摘要：導航、定位與授時(PNT)是全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)的三大基本功能，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BDS)的全面建成，對PNT應用人才提出更加迫切的需求，如何為PNT產(chǎn)業(yè)輸送專業(yè)人才，成為當前測繪類高等院校亟需思考的問題。在深入分析當前GNSS實踐教學存在不足之處的基礎上，明確了適應PNT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的教學改革方向，提出了三點有針對性的改革舉措：構(gòu)建面向PNT應用需求的人才培養(yǎng)新模式、創(chuàng)新測繪工程實踐教學平臺建設和建立基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學實踐模式。教學實踐證明：面向PNT應用的多元化、開放式、綜合性實踐課程體系，有助于實現(xiàn)面向衛(wèi)星導航領域需求的應用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，為測繪類本科教學改革提供理論指導和實踐借鑒。

　　關鍵詞：導航;定位;實踐教學;教學改革

　　引言

　　定位、導航與授時(positioning,navigationandtime,PNT)是全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(globalnavigationsatellitesystem,GNSS)的三大基本功能，最初只是運用于軍事領域，現(xiàn)已拓展至交通、測繪、通信和公共服務設施等各個領域[1。PNT服務作為國家信息建設的基礎要素，為經(jīng)濟社會活動提供了重要的時空基準。隨著以北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDounavigationsatellitesystem,BDS)為核心的國家綜合PNT體系的提出[3]，如何建設以BDS為核心、更加融合和智能的綜合PNT體系是當前衛(wèi)星導航領域的研究熱點。

　　對測繪類高等院校而言，如何培養(yǎng)面向PNT應用需求的專業(yè)技術人才，是現(xiàn)階段測繪工程本科教育亟須解決的問題之一[4]。本文緊密結(jié)合PNT應用的重大社會需求，全面落實教育部關于“加快建設高水平本科教育”全面提高人才培養(yǎng)能力的意見，依托江西省“雙一流”學科建設點，探索傳統(tǒng)測繪工程專業(yè)向多學科交叉融合方向轉(zhuǎn)變的途徑，突出前沿性、交叉性與綜合性的教學內(nèi)容，創(chuàng)新測繪工程實踐教學平臺建設，構(gòu)建面向PNT應用需求的人才培養(yǎng)新模式，并在教學實踐中取得了顯著成效。

　　1當前GNSS相關課程的實踐教學現(xiàn)狀

　　BDS的全面建成，使我國正成為全球最大的導航和位置服務應用市場，對我國衛(wèi)星導航定位人才培養(yǎng)提出了更高的要求;如何培養(yǎng)實踐創(chuàng)新人才是PNT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵，也是當前測繪類高等院校亟需思考的問題。現(xiàn)代測繪技術取得了長足的進步，也凸顯了現(xiàn)行的傳統(tǒng)測繪實踐教學的不足，主要表現(xiàn)如下：

　　1)培養(yǎng)目標與課程體系未體現(xiàn)PNT應用需求，缺乏支撐PNT產(chǎn)業(yè)應用需求的實踐教學體系;2)現(xiàn)有的實踐教學理念落后，實踐教學平臺培養(yǎng)的學生缺乏實踐創(chuàng)新能力，與社會需求存在嚴重的脫節(jié);3)教學內(nèi)容陳舊、教學方式單一，與應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求的結(jié)合不夠緊密，且專業(yè)理論課程與國家發(fā)展戰(zhàn)略融合不深入等。因此，有必要對現(xiàn)有的教學理念、教學平臺和教學內(nèi)容等進行全方位的改革，以促進應用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

　　2面向PNT應用需求的大學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

　　2.1構(gòu)建面向PNT應用人才需求的本科生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系

　　針對當前實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)的不足，課程教學團隊依托現(xiàn)有的教學和科研平臺，從教學理念、教學體系、教學內(nèi)容和手段等方面進行系統(tǒng)化教學改革，建立面向PNT應用需求的本科生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。首先，確立“立足PNT應用產(chǎn)業(yè)需求，緊跟學科發(fā)展趨勢，夯實與強化工程實踐能力，提高創(chuàng)新能力”的教學理念，并貫穿于理論和實踐教學各環(huán)節(jié)中，構(gòu)建凸顯PNT應用服務中多學科交叉融合的培養(yǎng)方案。

　　為面向PNT應用需求的實踐教學課程體系結(jié)構(gòu)，包含了《GNSS原理及應用》《GNSS數(shù)據(jù)處理》《地理信息系統(tǒng)》等介紹導航定位基本理論的核心課程，《控制測量學》和《變形監(jiān)測與災害預報》等基本工程技能訓練的實踐課，以及《測繪綜合技能實訓》和《位置服務與實踐》等綜合應用實踐訓練課程，為PNT人才培養(yǎng)提供豐富多樣的專業(yè)課程，有助于提高學生的理論水平和實踐能力。其次，構(gòu)建以教師為主導、學生為主體、教學督導為補充的多元化、開放式實踐教學新模式。該模式主要由基礎技能訓練、衛(wèi)星導航定位專業(yè)技能訓練、創(chuàng)新意識訓練等層次遞進的實踐教學模塊構(gòu)成。

