學科基礎課測量原理課程思政探索與實踐

胡梅 周超 郭熙業 王光明

基金項目：湖南省學位與研究生教學改革研究項目“反無人系統研究中心‘1+X’研究生培養模式探索與實踐”（2021JGYB007）；國防科技大學研究生教育教學改革研究項目“反無人系統研究中心‘1+X’研究生培養模式探索與實踐”（yjsy2021014）；國防科技大學教學成果立項培育項目“反無人系統研究中心多層次人才培養實踐”（2022-170）

第一作者簡介：胡梅（1982-），女，漢族，湖北天門人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為空間儀器工程。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.06.042

摘? 要：測量原理是國防科技大學儀器科學與技術學科測控技術與儀器專業的一門學科基礎必修課程，其中蘊含著豐富的認識論和方法論等思政元素，具有天然的思政屬性。以立德樹人為出發點，從國家整體發展戰略、專業人才培養目標、科學共同體的精神三個維度進行課程思政教學整體設計，梳理課程內容知識單元的思政要素切入點，有針對性地設計典型的思政案例。結合星間鏈路關鍵技術及其北斗工程應用思政案例，進行教學實踐，取得良好的教學效果，達到課程思政的育人目標。

關鍵詞：測量原理；課程思政；專業人才培養；科學共同體；立德樹人

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）06-0181-04

Abstract： Principle of Measurement is a basic compulsory course for the major of measurement and control technology and instrument in the National University of Defense Technology， which contains abundant ideological and political elements such as epistemology and methodology. The course is with the natural ideological and political attribute. Based on the principle of "strengthen morality education"， the teaching design of "ideological and political education" is carried out from the three dimensions of the national overall development strategy， the training goal of professional personnel and the spirit of scientific community. In this paper， the ideological and political elements of the knowledge unit of the course content are sorted out， and then the typical ideological and political cases are designed pertinently. Based on the key technology of inter-satellite link and the BeiDou project， the ideological and political case teaching practice is carried out， and finally achieved good teaching effect.

Keywords： Principles of Measurement; curriculum ideology and politics; professional personnel training; scientific community; strengthen moral education and cultivate people; fostering character and civic virtue

課程思政是以立德樹人為出發點，突出了課程建構精神的育人內涵，提出了“以德為先”的課程價值論以及“立德”“求知”相統一的課程發展觀，因此，開展課程思政建設是落實立德樹人根本任務的有效途徑[1]。隨著我國高校教學改革的不斷深入，課程思政理念被越來越多地融入到課堂教學實踐中，不論是理科的大學物理、醫科的醫學英語、工科的數字信號處理、交叉學科的光學原理，還是其他學科的相關課程，均能通過挖掘思政元素切入點進行課程思政，切實踐行著“立德”“求知”相統一的課程發展觀，取得了一定的育人成效[2-6]。

測量原理是國防科技大學儀器科學與技術學科首創的特色學科基礎課，測量具有廣泛的應用領域及復雜多樣的表現形式，為了掌握測量內涵所遵循的共性規律和基本原理，使學生便于學習，課程選擇簡單易懂的典型實例，引導學生通過抽象思維掌握測量的基本概念，通過形式化的數學物理模型掌握實際測量問題的理論分析框架，運用已有的數學工具及信號系統與控制方面的知識掌握測量系統的體系結構與分析方法，其中蘊含著豐富的認識論和方法論等思政元素，課程本身具有天然的思政屬性[7]。從國家整體發展戰略、專業人才培養目標、科學共同體的精神三個維度進行課程思政教學整體設計，對課程內容知識單元的思政要素切入點進行了梳理，針對性地設計了典型的思政案例，將課程思政有機融入課程教學，是一項非常意義的探索。

