“綜合導(dǎo)航系統(tǒng)”課程綜合實踐教學(xué)改革探索

［摘 要］ 綜合實踐課程旨在通過系統(tǒng)的訓(xùn)練，提高學(xué)生的工程實踐能力。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，對導(dǎo)航技術(shù)專業(yè)綜合實踐課程進(jìn)行了頂層設(shè)計，明確了導(dǎo)航技術(shù)專業(yè)學(xué)生的核心素養(yǎng)和培養(yǎng)目標(biāo)，建立了專業(yè)能力+綜合素養(yǎng)+實踐應(yīng)用素養(yǎng)的能力模型，制定了實踐課教學(xué)與實踐應(yīng)用理念深度融合的課程設(shè)計框架，形成了與改革相適應(yīng)的評價機(jī)制。以“綜合導(dǎo)航系統(tǒng)”課程為例，介紹了按照頂層設(shè)計進(jìn)行課程改革實施全過程。結(jié)果表明，此次教學(xué)改革在提高學(xué)生動手實踐能力的同時也增強(qiáng)了學(xué)生的實踐應(yīng)用素養(yǎng)，實施結(jié)果達(dá)到了預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

［關(guān)鍵詞］ 綜合實踐；教學(xué)頂層設(shè)計；CDIO實踐模式

［基金項目］ 2022年度大學(xué)教學(xué)改革項目“‘綜合導(dǎo)航系統(tǒng)’綜合設(shè)計實戰(zhàn)化課程改革”（202205）

［作者簡介］ 肖良芬（1982—），女，湖北松滋人，碩士，海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院副教授，主要從事導(dǎo)航工程教學(xué)研究；李文魁（1972—），男，湖南衡陽人，博士，海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院副教授，主要從事導(dǎo)航工程教學(xué)研究；李開龍（1988—），男，遼寧鞍山人，博士，海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院講師，主要從事導(dǎo)航工程教學(xué)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）15-0049-04 ［收稿日期］ 2023-04-28

綜合實踐課在海軍工程大學(xué)導(dǎo)航專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃中占有重要的地位，旨在使學(xué)生綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)課程所學(xué)知識，通過系統(tǒng)訓(xùn)練，提高學(xué)生的工程實踐能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識，提升思維層次。要圍繞使命職責(zé)培養(yǎng)人才，從一節(jié)課、一門課做起，注重全過程、全要素地培養(yǎng)學(xué)員的觀念、能力、素質(zhì)、作風(fēng)，以縮短課堂與崗位的距離。綜合實踐課要瞄準(zhǔn)需求實現(xiàn)對接，充分發(fā)揮院校自身優(yōu)勢特色，不斷創(chuàng)新實踐教學(xué)指導(dǎo)理論，實現(xiàn)人才素質(zhì)與崗位需求的無縫對接。

一、課程頂層設(shè)計

綜合實踐課程的教學(xué)改革，頂層設(shè)計中一定要體現(xiàn)實踐教學(xué)的具體要求，使各項建設(shè)有據(jù)可依。頂層設(shè)計要在遵循人才培養(yǎng)基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，將培養(yǎng)適應(yīng)崗位的人才的教學(xué)理念融入綜合實踐課程教學(xué)實踐的各個環(huán)節(jié)，突出其引領(lǐng)地位［1］。培養(yǎng)目標(biāo)定位、課程設(shè)置原則、教學(xué)方法手段、教學(xué)資源配置等都應(yīng)該圍繞目標(biāo)展開，要將適應(yīng)崗位的教學(xué)理念貫穿人才培養(yǎng)始終。基于此，本次綜合實踐課程的改革頂層設(shè)計主要包括三個方面。

1.確立學(xué)生的核心素養(yǎng)，明確培養(yǎng)目標(biāo)是構(gòu)建課程改革的重要前提。導(dǎo)航工程專業(yè)是一門多學(xué)科交叉的新興工程學(xué)科專業(yè)，主要學(xué)習(xí)導(dǎo)航系統(tǒng)與組合導(dǎo)航技術(shù)，導(dǎo)航設(shè)備與通信設(shè)備的性能、結(jié)構(gòu)、工程原理、維修技術(shù)等專業(yè)知識。海軍工程大學(xué)導(dǎo)航專業(yè)人才培養(yǎng)方案明確規(guī)定培養(yǎng)的導(dǎo)航專業(yè)人才要具備較強(qiáng)的分析解決實際問題能力。而綜合設(shè)計課程作為一門綜合性實踐課程，著重培養(yǎng)學(xué)員綜合運用理論課程知識進(jìn)行實踐的能力。基于課程整體目標(biāo)，建立如圖1所示專業(yè)能力+綜合素質(zhì)+實踐應(yīng)用素養(yǎng)能力模型。

