“卫星导航定位”课程实践教学创新体系改革

“卫星导航定位”课程实践教学创新体系改革
周命端;丁克良;罗德安;黄鹤;刘旭春
【摘要】Satellite navigation and positioning is a major basic curriculum on geomatics and geoinformation for undergaraduates,which is both stronger in theorety and practicality than others.In order to strengthen the knowledge application ability,practical operation of surveying and mapping ability,program design ability and technological innovation ability,the practice teaching curriculum system of satellite navigation and positioning consisting of break experiment and concentration practice,is discussed form the content renewal and optimized teaching method.After two years of teaching practice and continuous improvement,the actual effect is remarkeable.%“卫星导航定位”课程是我校测绘类专业本科生的一门具有较强理论性和实践性的专业基础课,为强化学生知识运用能力、测绘实践操作能力、程序设计能力及科技创新能力,从实践教学内容更新及实践教学方法和手段优化等方面对该课程的实践教学创新体系(课间实验和集中实习)探索性改革,经两年的教学实践与持续改进,实际效果显著.
【期刊名称】《测绘工程》
【年(卷),期】2017(026)007
【总页数】5页(P76-80)
【关键词】实践教学体系;教学改革;卫星导航定位;工程认证
【作者】周命端;丁克良;罗德安;黄鹤;刘旭春
【作者单位】北京建筑大学测绘与城市空间信息学院,北京102616;北京建筑大学测绘与城市空间信息学院,北京102616;北京建筑大学测绘与城市空间信息学院,北京102616;北京建筑大学测绘与城市空间信息学院,北京102616;北京建筑大学测绘与城市空间信息学院,北京102616
【正文语种】中文
【中图分类】G642
“卫星导航定位”课程是我校测绘工程专业、地理信息科学专业和遥感科学与技术专业等测绘类专业必修的一门专业基础课，具有知识面宽、理论性和实践性强、应用范围广等特点。

因此，在课程教学过程中，除了注重课堂理论教学之外，必须加强实践教学环节，充分认识实践教学在深化课堂教学、提高人才培养质量中的重要地位和作用。

目前，我校开设的“卫星导航定位”课程所设置的课程教学体系由理论教学课堂讲授40学时、8学时课间实验与一周(20学时)集中实习的实践教学两部分构成。

根据《北京建筑大学关于进一步加强实践教学工作的意见》文件精神，为深化实施我校本科人才培养综合改革，进一步完善课程实践教学体系，促进实践教学改革与创新落到实处，切实提高实践教学质量，在学校“提质、转型、升级”综合改革背景下，结合“卫星导航定位”课程的实践教学目标及现状情况分析，在有限的时间和现有实验设备条件下，如何使学生最大限度地将理论知识转化为解决实际应用问题的能力，继续强化学生知识运用能力、测绘实践操作能力、程序设计能力及科技创新能力，本文针对“卫星导航定位”课程，从实践教学内容更新及实践教学方法和手段优化等方面进行探索性研究与实践。

我校开设的“卫星导航定位”课程实践教学部分由课间实验(8学时)和集中实习(20学时)两部分组成。

1.1 课间实验
“卫星导航定位”课程的课间实验安排8学时(4次实验)，其实验内容穿插在课堂教学之中。

它属于理论教学中的演示验证性实验，其实验目的是学生在教师指导下以实际操作为主，获得感性知识和基本实际操作技能，通过任课教师和指导教师(一个自然班配置1名指导教师)对GPS接收机、GPS数据处理软件等的演示讲授与操作，帮助学生理解并掌握课堂讲授的知识，激发学生不断学习和适应社会发展的学习动力，培养学生对课程学习的浓厚兴趣，进而不断推动课间实验教学内容更新，进一步精简演示、验证性实验内容，可以采用基于工程案例的教学方法和学习方法来增强一些综合性、设计性和研究创新性的实验内容。

本文在遵循原有课间实验内容的基础上，精简与深化“卫星导航定位”课间实验教学体系的构建，新的教学体系如图1所示。

其中，实线框部分为原有课间实验内容基础上作了进一步精简，将原有8学时压缩为6学时。

根据我校测绘信息遥感实验中心(以下简称实验中心)现有设备情况，丰富了GPS接收机品牌类型及GPS数据处理软件类型的演示、验证性实验内容。

虚线框部分为新增的2学时的程序设计类型实验内容，在时间安排上建议根据理论教学进度，合理安排机房实验，保证课程教学的前后衔接关系。

程序设计性实验的设置，其目的在于让学生摆脱抽象公式的困扰，亲自运用理论计算公式，参考教师提供的样例程序模块，在教师指导下，按功能子模块按部就班地编程实现设定的“利用广播星历计算卫星坐标和速度”程序功能，进一步强化学生应用数学、自然科学和卫星导航定位课程相关知识来研究与分析并计算“GPS卫星坐标和速度”复杂工程问题，以获得正确结果的能力，体现国际工程教育先进理念。