　　其中，基礎實驗模塊夯實技能基礎，進階實驗模塊強化工程實踐能力，創(chuàng)新實驗模塊提升學生工程綜合能力。通過分階段、多層次、全方位的培養(yǎng)模式，使學生的實踐操作和綜合能力得以逐步提高，同時也使學生的科技創(chuàng)新能力在最適合自身發(fā)展的平臺中得到更高層次提升。

　　第三，優(yōu)化PNT體系服務方向?qū)嵺`教學內(nèi)容。在實踐教學體系方面，突出強化衛(wèi)星導航和位置服務基礎(“厚”)，著重培養(yǎng)具備堅實穩(wěn)固的專業(yè)技能(“精”)，擬通過開設“導航專項技能訓練”和“地表運動與變形分析”等特色課程，強化面向?qū)Ш胶臀恢梅�務的軟件操作以及解決工程問題能力的培養(yǎng);積極引導本科生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目(“尖”)。

　　通過“測繪綜合技能實訓”“專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐”課程以及“華東交通大學筑創(chuàng)工程項目”為本科生科技創(chuàng)新提供課程與平臺支撐，實現(xiàn)本科生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過融合“厚”“精”“尖”，進而實現(xiàn)構(gòu)建面向高精度PNT應用人才培養(yǎng)需求的實踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。同時通過開設面向?qū)Ш胶臀恢梅�務的系列課程，形成面向PNT應用需求的多層次理論與實踐課程體系，并確定凸顯導航和位置服務學科交叉融合需求的人才培養(yǎng)方案。

　　第四，創(chuàng)新實踐教學方法，采用自主式、合作式、研究式相結(jié)合的方法開展實踐教學。“自主式”主要依托校內(nèi)實踐基地，以學生自主實驗為主、教師指導為輔的方式進行，完成衛(wèi)星導航定位原理相關基礎實踐能力培養(yǎng)與訓練;“合作式”主要依托產(chǎn)學研實踐基地，為本科生提供BDS實踐課程，并以豐富的軟硬件和實際工程項目作為課程支撐;“研究式”以教師團隊的科研課題為支撐，結(jié)合實踐教學平臺，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目為基礎，指導學生參與科技創(chuàng)新課題的方案制定、實驗數(shù)據(jù)的處理和分析等工作。通過多層次、多元化的實踐教學方式實現(xiàn)應用型、創(chuàng)新型高質(zhì)量專業(yè)技術人才的培養(yǎng)。

　　2.2建立面向PNT應用的開放式、多元化和研究型實踐教學平臺

　　第一，充分整合華東交通大學現(xiàn)有的測繪工程專業(yè)教學資源，構(gòu)建面向PN體系服務的實踐教學平臺。圖中從左至右依次是GNSS數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和工程應用等全過程的實踐教學平臺，分別是“工程測量實驗室”“數(shù)字測繪實驗中心”和“江西省智能交通基礎設施工程研究中心”。

　　其中，“工程測量實驗室”配備了多形態(tài)的GNSS信號模擬和數(shù)據(jù)采集的設備;“數(shù)字測繪實驗中心”是GNSS數(shù)據(jù)處理端口，包含多種商用和自主開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件;“江西省智能交通基礎設施工程研究中心”則為導航定位技術在交通基礎設施的工程監(jiān)測提供了各種應用場景。

　　其次，充分利用網(wǎng)絡資源建立“互聯(lián)網(wǎng)”教學平臺， 為本次教學改革準備的衛(wèi)星導航和位置服務相關課程網(wǎng)絡教學資源;為學銀在線平臺中東華理工大學肖根如老師的“GPS原理與應用”課程，被選為學生自主學習的線上資源;其中的“ECJTU測繪工程交流平臺”用于發(fā)布實踐教學信息和教學成果推廣[10]，課件為精密工程測量雙語教學課件。

　　另外，GNSS時間序列精密數(shù)據(jù)處理是課程的教學重點，教學團隊根據(jù)教學需求自主研發(fā)了數(shù)據(jù)處理程序。分別為“基于開源矩陣實驗室(matrixlaboratory,MATLAB)平臺的GNSS時間序列分析與降噪軟件”和“多源衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)提取軟件”，實現(xiàn)了多種經(jīng)驗模態(tài)分解降噪算法和共模誤差分離算法，輔助了GNSS數(shù)據(jù)處理的實踐教學工作[11]。

　　第二，以“江西省智能交通基礎設施工程研究中心”為依托，結(jié)合大學生科技創(chuàng)新項目、測繪科技論文大賽、測繪實踐技能競賽等項目，引導學生培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力。在此基礎上，結(jié)合學業(yè)導師制建立了大學生科技創(chuàng)新的保障機制，學業(yè)導師對本科生進行指導與監(jiān)督，通過上述實踐環(huán)節(jié)全方位培養(yǎng)學生方案設計、數(shù)據(jù)分析、撰寫報告和成果匯報等能力。