2.制定以實踐課教學(xué)與實踐應(yīng)用深度融合的課程設(shè)計框架是實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的重要手段。從安排課程時段到綜合設(shè)計考核結(jié)束的各個環(huán)節(jié)都應(yīng)該圍繞培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行精心的選擇和設(shè)計。首先，應(yīng)當(dāng)合理安排課程時段。其次，綜合設(shè)計時間一般較短，應(yīng)該合理進(jìn)行時間分配。為了保證教師有足夠的時間和精力與學(xué)生溝通交流，課程綜合設(shè)計輔導(dǎo)實行導(dǎo)師制。每一名教師負(fù)責(zé)2～3名學(xué)生，多名教師同時任課。課程教學(xué)教師將各自所擅長的導(dǎo)航知識高水平地傳授給學(xué)生。課程綜合設(shè)計題目也應(yīng)進(jìn)行精心的設(shè)置，規(guī)范出題范圍，出題涵蓋綜合導(dǎo)航系統(tǒng)中的導(dǎo)航設(shè)備，分模塊進(jìn)行出題和選題，打破知識點間的單一性，強(qiáng)調(diào)綜合導(dǎo)航的系統(tǒng)性，每組單獨完成單個導(dǎo)航設(shè)備的設(shè)計，最后將所有的設(shè)備連接成系統(tǒng)，讓學(xué)生對整個導(dǎo)航系統(tǒng)有整體的了解和認(rèn)識。選定設(shè)計題目后，綜合實踐的實踐過程由C（構(gòu)思）、D（設(shè)計）、I（實現(xiàn)）、O（運行）［2］四大環(huán)節(jié)構(gòu)成，整個過程以學(xué)員為中心，教師負(fù)責(zé)為學(xué)生答疑解惑，完善綜合實踐訓(xùn)練條件，提供科學(xué)引導(dǎo)，考核學(xué)員，并將實踐中的問題進(jìn)行歸納整理，以便下一輪實踐課進(jìn)行調(diào)整和完善流程（見圖2）。

3.建立與實踐教學(xué)改革相適應(yīng)的評價機(jī)制，實踐課程考核是檢驗是否實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)、是否實現(xiàn)課程閉環(huán)的重要環(huán)節(jié)。考核包括小組互評和教員綜合評定，考核主要包括三個方面：一是專業(yè)知識的考核，包括任務(wù)理解準(zhǔn)確度、任務(wù)完成情況、動手操作能力、專業(yè)知識儲備、對部隊綜合導(dǎo)航設(shè)備的掌握情況［3］；二是綜合素質(zhì)的考核，包括在團(tuán)隊中的貢獻(xiàn)、答辯時的表達(dá)、撰寫報告的規(guī)范等方面；三是對崗位需求素養(yǎng)的考核，主要考查平時學(xué)習(xí)情況中體現(xiàn)的謀劃指揮能力、當(dāng)綜合設(shè)計面臨問題時的解決問題能力、與教師和同學(xué)的交流溝通能力、有緊急情況時的應(yīng)急處置能力等。考核評價前課程組討論確定針對每項能力的考核指標(biāo)，并確定每項指標(biāo)的權(quán)重，通過建立考核項目、配置考核權(quán)重，依各項打分結(jié)果計算出每個學(xué)生成績。

二、綜合實踐課程實施

“綜合導(dǎo)航系統(tǒng)”課程綜合設(shè)計時間安排在大四第一學(xué)期結(jié)束前最后兩周。此時理論課程已全部結(jié)束，學(xué)員知識積累已達(dá)到一定程度，培養(yǎng)重點轉(zhuǎn)移到知識的整體運用和實踐。本輪綜合實踐課程采用導(dǎo)師制，導(dǎo)師為長期從事導(dǎo)航設(shè)備研究和教學(xué)的教師，對各種導(dǎo)航設(shè)備十分熟悉，并且具有豐富的指導(dǎo)經(jīng)驗。

（一）綜合設(shè)計準(zhǔn)備階段

以2019級導(dǎo)航工程專業(yè)艦船綜合導(dǎo)航系統(tǒng)課程綜合設(shè)計為例介紹課程改革實踐過程。參與設(shè)計學(xué)生共20人，指導(dǎo)教師為18人，設(shè)計題目包括慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星無線電導(dǎo)航、組合導(dǎo)航、導(dǎo)航設(shè)備組網(wǎng)、操縱控制等多個研究方向，涵蓋了從導(dǎo)航設(shè)備、各種導(dǎo)航設(shè)備組網(wǎng)通信到操縱控制之間的所有環(huán)節(jié)。綜合導(dǎo)航系統(tǒng)屬于多子系統(tǒng)信息交互的大型信息支持系統(tǒng)，學(xué)生分工完成子系統(tǒng)設(shè)計，后期通過溝通交流和教師總結(jié)，讓學(xué)生清晰各子系統(tǒng)在整個綜合導(dǎo)航系統(tǒng)中的使用，將多種導(dǎo)航知識融會貫通并加以應(yīng)用，因而更好地適應(yīng)未來的工作崗位，引導(dǎo)學(xué)員深入了解和把握新型導(dǎo)航裝備的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展方向。具體選題如表1所示。