根据图1的课间实验教学体系，针对不同类型的课间实验项目，采用不同的实践教学方法和手段。

针对“GPS接收机的认识与基本操作”、“GPS静态测量数据处理流程”和“CORS或电台式RTK测量的操作”3个演示、验证性实验内容，可以充分利用现有的教学资源，开发或录制优质的实验教学视频资料，加强实验中
心网站建设，将对应品牌GPS接收机用户手册挂载实验中心网站，学生们利用课余时间可以自由下载自主学习，有利于激发学生对课间实验的浓厚兴趣，带着新鲜感或疑问进入课间实验，在教师的现场演示操作和指导下，答疑解惑，让学生很好地理解并掌握实验教学内容，进一步加强实验教学辅助理论教学的支持力度。

针对新增的“利用广播星历计算卫星坐标和速度程序实现”程序设计实验项目，鉴于综合性和设计性较强，建议主讲教师提供样例程序模块供学生参考，并推行基于工程案例的教学方法和学习方法，向学生展示详细的程序实现流程框图及样例程序子模块，学生在研究参考样例程序的基础上，按部就班实现程序功能，激发学生“程序设计”动力，提高实验教学效果。

1.2 集中实习
根据我校本科生总体教学实际情况，“卫星导航定位”课程的集中实习时间一般安排在开课所在学期的第18周进行，共计20学时。

集中实习除了进一步使学生实践验证理论知识之外，更注重培养学生知识运用能力、测绘实操能力、程序设计能力及科技创新能力，这要求学生理论紧密联系实际应用，以社会需求为导向、动手能力达成为规格，能够设计或提出针对“复杂工程”问题的解决方案，并运用所学知识，根据设计或提出的解决方案，尽可能地解决遇到的复杂工程问题，同时能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响，体现国际工程教育先进理念。

紧密围绕“卫星导航定位”实践教学的培养目标，通过课程集中实习实训，学生能够设计及实施GPS相关的工程实验，并能分析其结果；了解卫星导航定位技术相关的国家及行业工程规范，并具有运用规范解决工程施工中遇到问题的能力；具有一定的组织管理能力，能够综合运用相关理论与技术，组织实施卫星导航定位相关的工程项目。

本文在遵循原有集中实习内容的基础上，为进一步深化“卫星导航定位”集中实习教学体系的构建，实验中心2015年新采购16台套GPS设备用于
“卫星导航定位”课程实践教学。

优化后的集中实习教学体系如图2所示。

其中，实线框部分为原有集中实习内容基础上作了进一步精简和优化，引入了CORS技
术的实习应用；虚线框部分为新增的集中实习内容，其目的是让学生了解CORS
新技术在工程中的应用情况，并在RTK测量实习项目中增加了“施工放样”、“断面测量”方面的实习内容，增强学生应用新技术替代传统技术所能带来的独特优势感，强化学生的求技欲望，达到学以可用、学以致用的教学效果。

在课间设计性实验“利用广播星历计算卫星坐标和速度”的铺垫作用下，为进一步强化学生的程序设计及科技创新能力，新增“GPS伪距单点定位与测速程序实现”综合设计
性实习项目，有利于学生深入理解课堂教学理论知识，提升并巩固理论水平，真正实现“卫星导航定位”的目的，以获得满意的定位结果。

同时，新增“PPK测量
与数据处理”实习内容，对GPS接收机运动状态进行轨迹跟踪，完善集中实习教
学体系。

根据图2的集中实习教学体系，针对不同类型的集中实习任务，建议采用不同的
实践教学方法和手段。

在第18周的第1天上午，组织学生参加“卫星导航定位”集中实习动员大会，每班配置一名指导教师，由指导教师布置实习任务及讲解注意事项，并完成5～6人为小组的分组工作。

动员大会后，按小组领取实习设备。

当天下午安排CORS系统参观考察，听取CORS新技术专题讲座，使学生了解卫星
导航定位新技术的应用现状，调动学生集中实习的热情，要求每名同学撰写不少于1 000字的参观心得，并将其纳入实习成绩评定考核内容之中。

针对新增的“GPS 伪距单点定位测速程序实现”的实习，建议学生安排在晚上进行，指导教师开发“卫星导航定位”课程教学演示平台程序(GPSNav V1.0)供学生参考学习，并详细讲解程序实现流程(见图3)及样例程序子模块功能，学生参考样例程序，采用按部
就班的方式实现功能模块，激励学生的兴趣，提高设计性实验教学效果，进而强化
学生程序设计及科技创新能力。

由图3可知，本文开发设计的GPSNav演示平台
程序实现主要由7个类构成，包括主平台类(GPSNavDlg.cpp和GPSNavDlg.h)、读取导航文件类(RinexNav.cpp和RinexNav.h)、读取观测值文件类(RinexObs.cpp和RinexObs.h)、字符串处理类(Str.cpp和Str.h)、时间转换关系类(GTime.cpp和GTime.h)、卫星位置计算类(SatPosVel.cpp和SatPosVel.h)和基于间接平差导航定位类(StaPosVel.cpp和StaPosVel.h)以及矩阵运算类(Matrix.h和Matrix.cpp)，不同类实现其相应功能。

