产教融合视域下卫星导航定位实践教学改革探索

［摘要］科技创新与卫星导航与位置服务产业的发展对测绘类专业建设和人才培养提出了更高的要求，如何培养具有多学科交叉融合与创新实践能力的国际化人才，以满足社会发展和行业需求，成为产教融合视域下卫星导航定位实践教学改革探索所面临的重要问题。从课程思政融入、课程设计、教学方式变革、实践平台建设、教学科研融合机制建立、产学研合作体系构建等方面进行探索与研究，有助于卫星导航定位实践教学改革和教育质量提升、高校在校学生职业技能提升、产教融合协同育人。

［关键词］产教融合；卫星导航定位；实践教学；职业教育

［中图分类号］ G642 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2023）04-0093-04

随着以人工智能、大数据、云计算、基因工程为主流的新一轮科技革命的兴起，产业跟随新技术迭代进行了快速转型升级，促进了大量新业态和新经济模式在全球范围内的蓬勃发展。全球卫星导航系统（GNSS）应用市场化、产业化发展的规模正在逐渐增广、增大，GNSS相关人才的需求也在不断扩大；2020年10月13日，中国卫星导航定位协会正式发布《关于新设北斗产教融合创新专业委员会和北斗铁路专业委员会的通知》，批准设立“北斗产教融合创新专业委员会”，对“培养未来科技创新领军人才”“造就大批产业需要的高素质应用型、复合型、创新型人才”“引导地方政府、行业企业与职业学校、高等学校全面加强合作，大力加强实训平台载体建设”等，都具有十分重要的现实意义和长远的引领作用。我国高校GNSS相关专业教育模式已经无法满足国家战略和市场的需求，如何培养具有多学科交叉融合与创新实践能力的国际化人才，以满足社会发展和行业需求，成为产教融合视域下卫星导航定位实践教学改革探索所面临的重要问题。

一、探索与研究的必要性

（一）社会需求分析

目前GNSS主要由美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗（BDS）以及欧盟的GALILEO等卫星导航定位系统构成，其为定位、导航与授时（PNT），测绘地理信息行业带来了巨大技术革新，推动了资源环境与安全大类专业升级和数字化改造。《2022中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示，2021年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达4690亿元，由基础元器件、软件和基础数据组成的上游产业，由系统集成和终端集成组成的中游产业，由运营服务构成的下游产业产值分别占比9.32%，43.39%，47.29%。未来国家需要大量的北斗卫星测绘、环境、安全等方面规模化应用的专业人才（人才缺口在70%～80%），紧密结合当前卫星导航定位“数智化”背景下的实践教学特点，拓展GNSS新形态下的“政产学研用”协同育人模式，对提升学生实践能力与专业素养、实现学校人才培养与社会实际需求结合十分必要。

（二）学生需求分析

目前部分高校测绘类、资源环境与安全大类等专业GNSS课程的实践教学对新技术、新工艺缺乏相关的实验教学条件，导致许多新知识只能是纸上谈兵，严重影响了教学质量。如：GNSS接收机卫星信息捕获与追踪，嵌入式系统与卫星导航程序设计，实时精密单点定位，GNSS高精度数据处理，GNSS变形监测，由于缺少相应的实验教学条件，因此只能通过图片和文字进行理论教学，学生缺乏直观认识与深入的实际操作体验。卫星导航定位实践教学探索，对增强理论与实践教学的紧密结合、提高教学质量十分必要。

（三）对应岗位能力要求

卫星导航技术与应用是典型的多学科交叉融合的工程技术与科学，涉及测绘、电子、计算机、通信、空间科学等多个学科，其相关职业岗位涉及大量的实践实操环节（如GNSS测量与数据处理），急缺北斗资源环境与安全等领域应用的人才，奇缺能做开发、工程、推动行业解决方案设计的复合型人才，需通过职业化教育来快速提升岗位任职能力，基于OBE理念的卫星导航职业教育的设计，将高校科研和学历学位教学经验搬到职业教育上来十分必要。