一? 課程思政教學整體設計

測量原理是測控技術與儀器專業的學科基礎課程，是本專業學生學習后續專業課程的基礎，是學生進行抽象思維、理論分析與技術設計的學科專業基礎。課程圍繞測量學的三大基本問題：量值的存在性、量值的可測性和量值的確定性問題展開，將測量原理的核心知識點分為兩個方面：基本概念和基本操作[7]，要求學生深刻理解知識內涵，初步具備測量方法論思維。課程主要從“抽象”與“理論”兩個過程傳授知識與技能，課程思政融入難度較大。

以立德樹人為出發點，課程遵循“提煉顯形思政元素，深化隱形思政教育”理念，從國家整體發展戰略、專業人才培養目標、科學共同體的精神三個維度進行課程思政教學整體設計。國家整體發展戰略維度思政內容包括：黨和國家意識、社會主義核心價值觀、民族精神和時代精神、優秀的中華傳統文化的認同和堅持等；專業人才培養目標維度思政內容包括：使命擔當、社會道德、個人道德和職業道德、人文素養、情感、態度、心理、哲學、觀察、推理和邏輯等；科學共同體的精神維度思政內容包括認識論和方法論、求真務實、開拓進取、鉆研、毅力、國際視野、批判性思維、創新意識及學術誠信等（表1）。

通過分析課程緒論部分和測量的基本概念、測量的數學物理模型、測量的有效性分析、測量中的計算方法和測量系統這六章主要內容包含的知識單元，基于三個思政維度的思政內容，詳細梳理了各知識單元的思政要素切入點，有針對性地設計了典型的思政案例（表2），將思政融入課程，讓課程承載思政，實現課程教學與思政教育同向同行，以達到更好的育人目標。

二? 課程思政教學案例設計

根據課程思政教學整體設計，結合緒論部分的測量學科發展歷程知識單元，找到思政要素切入點：中國北斗三號衛星導航系統就是測量學應用發展的典型代表，其中星間鏈路作為核心關鍵技術，是國防科技大學（簡稱“我校”）空間儀器工程研究團隊參與設計實現的，基于此，設計了第一個思政案例：星間鏈路關鍵技術及其北斗工程應用。案例教學有其獨特的優勢[8-9]，思政案例教學目標有兩個方面：①北斗三號衛星導航系統是測量學應用發展的典型代表，通過北斗三號衛星導航系統建設的戰略意義，增強學生的民族自豪感，激發學生科技報國的家國情懷；②星間鏈路是北斗三號衛星導航系統的關鍵技術，通過我校空間儀器工程研究團隊參與設計研制的科研故事，激發學生自覺樹立“科技自信”，強化自主創新的科學精神和勇于探索的價值取向。

案例內容：2020年7月31日，北斗三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式在北京舉行，習近平主席向全世界宣布：“北斗三號全球衛星導航系統正式開通！”

北斗三號衛星導航系統是測量學應用發展的典型代表，因為該系統的核心功能是測距和授時，而長度和時間是測量學中最基本的兩個量值。

星間鏈路作為核心關鍵技術，是我校空間儀器工程研究團隊參與設計研制的。北斗三號全面成功，離不開星間鏈路。事實上，2019年12月，中國衛星導航系統管理辦公室向全世界宣布：“北斗三號系統構建了穩定可靠的星間鏈路，實現了星間星地聯合組網。”至此，我國獨立自主設計的星間鏈路實現了穩定可靠在軌運行，一舉填補了國內空白，實現了我國衛星導航系統的跨越式發展。基于并發空分時分星間鏈路抗干擾精準測距與校正方法，解決了北斗精密定軌與時間同步所需的星間基礎測量數據“高精度、高速度、高安全性”連續穩定獲取難題，在數萬公里距離上實現了高速運動衛星間優于5厘米的快速精準測距，測距精度相當于能看到幾十公里外的一根頭發絲。

三? 思政案例教學實施過程

在緒論課上，測量學科發展歷程知識單元主要通過中國古代的測量學、埃及古代的測量學和數學發展與測量學展示測量學科的前世今生，增強學生的學科認同感和使命感，通過三個角度融入課程思政。

