面向PNT应用需求的实践创新能力培养体系探索

　　摘要：导航、定位与授时(PNT)是全球卫星导航系统(GNSS)的三大基本功能，北斗卫星导航系统(BDS)的全面建成，对PNT应用人才提出更加迫切的需求，如何为PNT产业输送专业人才，成为当前测绘类高等院校亟需思考的问题。在深入分析当前GNSS实践教学存在不足之处的基础上，明确了适应PNT产业发展的教学改革方向，提出了三点有针对性的改革举措：构建面向PNT应用需求的人才培养新模式、创新测绘工程实践教学平台建设和建立基于创新能力培养的教学实践模式。教学实践证明：面向PNT应用的多元化、开放式、综合性实践课程体系，有助于实现面向卫星导航领域需求的应用型、创新型人才培养，为测绘类本科教学改革提供理论指导和实践借鉴。

　　关键词：导航;定位;实践教学;教学改革

　　0引言

　　定位、导航与授时(positioning,navigationandtime,PNT)是全球卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem,GNSS)的三大基本功能，最初只是运用于军事领域，现已拓展至交通、测绘、通信和公共服务设施等各个领域[1。PNT服务作为国家信息建设的基础要素，为经济社会活动提供了重要的时空基准。

　　随着以北斗卫星导航系统(BeiDounavigationsatellitesystem,BDS)为核心的国家综合PNT体系的提出[3]，如何建设以BDS为核心、更加融合和智能的综合PNT体系是当前卫星导航领域的研究热点。对测绘类高等院校而言，如何培养面向PNT应用需求的专业技术人才，是现阶段测绘工程本科教育亟须解决的问题之一[4]。

　　本文紧密结合PNT应用的重大社会需求，全面落实教育部关于“加快建设高水平本科教育”全面提高人才培养能力的意见，依托江西省“双一流”学科建设点，探索传统测绘工程专业向多学科交叉融合方向转变的途径，突出前沿性、交叉性与综合性的教学内容，创新测绘工程实践教学平台建设，构建面向PNT应用需求的人才培养新模式，并在教学实践中取得了显著成效。

　　1当前GNSS相关课程的实践教学现状

　　BDS的全面建成，使我国正成为全球最大的导航和位置服务应用市场，对我国卫星导航定位人才培养提出了更高的要求;如何培养实践创新人才是PNT产业发展的关键，也是当前测绘类高等院校亟需思考的问题。现代测绘技术取得了长足的进步，也凸显了现行的传统测绘实践教学的不足，主要表现如下：

　　1)培养目标与课程体系未体现PNT应用需求，缺乏支撑PNT产业应用需求的实践教学体系;2)现有的实践教学理念落后，实践教学平台培养的学生缺乏实践创新能力，与社会需求存在严重的脱节;3)教学内容陈旧、教学方式单一，与应用创新型人才培养需求的结合不够紧密，且专业理论课程与国家发展战略融合不深入等。

　　因此，有必要对现有的教学理念、教学平台和教学内容等进行全方位的改革，以促进应用创新型人才的培养。

　　2面向PNT应用需求的大学生实践创新能力培养

　　2.1构建面向PNT应用人才需求的本科生实践创新能力培养体系针对当前实践创新能力培养环节的不足，课程教学团队依托现有的教学和科研平台，从教学理念、教学体系、教学内容和手段等方面进行系统化教学改革，建立面向PNT应用需求的本科生实践创新能力培养体系。

　　首先，确立“立足PNT应用产业需求，紧跟学科发展趋势，夯实与强化工程实践能力，提高创新能力”的教学理念，并贯穿于理论和实践教学各环节中，构建凸显PNT应用服务中多学科交叉融合的培养方案。图为面向PNT应用需求的实践教学课程体系结构，包含了《GNSS原理及应用》《GNSS数据处理》《地理信息系统》等介绍导航定位基本理论的核心课程，《控制测量学》和《变形监测与灾害预报》等基本工程技能训练的实践课，以及《测绘综合技能实训》和《位置服务与实践》等综合应用实践训练课程，为PNT人才培养提供丰富多样的专业课程，有助于提高学生的理论水平和实践能力。

　　其次，构建以教师为主导、学生为主体、教学督导为补充的多元化、开放式实践教学新模式。该模式主要由基础技能训练、卫星导航定位专业技能训练、创新意识训练等层次递进的实践教学模块构成，如表所示。其中，基础实验模块夯实技能基础，进阶实验模块强化工程实践能力，创新实验模块提升学生工程综合能力。通过分阶段、多层次、全方位的培养模式，使学生的实践操作和综合能力得以逐步提高，同时也使学生的科技创新能力在最适合自身发展的平台中得到更高层次提升。