教學(xué)資源準(zhǔn)備是綜合設(shè)計準(zhǔn)備工作的重要環(huán)節(jié)，教師擬定綜合設(shè)計題目的同時也要準(zhǔn)備相應(yīng)的教學(xué)資源，編寫綜合設(shè)計指導(dǎo)手冊［4-5］。由于院校導(dǎo)航裝備的配備往往跟不上最新裝備的發(fā)展，為了克服新型裝備缺乏的問題，通過建立虛擬仿真平臺進(jìn)行系統(tǒng)模型設(shè)計與仿真，部分裝備采用虛實結(jié)合的方式進(jìn)行。

（二）綜合設(shè)計實施階段

學(xué)生選定綜合設(shè)計題目后，進(jìn)入綜合設(shè)計關(guān)鍵階段。此階段以一種完整的形態(tài)讓學(xué)生經(jīng)歷C（構(gòu)思）、D（設(shè)計）、I（實現(xiàn)）、O（運行）四大環(huán)節(jié)，掌握完整的實踐知識，積累相關(guān)的實用經(jīng)驗。以基于ARM的IMU導(dǎo)航接口軟件設(shè)計選題為例，具體綜合實踐流程如下：擬題選題→編寫綜合設(shè)計指導(dǎo)書→搭建綜合設(shè)計實踐平臺→學(xué)員進(jìn)行方案設(shè)計→軟硬件設(shè)計→撰寫課題設(shè)計報告→指導(dǎo)教員檢查程序、設(shè)計報告→演示答辯。

本設(shè)計題目的要求為：（1）搭建模型傳感器仿真模型，完成對IMU信號源的模擬，按照MINS700慣性測量單元的報文格式輸出數(shù)據(jù)。（2）導(dǎo)航處理板通信接口軟件設(shè)計，聯(lián)合開發(fā)通信軟件，接收各導(dǎo)航傳感器原始報文，完成解碼和導(dǎo)航參數(shù)計算，并能按照設(shè)定的格式向監(jiān)控計算機(jī)發(fā)送報文。（3）進(jìn)行硬件實驗測試。學(xué)生選定課題后通過理論知識的回顧和文獻(xiàn)查詢，搭建大體思路，選擇工具。使用Simulink構(gòu)建IMU模擬器，利用STM32硬件支持包與STM32CubeMX聯(lián)合開發(fā)通信軟件，接收各導(dǎo)航傳感器原始報文，完成解碼和導(dǎo)航參數(shù)計算。進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計階段，對于IMU模擬器的構(gòu)建利用Simulink中的Sine Wave模塊作為信號源并通過S-Function模塊中編譯C語言程序，使之完成對仿真數(shù)據(jù)的編碼，產(chǎn)生與IMU導(dǎo)航傳感器相同格式的數(shù)據(jù)，再由串口通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。詳細(xì)的設(shè)計思路確定后進(jìn)入設(shè)計實現(xiàn)階段，主要依靠學(xué)員自己熟悉各個模塊，搭建系統(tǒng)并進(jìn)行仿真。在結(jié)果正確的情況下，教員給學(xué)員提供硬件支持，完成最后的硬件測試。

（三）綜合設(shè)計考核階段

課程綜合設(shè)計采用“獨立評分、綜合考評”的考核方式。總成績由三部分構(gòu)成：平時成績、設(shè)計表現(xiàn)、綜合考評。其中平時成績占10％，設(shè)計表現(xiàn)占10％，綜合考評占80％。平時成績是指課堂研討中表現(xiàn)出的謀劃指揮能力、面對問題時的應(yīng)急處置能力、理解能力、表達(dá)能力以及平時作業(yè)完成情況；設(shè)計表現(xiàn)是指設(shè)計過程中體現(xiàn)的實踐技能以及階段性成果等；綜合考評是根據(jù)設(shè)計成果、總結(jié)報告、答辯表現(xiàn)等因素進(jìn)行綜合評價，所有指導(dǎo)教師一同參加，共同評議打分。

結(jié)語

本次綜合實踐課程的改革從頂層設(shè)計到課程實施再到課程考核全流程，以專業(yè)能力+綜合素養(yǎng)+實踐應(yīng)用素養(yǎng)培養(yǎng)為基礎(chǔ)，采用導(dǎo)師制，應(yīng)用CDIO模型，在虛實結(jié)合的實踐課程平臺上進(jìn)行綜合實踐活動。通過綜合評定成績和與學(xué)生溝通交流結(jié)果表明，此次教學(xué)改革實現(xiàn)了培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)生對實際導(dǎo)航裝備的了解和使用進(jìn)一步加深，為下一步的工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

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