（一）? 以測量學的發展史吸引人

在中華文明的發展過程中，測量學曾經有著輝煌悠久的歷史，我們用一個歷史典故“曹沖稱象”、一本測量學典籍《海島算經》和一個典型的歷史事件“秦國兵器”，說明了中華民族對世界測量學的突出貢獻。古埃及是世界上社會與文化發達最早的幾個地區之一，土地丈量形成了最古老的測量學，催生出原始的幾何學，埃及著名的金字塔就是古埃及精密測量的最高成就，而古埃及人的數學水平則可從紙草書《闡明對象中一切黑暗的、秘密的事物的指南》得到考證。

二十世紀四、五十年代，伴隨著原子彈、計算機、衛星這三大發明，科學實驗的范圍和規模空前擴大，現代科學日益趨向定量化，各個科學技術領域都需要使用測量技術。現代科學技術研究的對象日益超出人類的感官以外，向高溫、高壓、高速、高強度、遠距離、自動化發展，大型衛星導航系統星座的星間距離測量就屬于大尺度、高動態測量問題。北斗三號衛星導航系統作為測量學應用發展的典型代表，讓我們更加深刻認識到測量學科歷久彌新，煥發出勃勃生機。

（二）? 以星間鏈路技術攻關鼓舞人

北斗三號衛星導航系統是我國第一個大型復雜星座組網的航天系統工程，目標是要建設世界一流的衛星導航系統，為全球用戶提供連續、穩定、可靠服務，不突破星間鏈路技術瓶頸，北斗三號全球服務性能、自主導航、境外衛星全球管控等就無法實現。與傳統中繼、通信衛星單點靜態拓撲、單一傳輸功能星間鏈路不同，北斗星間鏈路存在高動態“多對多”相互精密測量、大型復雜星座可靠組網通信等巨大技術挑戰。需要通過建立星間組網測量實現星—星—地聯合精密定軌，保證系統全球導航服務性能指標；通過互相交換星間測量信息實現系統全球自主導航功能；通過一體化星間/星地鏈路網絡，實現對境外衛星測運控業務全球管控和短報文業務匯聚應答。

經過十余年的艱苦技術攻關，我校空間儀器工程研究團隊發明了并發空分時分星間鏈路體制，突破了大型復雜星座異構組網、精準測量、可靠時敏傳輸等核心關鍵技術，研制了首套北斗星間鏈路載荷及其整網性能試驗評估核心裝備。具有“異構組網、多維接入、天地一體、精準測量、自主運行、實時傳輸、安全可靠、拓展應用”等核心技術特征，使整個導航系統控制段和空間段形成全天候全天時的無縫網絡，解決了北斗三號系統境外布站受限條件下觀測弧段不足、星座難以不間斷運行控制的瓶頸難題。成功應用于北斗三號系統全部40顆衛星，保障了北斗三號系統星座部署圓滿完成，搶占了世界衛星導航領域的技術制高點。2019年12月中國衛星導航系統管理辦公室向全世界宣布：北斗三號系統構建了穩定可靠的星間鏈路，實現了星間星地聯合組網。至此，我國獨立自主設計的星間鏈路實現了穩定可靠在軌運行，一舉填補了國內空白，實現了我國衛星導航系統的跨越式發展。與美國GPS系統現有星間鏈路相比，測量精度、數據傳輸速率、鏈路抗干擾能力都得到大幅提高。核心技術是買不來的，必須要自主創新！