　　第三，优化PNT体系服务方向实践教学内容。在实践教学体系方面，突出强化卫星导航和位置服务基础(“厚”)，着重培养具备坚实稳固的专业技能(“精”)，拟通过开设“导航专项技能训练”和“地表运动与变形分析”等特色课程，强化面向导航和位置服务的软件操作以及解决工程问题能力的培养;积极引导本科生参与创新创业项目(“尖”)。

　　通过“测绘综合技能实训”“专业创新创业实践”课程以及“华东交通大学筑创工程项目”为本科生科技创新提供课程与平台支撑，实现本科生科技创新能力的培养。通过融合“厚”“精”“尖”，进而实现构建面向高精度PNT应用人才培养需求的实践、创新能力培养体系。同时通过开设面向导航和位置服务的系列课程，形成面向PNT应用需求的多层次理论与实践课程体系，并确定凸显导航和位置服务学科交叉融合需求的人才培养方案。

　　第四，创新实践教学方法，采用自主式、合作式、研究式相结合的方法开展实践教学。“自主式”主要依托校内实践基地，以学生自主实验为主、教师指导为辅的方式进行，完成卫星导航定位原理相关基础实践能力培养与训练;“合作式”主要依托产学研实践基地，为本科生提供BDS实践课程，并以丰富的软硬件和实际工程项目作为课程支撑;“研究式”以教师团队的科研课题为支撑，结合实践教学平台，以创新创业项目为基础，指导学生参与科技创新课题的方案制定、实验数据的处理和分析等工作。通过多层次、多元化的实践教学方式实现应用型、创新型高质量专业技术人才的培养。

　　2.2建立面向PNT应用的开放式、多元化和研究型实践教学平台

　　第一，充分整合华东交通大学现有的测绘工程专业教学资源，构建面向PN体系服务的实践教学平台。从左至右依次是GNSS数据采集、数据处理和工程应用等全过程的实践教学平台，分别是“工程测量实验室”“数字测绘实验中心”和“江西省智能交通基础设施工程研究中心”。

　　其中，“工程测量实验室”配备了多形态的GNSS信号模拟和数据采集的设备;“数字测绘实验中心”是GNSS数据处理端口，包含多种商用和自主开发的数据处理软件;“江西省智能交通基础设施工程研究中心”则为导航定位技术在交通基础设施的工程监测提供了各种应用场景。

　　其次，充分利用网络资源建立“互联网”教学平台，为本次教学改革准备的卫星导航和位置服务相关课程网络教学资源;为学银在线平台中东华理工大学肖根如老师的“GPS原理与应用”课程，被选为学生自主学习的线上资源;“ECJTU测绘工程交流平台”用于发布实践教学信息和教学成果推广[10]，课件为精密工程测量双语教学课件。

　　另外，GNSS时间序列精密数据处理是课程的教学重点，教学团队根据教学需求自主研发了数据处理程序。分别为“基于开源矩阵实验室(matrixlaboratory,MATLAB)平台的GNSS时间序列分析与降噪软件”和“多源卫星测高数据提取软件”，实现了多种经验模态分解降噪算法和共模误差分离算法，辅助了GNSS数据处理的实践教学工作[11]。

　　第二，以“江西省智能交通基础设施工程研究中心”为依托，结合大学生科技创新项目、测绘科技论文大赛、测绘实践技能竞赛等项目，引导学生培养科技创新能力。在此基础上，结合学业导师制建立了大学生科技创新的保障机制，学业导师对本科生进行指导与监督，通过上述实践环节全方位培养学生方案设计、数据分析、撰写报告和成果汇报等能力。

　　第三，为充分发挥实践教学平台在人才培养中的作用，提高本科生的创新能力，提出开放式、多元化、研究型的实践教学平台建设思路[12]。为此，设计以多源GNSS观测技术构建的面向导航和位置服务的实验项目为框架，并注重本科生程序设计与创新能力的培养。通过多层次培养体系保障本科生进行导航定位基础理论学习，同时为学生参与竞赛和科研项目提供实践平台。

