“一帶一路”背景下GNSS原理及應用課程改革與實踐

摘 "要：全球導航衛星系統是支撐“一帶一路”戰略的關鍵技術，本課程依托云南省在“一帶一路”倡議中的區位優勢，提出強化頂層設計、優化教學模式、完善產學研協同育人機制、推進國際化合作和凝練思政元素等措施，構建一套“教學+實踐+科研”的思政教育育人模式。經過2022—2024年的實踐，該模式能夠顯著強化學生的國家情懷、專業自信心和學習積極性，目標達成度、平均成績和學生評分提高6%～13%，轉專業率下降8%。該模式可為測繪導航類課程改革提供可資借鑒經驗參考。

關鍵詞：一帶一路；GNSS原理及應用；課程思政；課程實踐；課賽融合

中圖分類號：G640 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）10-0031-05

Abstract： The Global Navigation Satellite System is a key technology supporting the \"Belt and Road\" strategy. This course， leveraging Yunnan Province's geographical advantage in the \"Belt and Road\" initiative， proposes measures such as strengthening top-level design， optimizing teaching models， improving the industry-academia-research collaborative education mechanism， advancing international cooperation， and integrating ideological and political education elements. A \"teaching + practice + research\" model of ideological and political education has been developed. Through practice from 2022 to 2024， this model significantly enhances students' national sentiment， professional confidence， and learning enthusiasm， with target achievement， average grades， and student evaluations improving by 6%-13%， and the rate of major transfers decreasing by 8%. This model can provide valuable reference experience for curriculum reform in surveying and navigation-related courses.

Keywords： the Belt and Road; GNSS Principles and Applications; curriculum ideology and politics; course practice; course-competition integration

自2013年中國提出“一帶一路”倡議以來，該倡議已經成為全球經濟合作的基石。它涵蓋了“絲綢之路經濟帶”和“21世紀海上絲綢之路”，旨在加強沿線國家和地區的經濟合作，提升基礎設施的互聯互通，以及推動貿易、投資和經濟增長。這一倡議在全球經濟合作與發展、基礎設施建設、多邊合作與區域一體化、可持續發展等方面扮演了關鍵角色[1-2]。全球導航衛星系統（GNSS）包括四個主要系統：美國的全球定位系統、俄羅斯的格洛納斯衛星導航系統、中國的北斗衛星導航系統以及歐盟的伽利略衛星導航系統。作為“一帶一路”倡議的核心技術支持，GNSS為鐵路、公路、海運和航空等交通方式提供了精確的定位、導航和時間同步服務，顯著提高了交通運輸和物流的效率[3-4]。此外，GNSS技術在基礎設施建設、能源和通信網絡的安全保障、農業和環境監測的發展，以及智慧城市建設等方面也發揮了重要作用[5-7]。

2020年6月23日，隨著北斗衛星導航系統第55顆衛星的成功發射，北斗三號系統宣告組網完成。緊接著在同年7月31日，北斗三號全球衛星導航系統正式投入運行。北斗系統的全球服務能力將在“一帶一路”倡議中發揮關鍵作用，維護我國的經濟和軍事利益。同年，中國與東盟的雙邊貿易額首次超過歐盟，東盟成為中國最大的貿易伙伴。到了2023年，中國與東盟的雙邊貿易總額激增至9 753億美元[8]。

云南省，作為連接南亞與東南亞的樞紐，是“一帶一路”倡議的東方門戶，也是面向這一區域的輻射中心。因此，云南省在提升“一帶一路”經濟活力和推動北斗全球市場化進程中扮演著舉足輕重的角色。昆明理工大學，作為云南省規模最大、學科最全的工科學府，為云南省的產業升級、經濟轉型和可持續發展提供了堅實的支持，其對云南省經濟發展的貢獻一直位居前列。該校的測繪科學與技術學科不僅建立了完整的本碩博人才培養體系，而且是云南省唯一擁有測繪類學科一級博士點的高校。經過四十多年的發展，該學科已經為國內外培養了數萬名導航測繪領域的專業人才。

在百年未有之大變局的背景下，傳統的人才培養模式也在經歷著快速變革[9-10]。本文依據工程教育專業認證的標準，以昆明理工大學測繪類人才培養方案中的核心課程GNSS原理及應用為例，從頂層設計、教學模式優化、產學研協同育人體系完善、國際化合作推進以及思政元素的凝練等多個角度，探討了人才培養的新模式，旨在為培養復合型測繪導航類人才提供寶貴的經驗借鑒。