根据本文优化的实践教学体系，在我校2012、2013级测绘类学生中开展了两年
的教学实践，取得较好教学效果，获得以下几点教学体会。

2.1 注重课间实验与理论教学先后衔接关系，不宜超前，也不宜太滞后
一般来说，相关理论教学内容讲授完成之后应尽可能地安排相应实验。

通过实验来加深学生对课堂教学内容的理解，巩固理论知识。

大部分学生表示，通过课堂讲授相关理论知识后，立即进行课间实验教学实训，学生对课堂讲授的一些难以理解的抽象概念，变得具体而易于理解。

这说明，课间实验的演示效果对理论教学的确起到了很好的辅助作用。

2.2 “参观+讲座”项目倍受欢迎
新增的“参观CORS系统，听专业讲座”，让学生了解“卫星导航定位”课程所
学习掌握的技术与方法在实际应用中是如何服务于测绘生产的，相比传统手段，彰显出独特的优势，激发学生们集中实习的积极性，达到“学以可用，学以致用”的教学效果。

2.3 “程序设计”项目倍受关注
新增的“利用广播星历计算卫星坐标和速度程序实现”课间实验项目以及“GPS
伪距单点定位测速程序实现”两个程序设计性实践项目，倍受学生关注，在参考学习样例程序的基础上，学生们感觉有难度也有挑战，尽管困难重重，但学生的钻研
兴趣一点不减，学习兴趣得到极大提高。

在教师的指导答疑解惑下，学生遇到的各种问题得到解决，学习的成就感备受鼓动。

经实践教学的锻炼，学生们的程序设计开发能力得到锻炼与提高，强化了学生的创新精神，为本科生进导师科研团队奠定基础。

2.4 注重实践教学的全过程跟踪管理
在课间实验和集中实习的具体实施中，要求每个学生都认真操作，不允许蒙混过关，指导教师针对每一项实践实验任务都应提出具体的学习要求，实验结束之后要求学生认真撰写实验报告，并开展交流学习心得活动，增强学生与学生之间、学生与教师之间的探讨交流，以加深对实践教学内容的理解。

2.5 强化多样化考核方式
采用多样化的考核方式，真实体现学生的水平和能力，切实提高学生的实践锻炼效果，准确反映学生对实践内容的掌握程度及仪器的操作熟练程度，改变了对学生学习成绩的单一评定方式。

通过增加实操性考核，从外业操作仪器的熟练程度、实践态度、程序设计与实现以及提交的实验报告成果质量及完整性等方面进行综合考核，充分体现公平公正的成绩评定方式。

“卫星导航定位”是一门理论性和实践性都很强的专业基础课程，面向我校测绘类专业本科生开设。

围绕学校的“提质、转型、升级”工作方针，本文针对该课程的实践教学体系进行了探索性研究与实践，并经两年的实践教学尝试与持续改进，学生普遍反映在实践教学环节中学到了更多的知识和技能，取得了较好效果，同时课程实践教学体系改革也得到了学生们的赞同与支持。

通过实践教学训练，学生们的理论知识不仅得到了巩固，知识运用能力、实操能力、程序设计能力以及科技创新能力得到了锻炼与提高。

如何形成有特色的课程实践教学体系，不断优化实践教学的内容和手段，比如设计一些新的创新性实验项目，以激发学生的科研动力与创新思维，充分发挥实践教学环节在培养学生创新精神和实践能力的重要作用，培养出
具有理论基础坚实、工程实践丰富及创新思维活跃的高素质测绘人才，是“卫星导航定位”课程教学体系改革下一阶段需要探讨的内容。

【相关文献】
[1] 邓岳川，王延霞，李德亮，等.基于MOOC翻转课堂的“GPS原理与应用”课程教学改革实践[J].测绘工程,2017，26(2):76-80.
[2] 刘智敏，独知行，郭金运，等. 注册测绘师制度下GNSS测量课程教学改革探讨[J]. 测绘工程，2014,23(11)：78-80.
[3] 孙佳龙，郭淑艳，焦明连,等. 卫星导航定位与导航教学的改革与实践[J].测绘科学，
2013,38(5):190-192.
[4] 焦明连，周立. 测绘工程专业卓越工程师教育培养模式的研究[J].测绘通报，2012(1):102-104.
[5] 赵敏宁，李青云，王彦丽,等.《GPS原理及应用》课程实验教学改革及实验创新能力培养探析[J].新西部(理论版)，2012(11)：157，162.
[6] 石双忠.《GPS原理与应用》课程教学与实践方法的探讨[J].矿山测量，2012(3)：56-57.
[7] 黄声享，陈晶晶，李夏至. GPS测量实践教学的尝试[J].实验室研究与探索，2010，29(3)：121-123.
[8] 吴继忠，李明峰，刘三枝.《GPS定位技术及其应用》课程实践教学体系的构建[J].全球定位系统，2007(3)：38-41.
[9] 黄丁发，熊永良，周乐韬,等. GPS卫星导航定位技术与方法[M].北京：科学出版社，2009.
[10] 许才军. 测绘工程专业课程创新体系初探[J]. 测绘通报，2007(11):74-77.
[11] 刘智敏，阳凡林，独知行. 卫星定位原理及应用的教学改革与实践[J]. 测绘工程，
2010,19(3):78-80.。