我校卫星导航定位原理与应用课程教学有近24年的历史，目前是我校测绘工程、导航工程、遥感科学与技术、地理信息科学、地理空间信息工程等专业中一门很重要的专业核心课程，为进一步完善我校卫星导航定位原理与应用大规模在线开放课程（MOOC）的实践教学部分的内容，本文拟从卫星导航定位实践教学课程思政融入、课程设计、教学方式变革、实践平台建设、科教融合机制建立、产学研合作体系构建等方面来补充与拓展该课程，进一步加强产教融合视域下卫星导航定位课程实践教学改革研究。

二、课程思政融入

课程思政融入卫星导航定位实践教学的内涵是：落实立德树人根本任务，坚持“学生中心、产出导向、持续改进”理念，以课程思政引领为驱动，通过卫星导航定位实践课程和思政理论课程融合，进行北斗精神，测绘院士求真务实精神，追求卓越、精益求精大国工匠精神等课程思政教学实践，实现学生人格品质、思维素养、职业能力“三大”提升，培养品学兼优，具有多学科交叉融合解决复杂工程问题能力、适应新经济发展和行业需求的复合型、创新应用型卫星导航定位方向工程技术人才。

课程思政融入卫星导航定位实践教学的关键是：以课程思政为指引，解决“重专业、轻素质”，构建导师团队制，为学生提供全方位、全过程指导，实现学生综合素质提升。针对单导师制在学生综合能力与素质培养过程中存在的不足，建立思政课程教学团队，提出构建包括专业教师、企业精英、人文教师、心理导师等多领域的本科生导师团队，为学生提供“导德、导能、导职、导心”的全方位指导。引进企业兼职导师15名。专业教师为学生专业知识学习提供指导，企业精英为学生未来就业和职业规划提供咨询意见，人文教师为学生人文素质培养和思想品格塑造提供专业培训、心理导师为学生情感、心理及生理问题提供辅导。导师团队制建设，拓宽了师生沟通的渠道，充分发挥了现有教师资源优势，全方位提升学生的学习能力、创新能力、合作交流能力等综合素质。

三、实践课程设计

（一）课程简介

卫星导航定位实践教学是一门实践性很强的实训课程，主要解决学生在系统学习卫星导航原理基础知识后，掌握完备的GNSS测量、数据处理与程序设计实践技能，培养学生GNSS创新应用、软硬件集成开发能力。

（二）课程内容

1.课程目标

通过GNSS测量与数据处理实践，进一步培养学生的实际动手能力和理论联系实际的能力，让学生掌握软、硬件使用操作方法和GNSS测量项目作业流程，加深专业理论知识理解。

2.课程建设思路

（1）课程建设

①瞄准学科前沿，完善教学内容，研发教学课件；②优选教学资源、虚拟仿真平台，缩短建设周期。

（2）课程教学

①建立多模态师生沟通方式；②发挥团队优势和优势教学资源整合；③线上和线下授课模式无缝链接；④教学考核方法改革。

（3）主要特色

①强调问题导向的综合设计。实验方案采用问题导向的设计方法，将知识学习和能力提升有机融合，培养学生解决复杂工程问题的综合能力和探究式的思维方式；②源于科研，反哺教学。及时将科研成果融入理论教学、实践教学、学生创新能力培养等环节，达到科研反哺教学的效果。

3.课程内容

本课程采用模块化教学方式，共分10个模块。

（1）GNSS接收机认知实践

熟悉GNSS接收机各部件的名称、功能和作用；掌握各部件的连接方法；初步掌握GNSS接收机的使用方法；完成以下任务：①认识GNSS接收机的有关性能；②认识GNSS接收机各部件；③在一测站上正确操作GNSS接收机；④正确进行测站记录。

（2）GNSS接收机原理实验

加深对GNSS接收机的基本结构和工作原理的理解，能够利用射频前端模块采集数字中频数据，并采用软件编程的方法从采集的数字中频数据中实现卫星信号的捕获、跟踪以及导航电文的解码，完成伪距等参数的获取，进行单点定位。