（三）? 以星間鏈路科研故事打動人

自主創新需要源源不斷的人才投入，需要一代代科研工作者埋頭苦干。2010年博士畢業，郭老師就加入了星間鏈路關鍵技術攻關團隊，超負荷埋頭追趕著北斗工程建設的“高速列車”。他給自己定下了一個雷打不動的工作制：每周工作七天，每天16個小時；攻關遇到問題，不解決不下班；工作時間手機關機。實際執行情況是，幾乎每天都會遇到難題，幾乎每月要熬10個通宵。2011年10月1日，舉行完婚禮，他就趕回單位趕任務；2012年當爸爸的第二天，他就趕到協作單位進行緊張的系統調試……2015年，首顆試驗星順利升空，艱巨繁重的首星首試任務正式拉開序幕。作為星間鏈路在軌測試工作的現場負責人，需要經常組織數家單位開展聯合測試，郭老師常常一出差，就十天半月，甚至數月，反而把家當旅館，顧不上家里，忍痛把可愛的女兒送回東北老家，交給父母，成為“留守兒童”。

2016年2月，五顆試驗衛星全部升空，北斗星間鏈路組網測試正式開始。9月，全部組網試驗結果出來了。我校空間儀器工程研究團隊提出的相控陣星間鏈路體制方案及設備得到了全面驗證，充分滿足北斗全球衛星導航系統組網需求，并正式被采納成為唯一的北斗三號星間鏈路系統技術方案。中國的星間鏈路，實現了高速通信、精密測量、強抗干擾。歐洲衛星導航領域知名專家海因教授，在預測未來導航衛星星間鏈路技術時，列出了一系列應具備的技術特征，而這些特征已經在中國北斗星間鏈路上實現了。中國北斗星間鏈路，是中國的驕傲。這就是郭老師的星路“苦戀”故事。

四? 案例教學實施效果及反思

通過介紹學生熟知的北斗三號衛星導航系統，結合全球四大衛星導航系統歸屬的美國、俄羅斯、歐盟和中國，分析了北斗三號衛星導航系統建設的全球戰略意義，增強了學生的民族自豪感，激發了學生科技報國的家國情懷。通過介紹星間鏈路關鍵技術的優越性，講述我校空間儀器工程研究團隊參與設計研制的科研故事，尤其是郭老師的星路“苦戀”故事，激發學生自覺樹立“科技自信”，深刻懂得在高科技領域，別國能做到的，我們也能做到，而且還能做得更好，核心技術是買不來的，只能靠自主創新，從而強化了學生自主創新的科學精神和勇于探索的價值取向。

反思：在課程思政實踐中如何踐行四個理念？潤物無聲：學生自然接受，與課程教學渾然一體。價值升華：不局限于基礎知識，升華到價值與情感。真情實感：感動自己，才能感動學生。如鹽化水：添加味道，而不喧賓奪主。在該案例教學過程中逐步做到了。在該案例教學過程中，還應該更強調一些背景知識：我校空間儀器工程研究團隊自2007年以來，結合我國北斗導航星座自身特點和多樣化需求，創新設計了并發時分空分星間鏈路系統體制，全程主導了北斗星間鏈路技術體制及方案設計、關鍵技術攻關、核心載荷研制和在軌試驗等工作，成功解決了北斗境外衛星連續實時管控、精密定軌與時間同步、自主運行等核心需求，定軌精度和預報精度均得到大幅提升，成為北斗“富有特色、局部領先”的標志，為北斗全球衛星導航系統建設作出了科大貢獻。

五? 結束語

習近平總書記指出：“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面。”針對學科基礎課測量原理，以立德樹人為出發點，從國家整體發展戰略、專業人才培養目標、科學共同體的精神三個維度進行了“課程思政”教學整體設計，深入挖掘了課程內容知識單元的思政要素切入點，設計了相應的思政案例。在緒論課教學中，結合星間鏈路關鍵技術及其北斗工程應用思政案例，從三個角度進行了教學實踐：以測量學的發展史吸引人、以星間鏈路技術攻關鼓舞人、以星間鏈路科研故事打動人，增強了學生的民族自豪感，激發了學生科技報國的家國情懷，自覺樹立“科技自信”，從而強化了學生自主創新的科學精神和勇于探索的價值取向，取得了良好的教學效果，達到了課程思政的育人目標。

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