一 "學情分析

（一） "課程簡介

GNSS原理及應用作為測繪學科學生導航領域的入門課程，占據著培養方案中的核心地位。本課程旨在通過講授全球衛星導航系統的基礎理論，使學生全面掌握GNSS的基本概念、系統架構及其工作原理。課程內容涵蓋了GNSS信號的傳輸機制、接收技術、定位算法以及誤差分析等關鍵知識點。通過結合系統化的理論教學與實際應用案例的深入分析，本課程致力于培養學生在GNSS測量數據的采集、處理與分析方面的專業技能，并確保學生能夠在工程測量、地形測繪、變形監測等多個專業領域內熟練運用GNSS技術。此外，本課程的應用領域廣泛，包括但不限于工程建設、災害監測、導航定位、時間同步以及科學研究等，其在推動國家經濟建設中發揮著至關重要的作用。通過本課程的學習，學生將為未來在相關領域的研究與工作打下堅實的基礎。

（二） "課程面臨的挑戰

1 "課程內容與課時量不匹配

以昆明理工大學測繪工程專業為例，2023版培養方案中該專業總學分壓縮至170學分，其中GNSS原理及應用課程由4學分壓縮至3學分。目前該課程共48學時，包含32學時理論介紹，16學時課程實踐。在少量的課時內不僅要學習GNSS信號傳播理論、衛星軌道和定位算法等理論知識，也要學習野外靜態、動態數據采集及內業基線解算等實踐技能，學習質量難以保證。

2 "課程內容與技術發展脫節

在GNSS領域，技術的快速進步和新衛星、新技術的不斷涌現，對教育內容提出了持續更新的需求。這要求教師必須緊跟最新的技術發展，并將這些前沿進展及時融入到教學實踐中。然而，教材更新的滯后性給課程設計帶來了額外的挑戰。許多傳統教材可能未能涵蓋最新的技術和應用，這限制了教學內容的時效性和前瞻性。

3 "實踐資源受限

GNSS教學需要配備高精度的GNSS接收機和信號處理軟件，特別是在高精度定位和差分技術等領域，這類設備價格昂貴。此外，GNSS實驗還需要開闊的戶外環境，以確保接收到清晰的衛星信號。在某些不具備這些條件的教學環境中（如城市中心或設備不足的情況下），學生難以進行實際操作和數據采集。與此同時，學校通常無法提供測繪、導航、無人駕駛和智能交通等領域的實際案例和應用項目，導致學生難以將理論知識與實際應用相結合。

4 "課程內容缺乏思政教育

目前，GNSS原理及應用課程主要側重于導航理論和技術的傳授，缺乏與課程思政相匹配的案例庫，無法有效融入“一帶一路”等國家倡議、區域發展和行業背景。因此，課程難以深層次激發學生的愛國情懷、奉獻精神和行業自信，導致測繪類學生對專業的認知不足、自信心欠缺，成為學生大規模轉專業的主要原因之一。

二 "課程改革與實踐

本文以昆明理工大學測繪工程專業為研究對象，針對GNSS原理及應用課程存在的問題，提出了一系列以培養高水平導航人才為目標的措施。通過頂層設計、優化教學模式、完善產學研協同育人機制、推進國際化合作、融入思政元素等手段，提升學生將理論與實際結合的能力，激發創新意識和問題解決能力。同時，注重培養學生嚴謹細致的科學態度和團結協作的工作作風，增強其國家自豪感和專業認同感，成功實現了專業教育與思政教育的深度融合。具體技術路線如圖1所示。

圖1 "GNSS原理及應用教學改革技術路線圖

（一） "頂層設計

在課程設置前，組織任課教師根據新工科和工程認證的要求修訂教學大綱，從整體上統籌教學內容選擇、優化教學模式，并合理安排各章節的學時分配。此外，在制定教學方案時，針對重點章節精心設計思政案例，確保多層次思政元素的有效融入，實現“專業課程與思政教育”的有機結合。

（二） "優化教學模式

1 "革新課程內容

以昆明理工大學測繪工程專業為例，本次改革的核心是確保教學內容緊跟技術發展，并確保學生掌握核心原理和技能。核心基礎原理（如GNSS基礎框架、時間與坐標系統、測距原理和位置計算方法等）將保留，同時削減過時內容（如GPS Block I系列衛星和頻段、GPS的可用性選擇政策等）。此外，應用教學的比重將增加，加入GNSS在無人駕駛、精密農業、智能交通等領域的新應用案例，以及精密單點定位（PPP）和差分GNSS（DGPS）等現代高精度定位技術的教學。