　　第四，校企共建产学研结合的人才培养平台。充分利用卫星导航行业企事业单位的先进技术，将卫星导航产业人才能力要求引入课程实践教学环节之中，实现校企全方位、多层次的深度合作，构建以教学、科研、培训为一体的创新人才培养体系。学校先后与江西省测绘应急保障中心、江西省基础测绘院和武汉航天远景科技有限公司等企事业单位共建了教学实习与实践研究基地，这些基地有效提高了学生解决工程实践问题和科技创新能力。

　　2.3构建面向导航和位置服务的应用型创新人才培养新模式

　　第一，结合导航和位置服务应用需求，提出了“综合集成、深化交叉、实践创新”的教学内容规划方法及人才培养新模式。“综合集成”以多层次理论和实践课程体系为基础，优化整合优秀师资并有效结合所构建的实践教学平台，完善人才培养体系建设。“深化交叉”考虑到测绘各分支学科的交叉集成已形成一个发展趋势，因而在培养方案中增设一系列学科交叉课程，如“空间定位技术及应用”“高速铁路工程测量”等。“实践创新”通过深度融合大学生科技创新创业项目、测绘专业竞赛等，加强本科生创新能力的培养。通过施行“综合集成、深化交叉、实践创新”的教学理念，进一步形成了凸显导航定位服务特色方向的人才培养模式。

　　第二，建立高水平的面向导航和位置服务课程教学团队，安排具有丰富教学经验的教授和青年教师承担相关理论和实践课程教学工作，引导学生进行专业学习和创新创业项目，充分发挥教师在人才培养中的引导作用，全面提高人才培养质量。第三，优化教学评价机制，改革课程考核方式，提高多元化能力表现在考核中的比重。通过“测绘程序设计与开发”“导航专项技能训练”和“专业创新创业实践”等课程以及创新创业项目加大面向导航和位置服务的实践训练，以培养学生创新意识和创新能力。

　　研究成果与成效

　　1)本科生实践创新能力提升显著。本科生参加测绘专业竞赛的热情不断高涨，并在多项赛事中屡获佳绩，如获得2021年全国大学生测绘系列赛事特等奖项、一等奖项、二等奖项以及多个无人机技能竞赛和数学建模竞赛的奖项。此外，越来越多的本科生参与到教师的科研项目，在学业导师指导下获批校级大学生创新创业项目，多名本科生以第一作者发表SCD论文、发表计算机软件著作权等。

　　2)相关成果与应用情况。“空间定位与导航实验教学平台”已在本科生毕业设计、教师和研究生科研发挥了重要作用;教师教学科研能力得到社会认可，出版了《ModellingGeodeticTimeSeriesAnalysisinEarthSciences》和《GNSS原理与应用》等凸显导航和位置服务学科进展的教材;面向应用型PNT应用相关人才需求的立体化教学体系已在江西省内兄弟院校测绘工程及其他相关专业的实践教学中得到推广应用。

　　结束语

　　本文紧密结合PNT应用的国家重大战略需求，探索传统测绘工程专业向多学科交叉融合转变的途径与方式，吸纳导航定位领域理论知识与实践成果，突出前沿性、交叉性与综合性的教学内容，创新测绘工程实践教学平台建设，构建面向高精度GNSS应用的人才培养新模式，建立了基于创新能力培养的教学实践模式;以培养学生创新意识、创新思维和创新能力，实现面向卫星导航领域需求的应用型、创新型人才培养，并取得了显著成效。研究成果对于省内外测绘类本科教学改革提供实践借鉴，在人才培养方案和课程体系改革中具有一定的参考价值。

　　参考文献：

　　[1]李旭,王建春,李玉善等.基于智能交通系统的车路一体化实践教学平台探索[J].实验技术与管理,2019,36(10):1822.

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　　[3]杨元喜综合PNT体系及其关键技术[J].测绘学报,2016,45(5):505510

　　[4]杨元喜北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报,2010,39(1):16.

　　[5]花向红,许才军,邹进贵,等.信息化测绘创新实验平台[J].实验室研究与探索,2013,32(7):153156.

　　[6]汪志明.测绘工程实验教学示范中心建设初探[J].测绘信息与工程,2010,35(4):5152

　　[7]王华,陶庭叶“GPS测量原理与应用”课程教学改革实践[J].测绘通报,2016(6):138141.

　　[8]刘淑琼汤俊面向“GNSS原理与应用”课程的综合实验平台构建[J].测绘工程,2020,29(4):7780.

　　作者：黄征凯，赵泽惠，聂启祥，贺小星，王海城