用型人才培養目標。

本文系綿陽師范學院校級教改項目“面向應用型人才培養的GNSS原理及其應用課程改革與建設”，項目編號：Mnu-JY210103。

（作者單位：綿陽師范學院）