（3）GNSS静态数据测量与处理

①学习依照任务要求、测量规范或行业规范等选择布网方法、确定网测量精度；选点方法；绘制网设计图；②设计测量调度表；③实习GNSS静态外业作业过程；④学习和操作数据处理软件的安装；⑤观测数据检查、下载、RINEX格式的转换；⑥坐标系统的建立、选择和有关参数的输入；⑦基线处理有关参数的选择、输入、调整和处理；⑧闭合环误差的检验、有关参数的调整；⑨网平差有关参数的选择、输入、调整和平差执行。

（4）GNSS-RTK/CORS工程施工放样

①认识GNSS动态测量系统组成；②实习基准位置的选择、架设；③基准站、移动站仪器连接，数据链网络（电台或网络）设置；④移动站手薄工程建立、坐标系设置、控制点采集、放样数据导入、施工放样。

（5）GNSS-RTK/CORS地形图测绘

①认识GNSS动态测量系统组成；②实习基准位置的选择、架设；③基准站、移动站仪器连接，数据链网络（电台或网络）设置；④移动站手薄工程建立、坐标系设置、控制点采集、转换参数计算、碎部点采集、数据导出；⑤地形图绘制。

（6）项目技术总结报告书编写

①技术设计：GNSS网技术设计依据，GNSS网形、密度、精度、基准设计；②外业技术总结：任务来源，测区概况，施测单位，仪器设备，联测方法，数据质量；③内业技术总结：数据处理方案，结果精度分析，工作量计算，方案实施与规范执行情况，存在问题；④上交资料：测量任务书与技术设计书，点之记，观测计划，外业观测资料，技术总结与成果验收报告。

（7）GNSS高精度软件事后/实时数据处理

①观测数据与资料分析：全球及我国周边及内部IGS框架点，区域GNSS连续运行基准站；②高精度数据处理平台：数据处理系统设计，软硬件平台搭建环境；③GAMIT数据处理：主要参数设置，单日数据处理，GAMIT/GLOBK平差方案，精度统计与检核；④GNSS数据处理成果质量评估。

（8）GNSS程序设计与开发

掌握伪距单点定位算法设计、程序设计与开发的步骤：程序框架设计（全局变量、结构体、类），函数设计（读取广播星历、观测文件函数，时间和空间转换函数，卫星位置计算函数，伪距单点定位函数，定位结果显示与保存函数），基于C++/MATLAB等语言开发程序，实例数据验证。

（9）嵌入式系统与卫星导航程序设计

在嵌入式系统平台上，实现时间转换，坐标转换算法，实时从GNSS接收机模块的接口中获取数据，提取观测数据和卫星星历，实现利用广播星历计算卫星位置、速度、钟差、钟漂，实现利用码伪距进行单点定位与测速程序。

（10）GNSS在资源环境与安全领域中的应用

①GNSS在资源环境中的应用：气象学、灾害监测、国土测量、城镇化建设、智能交通；②GNSS在公共安全中的应用：融合北斗/GNSS/UWB/INS、RS、GIS、互联网、物联网、5G、大数据、传感器、云计算等技术，开展基于北斗的典型地质灾害、城市公共安全监测预警，低成本“北斗+”协同监测预警一体化设备研发，应急救援系统研制、灾害环境下快速应急定位组网技术研究、位置服务交通信息化管理、无人机植保与植被监测等工作，推进北斗创新应用、安全应用、可信服务应用，促进北斗产学研用融合交叉。

四、教学方式变革

在“互联网+高等教育”背景下，以卫星导航定位原理与应用MOOC课程（以下简称“GNSS MOOC”）建设为推手，加强省级和校级专业核心课程、一流课程的在线教学资源建设。以大规模在线开放课程、雨课堂等现代信息化技术为手段，运用“线上+线下”混合式创新教学理念，改变“教”与“学”传统观念，打造智能、高效的课堂教学。对现有教学资源进行优化，“线下”教学主要围绕课程知识体系展开系统性讲授，“线上”则以“问题”为切入点按照碎片式、模块化组织知识点进行针对性讲授，进而实现“以教为中心”向“以学为中心”的转变。