摘要：導航、定位與授時(PNT)是全球衛星導航系統(GNSS)的三大基本功能，北斗衛星導航系統(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產業輸送專業人才，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產業發展的教學改革方向，提出了三點有針對性的改革舉措：構建面向PNT應用需求的人才培養新模式、創新測繪工程實踐教學平臺建設和建立基于創新能力培養的教學實踐模式。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，有助于實現面向衛星導航領域需求的應用型、創新型人才培養，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)是全球衛星導航系統(globalnavigationsatellitesystem,GNSS)的三大基本功能，最初只是運用于軍事領域，現已拓展至交通、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，為經濟社會活動提供了重要的時空基準。隨著以北斗衛星導航系統(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體系是當前衛星導航領域的研究熱點。
對測繪類高等院校而言，如何培養面向PNT應用需求的專業技術人才，是現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”全面提高人才培養能力的意見，依托江西省“雙一流”學科建設點，探索傳統測繪工程專業向多學科交叉融合方向轉變的途徑，突出前沿性、交叉性與綜合性的教學內容，創新測繪工程實踐教學平臺建設，構建面向PNT應用需求的人才培養新模式，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，對我國衛星導航定位人才培養提出了更高的要求;如何培養實踐創新人才是PNT產業發展的關鍵，也是當前測繪類高等院校亟需思考的問題。現代測繪技術取得了長足的進步，也凸顯了現行的傳統測繪實踐教學的不足，主要表現如下：
1)培養目標與課程體系未體現PNT應用需求，缺乏支撐PNT產業應用需求的實踐教學體系;2)現有的實踐教學理念落后，實踐教學平臺培養的學生缺乏實踐創新能力，與社會需求存在嚴重的脫節;3)教學內容陳舊、教學方式單一，與應用創新型人才培養需求的結合不夠緊密，且專業理論課程與國家發展戰略融合不深入等。因此，有必要對現有的教學理念、教學平臺和教學內容等進行全方位的改革，以促進應用創新型人才的培養。
2面向PNT應用需求的大學生實踐創新能力培養
2.1構建面向PNT應用人才需求的本科生實踐創新能力培養體系
針對當前實踐創新能力培養環節的不足，課程教學團隊依托現有的教學和科研平臺，從教學理念、教學體系、教學內容和手段等方面進行系統化教學改革，建立面向PNT應用需求的本科生實踐創新能力培養體系。首先，確立“立足PNT應用產業需求，緊跟學科發展趨勢，夯實與強化工程實踐能力，提高創新能力”的教學理念，并貫穿于理論和實踐教學各環節中，構建凸顯PNT應用服務中多學科交叉融合的培養方案。
為面向PNT應用需求的實踐教學課程體系結構，包含了《GNSS原理及應用》《GNSS數據處理》《地理信息系統》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人才培養提供豐富多樣的專業課程，有助于提高學生的理論水平和實踐能力。其次，構建以教師為主導、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、衛星導航定位專業技能訓練、創新意識訓練等層次遞進的實踐教學模塊構成。
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新能力在最適合自身發展的平臺中得到更高層次提升。
第三，優化PNT體系服務方向實踐教學內容。在實踐教學體系方面，突出強化衛星導航和位置服務基礎(“厚”)，著重培養具備堅實穩固的專業技能(“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，強化面向導航和位置服務的軟件操作以及解決工程問題能力的培養;積極引導本科生參與創新創業項目(“尖”)。
通過“測繪綜合技能實訓”“專業創新創業實踐”課程以及“華東交通大學筑創工程項目”為本科生科技創新提供課程與平臺支撐，實現本科生科技創新能力的培養。通過融合“厚”“精”“尖”，進而實現構建面向高精度PNT應用人才培養需求的實踐、創新能力培養體系。同時通過開設面向導航和位置服務的系列課程，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方案。
第四，創新實踐教學方法，采用自主式、合作式、研究式相結合的方法開展實踐教學。“自主式”主要依托校內實踐基地，以學生自主實驗為主、教師指導為輔的方式進行，完成衛星導航定位原理相關基礎實踐能力培養與訓練;“合作式”主要依托產學研實踐基地，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，結合實踐教學平臺，以創新創業項目為基礎，指導學生參與科技創新課題的方案制定、實驗數據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應用型、創新型高質量專業技術人才的培養。