　　第三，為充分發(fā)揮實踐教學平臺在人才培養(yǎng)中的作用，提高本科生的創(chuàng)新能力，提出開放式、多元化、研究型的實踐教學平臺建設思路[12]。為此，設計以多源GNSS觀測技術構(gòu)建的面向?qū)Ш胶臀恢梅�務的實驗項目為框架，并注重本科生程序設計與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過多層次培養(yǎng)體系保障本科生進行導航定位基礎理論學習，同時為學生參與競賽和科研項目提供實踐平臺。

　　第四，校企共建產(chǎn)學研結(jié)合的人才培養(yǎng)平臺。充分利用衛(wèi)星導航行業(yè)企事業(yè)單位的先進技術，將衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)人才能力要求引入課程實踐教學環(huán)節(jié)之中，實現(xiàn)校企全方位、多層次的深度合作，構(gòu)建以教學、科研、培訓為一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。學校先后與江西省測繪應急保障中心、江西省基礎測繪院和武漢航天遠景科技有限公司等企事業(yè)單位共建了教學實習與實踐研究基地，這些基地有效提高了學生解決工程實踐問題和科技創(chuàng)新能力。

　　2.3構(gòu)建面向?qū)Ш胶臀恢梅�務的應用型�?chuàng)新人才培養(yǎng)新模式

　　第一，結(jié)合導航和位置服務應用需求，提出了“綜合集成、深化交叉、實踐創(chuàng)新”的教學內(nèi)容規(guī)劃方法及人才培養(yǎng)新模式。“綜合集成”以多層次理論和實踐課程體系為基礎，優(yōu)化整合優(yōu)秀師資并有效結(jié)合所構(gòu)建的實踐教學平臺，完善人才培養(yǎng)體系建設。“深化交叉”考慮到測繪各分支學科的交叉集成已形成一個發(fā)展趨勢，因而在培養(yǎng)方案中增設一系列學科交叉課程，如“空間定位技術及應用”“高速鐵路工程測量”等。“實踐創(chuàng)新”通過深度融合大學生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、測繪專業(yè)競賽等，加強本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過施行“綜合集成、深化交叉、實踐創(chuàng)新”的教學理念，進一步形成了凸顯導航定位服務特色方向的人才培養(yǎng)模式。

　　第二，建立高水平的面向?qū)Ш胶臀恢梅�務課程教學團隊，安排具有豐富教學經(jīng)驗的教授和青年教師承擔相關理論和實踐課程教學工作，引導學生進行專業(yè)學習和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，充分發(fā)揮教師在人才培養(yǎng)中的引導作用，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。第三，優(yōu)化教學評價機制，改革課程考核方式，提高多元化能力表現(xiàn)在考核中的比重。通過“測繪程序設計與開發(fā)”“導航專項技能訓練”和“專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐”等課程以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目加大面向?qū)Ш胶臀恢梅�務的實踐訓練，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

　　研究成果與成效

　　1)本科生實踐創(chuàng)新能力提升顯著。本科生參加測繪專業(yè)競賽的熱情不斷高漲，并在多項賽事中屢獲佳績，如獲得2021年全國大學生測繪系列賽事特等獎項、一等獎項、二等獎項以及多個無人機技能競賽和數(shù)學建模競賽的獎項。此外，越來越多的本科生參與到教師的科研項目，在學業(yè)導師指導下獲批校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，多名本科生以第一作者發(fā)表SCD論文、發(fā)表計算機軟件著作權等。

　　2)相關成果與應用情況。“空間定位與導航實驗教學平臺”已在本科生畢業(yè)設計、教師和研究生科研發(fā)揮了重要作用;教師教學科研能力得到社會認可，出版了《ModellingGeodeticTimeSeriesAnalysisinEarthSciences》和《GNSS原理與應用》等凸顯導航和位置服務學科進展的教材;面向應用型PNT應用相關人才需求的立體化教學體系已在江西省內(nèi)兄弟院校測繪工程及其他相關專業(yè)的實踐教學中得到推廣應用。

　　結(jié)束語

　　本文緊密結(jié)合PNT應用的國家重大戰(zhàn)略需求，探索傳統(tǒng)測繪工程專業(yè)向多學科交叉融合轉(zhuǎn)變的途徑與方式，吸納導航定位領域理論知識與實踐成果，突出前沿性、交叉性與綜合性的教學內(nèi)容，創(chuàng)新測繪工程實踐教學平臺建設，構(gòu)建面向高精度GNSS應用的人才培養(yǎng)新模式，建立了基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學實踐模式;以培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)面向衛(wèi)星導航領域需求的應用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，并取得了顯著成效。研究成果對于省內(nèi)外測繪類本科教學改革提供實踐借鑒，在人才培養(yǎng)方案和課程體系改革中具有一定的參考價值。

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　　作者：黃征凱，趙澤惠，聶啟祥，賀小星，王海城