2 "采用“線上-線下”混合教學模式

課程可按基本原理、技術應用和前沿發展等模塊進行教學。適合基礎理論和開放性知識傳授的內容（如GNSS基礎原理、系統演進歷史、信號傳播和誤差來源）可通過教師預先錄制的視頻、MOOC平臺或PPT課件等方式提供，鼓勵學生課前自主預習。同時，線上實驗可通過仿真軟件（如MATLAB、RTKLIB、GPSTK）進行，學生可以模擬衛星軌道、分析定位誤差，或使用虛擬實驗室和在線GNSS數據（如IGS數據）完成遠程實驗和數據處理，并與教師共享成果。線下教學則更加側重動手操作、討論和應用層面的教學，如利用GNSS設備進行數據采集與分析，開展小組討論、課堂答疑與師生互動，以及基于實際案例的應用講解，如在高精度GNSS定位和無人駕駛場景中的應用實踐。

（三） "完善產學研協同育人機制

1 "共建校企實訓基地

昆明理工大學國土信息與測繪工程系位于蓮華校區，校區面積600余畝，地處五華區二環內，周邊高樓密集，觀測條件有限。該系包含測繪工程、地理信息科學和土地資源管理專業，年均招生180余人，實踐教學儀器不足，難以滿足實訓環節的需求。為解決這一問題，學院充分發揮區位優勢，與云南省地礦測繪院、昆明市測繪研究院、云南省地震局等單位合作，簽署共建實習基地協議，選派學生于假期赴各單位實訓。同時，昆明理工大學積極推進與科研院所和企業的合作，建立新型實驗室，拓寬學生參與科研的渠道，提高科研質量。2024年9月，昆明理工大學與云南省自然資源廳下屬國土資源信息中心、省地質礦產勘查開發局主管的省地礦測繪院有限公司聯合申報的“云南省自然資源智能監測與時空大數據治理重點實驗室”成功獲批為省級重點實驗室。

2 "推進學業導師制度

為提升學生的學術水平和實踐能力，昆明理工大學自2019年起實施學業導師制度，國土信息與測繪工程系新生在入學三個月后100%配備導師，45歲以下博士教師均兼任學業導師。經過數年推廣，該制度顯著提高了學生的整體學術水平和就業率，本科生每年以第一作者身份發表SCI論文、中文核心論文及獲得授權專利十余項。

3 "深化“課賽融合”機制

學校和學院針對指導教師和參賽學生推出一系列獎勵政策，包括在職稱評聘和高端獎勵中優先考慮指導教師，獎學金和保研名額向獲獎學生傾斜。這大大提高了教師和學生參與賽事的積極性，如中國國際大學生創新大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、全國大學生測繪學科創新創業智能大賽等。2024年，本系學生在各類賽事中取得歷史性突破，獲得國家級特等獎2項，一等獎5項，二等獎6項；省部級獎勵10余項。

（四） "推進國際化合作

1 "建設國際聯合實驗室

依托地理優勢，昆明理工大學積極推進與東南亞國家合作建設國際聯合實驗室。2024年，學校與馬來西亞合作申報的“云南省山地災害天空地一體化智慧監測國際聯合實驗室”成功獲批。該實驗室不僅促進了科研成果的共享與轉化，也大幅提升了昆明理工大學的國際科研能力和學術影響力。借助這一平臺，師生可以參與國際前沿研究，拓展學術視野。此外，學校定期舉辦國際學術交流活動，如研討會、講座和論壇，吸引東南亞學者和學生參與，推動了多學科合作與創新。

2 "建立國內外學生互訪制度

為促進文化交流、學術合作和國際化發展，昆明理工大學設立專項資金，每年選拔優秀學生赴新加坡南洋理工大學（2023年）和德國克勞斯塔爾工業大學（2024年）進行為期三個月的學術交流，培養學生的創新能力和科研素質。學校還積極吸引東南亞國家的留學生，目前GNSS原理及應用課程已有來自緬甸、越南、老撾、柬埔寨和馬來西亞等國的留學生，畢業后他們在本國的測繪崗位上取得了顯著成績。

（五） "凝練思政元素

2016年12月7日，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，“高校思想政治工作關系高校培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人這個根本問題。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”[11]。