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有的測繪工程專業教學資源，構建面向PN體系服務的實踐教學平臺。圖中從左至右依次是GNSS數據采集、數據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”配備了多形態的GNSS信號模擬和數據采集的設備;“數字測繪實驗中心”是GNSS數據處理端口，包含多種商用和自主開發的數據處理軟件;“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測提供了各種應用場景。
其次，充分利用網絡資源建立“互聯網”教學平臺， 為本次教學改革準備的衛星導航和位置服務相關課程網絡教學資源;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時間序列精密數據處理是課程的教學重點，教學團隊根據教學需求自主研發了數據處理程序。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“多源衛星測高數據提取軟件”，實現了多種經驗模態分解降噪算法和共模誤差分離算法，輔助了GNSS數據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，結合大學生科技創新項目、測繪科技論文大賽、測繪實踐技能競賽等項目，引導學生培養科技創新能力。在此基礎上，結合學業導師制建立了大學生科技創新的保障機制，學業導師對本科生進行指導與監督，通過上述實踐環節全方位培養學生方案設計、數據分析、撰寫報告和成果匯報等能力。
第三，為充分發揮實踐教學平臺在人才培養中的作用，提高本科生的創新能力，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觀測技術構建的面向導航和位置服務的實驗項目為框架，并注重本科生程序設計與創新能力的培養。通過多層次培養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，校企共建產學研結合的人才培養平臺。充分利用衛星導航行業企事業單位的先進技術，將衛星導航產業人才能力要求引入課程實踐教學環節之中，實現校企全方位、多層次的深度合作，構建以教學、科研、培訓為一體的創新人才培養體系。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新能力。
2.3構建面向導航和位置服務的應用型創新人才培養新模式
第一，結合導航和位置服務應用需求，提出了“綜合集成、深化交叉、實踐創新”的教學內容規劃方法及人才培養新模式。“綜合集成”以多層次理論和實踐課程體系為基礎，優化整合優秀師資并有效結合所構建的實踐教學平臺，完善人才培養體系建設。“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展趨勢，因而在培養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。“實踐創新”通過深度融合大學生科技創新創業項目、測繪專業競賽等，加強本科生創新能力的培養。通過施行“綜合集成、深化交叉、實踐創新”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模式。
第二，建立高水平的面向導航和位置服務課程教學團隊，安排具有豐富教學經驗的教授和青年教師承擔相關理論和實踐課程教學工作，引導學生進行專業學習和創新創業項目，充分發揮教師在人才培養中的引導作用，全面提高人才培養質量。第三，優化教學評價機制，改革課程考核方式，提高多元化能力表現在考核中的比重。通過“測繪程序設計與開發”“導航專項技能訓練”和“專業創新創業實踐”等課程以及創新創業項目加大面向導航和位置服務的實踐訓練，以培養學生創新意識和創新能力。
研究成果與成效
1)本科生實踐創新能力提升顯著。本科生參加測繪專業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，在學業導師指導下獲批校級大學生創新創業項目，多名本科生以第一作者發表SCD論文、發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”已在本科生畢業設計、教師和研究生科研發揮了重要作用;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兄弟院校測繪工程及其他相關專業的實踐教學中得到推廣應用。
結束語
本文緊密結合PNT應用的國家重大戰略需求，探索傳統測繪工程專業向多學科交叉融合轉變的途徑與方式，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容，創新測繪工程實踐教學平臺建設，構建面向高精度GNSS應用的人才培養新模式，建立了基于創新能力培養的教學實踐模式;以培養學生創新意識、創新思維和創新能力，實現面向衛星導航領域需求的應用型、創新型人才培養，并取得了顯著成效。研究成果對于省內外測繪類本科教學改革提供實踐借鑒，在人才培養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
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