北斗衛星導航系統作為全球導航衛星系統（GNSS）的關鍵組成部分，是中國完全自主知識產權的導航系統，它在國家安全、全球導航服務、經濟發展、技術創新以及國際合作等多個領域扮演著不可替代的角色[12]。鑒于此，本課程緊密結合教學目標，深入挖掘并融入思政教育案例，提煉思政元素，以此弘揚愛國情懷、工匠精神和專業自信，有效提升了學生的國家自豪感、專業自信心以及學習積極性。課程中典型的思政教育案例詳見表1。

GNSS發展概述：在課程教學中，我們結合北斗系統的“三步走”發展戰略，深入探討其背后的深遠意義和價值。從戰略規劃到技術實現，從區域服務到全球覆蓋，北斗系統的每一步發展都凝聚了我國科技工作者的智慧和辛勤努力。通過這樣的案例教學，學生不僅能夠學習到專業知識，更能夠深刻感受到國家發展的強勁脈搏和前進的動力。

GNSS定位原理：通過講解衛星信號的傳輸原理和接收機的精度要求，本課程旨在培養學生在科研工作中注重細節、嚴謹認真的專業態度。介紹國產接收機從無到有、從弱到強的發展歷程，并輔以星間鏈路的案例，這不僅能夠激發學生對導航定位領域的探索興趣和創新精神，也更好地展示了科研工作者的創新能力和奮斗歷程。

測量規劃與實施：通過珠穆朗瑪峰高程測量的案例，在測量規劃與實施課程中生動地融入思政元素。學生不僅能學習到測量技術，還能從測繪前輩們的事跡中汲取精神力量，培養吃苦耐勞、團結協作和一絲不茍的品質。

GNSS數據處理：在GNSS數據處理中結合實際案例融入思政元素，可以有效培養學生嚴謹的態度和責任意識。學生不僅能夠學習數據處理的方法，還能養成嚴謹求實的工作態度。避免因數據錯誤引發的不良后果，同時也能培養其測繪相關行業的法律意識。

GNSS實際應用：通過介紹北斗衛星導航系統在各行各業中的應用，特別是車道級導航技術的實際應用，可以有效地融入思政教育。學生不僅能夠掌握先進的導航技術，還能深刻認識到國家自主創新的重要性，激發愛國熱情和使命感，增強他們為國家建設和社會發展貢獻力量的責任感。

三 "課程評價與效果

昆明理工大學測繪工程專業在2020年成功通過了工程教育專業認證，并在2022年榮獲國家一流本科專業認定。GNSS原理及應用課程秉承“產出導向，持續改進”的教育理念，以學習成果為導向，采用多樣化的評價方法，注重與畢業要求的對接，并建立了閉環反饋機制。通過數據分析，課程不斷優化教學質量。經過三年的改革實踐，課程的教學效果顯著提升，具體數據詳見表2。

表2 "2022—2024年GNSS原理及應用課程教學效果評價

在2022至2024年間，學生的學習熱情和積極性顯著提高。班級總體課程目標達成度從最初的0.68提升至0.81，同時，綜合平均成績也從71分提高至80分。此外，學生對專業的認同感和自信心也有了顯著增強，轉專業率從11%穩步下降至3%。值得一提的是，2024年，筆者所在的測繪231班實現了轉專業率0%的突破，這在本專業自1978年設立以來尚屬首次。調查問卷顯示，課程改革后，課堂內容更加豐富充實，趣味性增強，學生的動手實踐能力得到了大幅提升。相應地，課程評分也從92分攀升至98分，反映出課程改革取得了顯著成效。

四 "結束語

衛星導航技術在支撐國家“一帶一路”倡議中扮演著至關重要的角色，而北斗系統面向東南亞的市場化進程不僅具有重大的經濟利益，還蘊含著深遠的軍事價值。因此，本課程依托云南省的地理優勢，以培養復合型人才為核心目標，以立德樹人為根本任務，從頂層設計、教學模式優化、產學研協同育人機制完善、國際化合作推進以及思政元素凝練等多個維度，積極開展教學改革實踐。

經過三年的教學實踐與評價，我們欣喜地發現學生的愛國情懷、社會責任感和學習熱情均有顯著提升。班級總體課程目標達成度提高了19%，平均成績提升了13%，學生對課程的評分提高了7%，而轉專業率則下降了73%。這些成果為導航類課程的教學改革和發展提供了寶貴的經驗參考，也為其他院校和專業提供了可借鑒的案例。我們將繼續深化教學改革，不斷提升教學質量，為培養更多高素質的導航技術人才作出更大的貢獻。

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