“卫星导航定位原理及应用”线上线下混合教学改革与探索＊

张 冰，许宝成，马开锋，丁 婷

（华北水利水电大学测绘与地理信息学院，河南 郑州 450011）

1 引言

北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要自主建设运行的全球导航卫星系统，可以为全球用户提供全天候、全天时的高精度定位、导航、授时等服务。它是继高铁和核电站之后的第三张国家名片。测绘行业在当前社会发展中扮演着越来越重要的角色，智慧城市、智慧小区、智慧校园的诞生，使得人们的生活更加方便、快捷，5G时代的位置信息服务，也离不开定位信息。学好“卫星导航定位原理及应用”课程势在必行，如何使学生在有限课时内学好这门课程，是需要授课教师解决的主要问题。采用传统的授课方式难以达到教学目标，必须采用新的教学模式。本课题组积极研究线上线下混合教学模式，并积极地探索改革，使学生可以在有限时间内学好本门课程。

2 开展“线上线下”混合式教学的必要性

“卫星导航定位原理及应用”课程的教学，需要教师针对课程中GNSS测量原理、误差来源、测量设计与实施、数据处理等内容进行详细讲解，同时还应让学生了解GNSS的应用。对学生而言，卫星导航定位知识比较抽象，涉及的知识面广，如“计算机”“数学”“数据结构”“软件工程”“计算机图形学”“数值分析”“Web GIS网络编程”等课程，同时要想更好地发挥卫星导航定位的应用，还要熟悉“城市规划”“生态环境评价与规划”“旅游资源开发与规划”等课程。该课程应充分了解和认识到社会发展的特点以及学生的认知特点，通过引进最新的信息技术促使教学模式有一个质的飞跃和提升。通过利用先进的信息技术，尤其是疫情期间各教学平台的推出与不断完善，为“卫星导航定位原理及应用”教学提供了有力的支持，保障了线上教学有序进行。

通过开展“线上线下”混合式教学，有助于教师在教学活动中结合知识点，为选取不同教学策略提供了保障，包括微课、多媒体教学及课下实践等，顺利完成了理论与实践的结合。通过“线上线下”混合教学模式，教学团队可以搭建“卫星导航定位原理及应用”的信息化教学与实践平台（其中实验教学拟采用虚拟仿真实验与线下实验相结合的模式），融合多方资源，共建教学科研实践基地，从而探索出一条在有限课时内，使学生能够深刻理解“卫星导航定位原理及应用”的理论，熟练操作仪器，进行数据处理，顺利完成工程教育专业认证的课程目标。

3 开展“线上线下”混合教学模式改革的策略

3.1 编制“线上线下”混合式教材

基于“线上+线下”混合的教学模式，各院校教研人员应从适应行业发展与时代发展的角度出发，编制适用于“线上+线下”教学模式的新型数字化教材。教研人员应对传统教材进行改革，新教材仍以纸质版教材为主，同时提供多种线上辅助资源，如微课、图片、视频和在线测试等。新教材还应具备动态性，即能够根据行业的发展对教材内容及时进行更新：对教材进行新知识、新技术的内容更新。

教材编制过程中，以实际工程项目为背景，严格遵循“项目导向、任务驱动”这一基本法则，充分体现理论与实践的有机结合。根据BDS、GALILO等导航卫星系统的发展对教材内容进行适时更新，彰显时代特征，同时借助先进的理论与真实的案例丰富教材内容，把注册测绘师的部分案例分析融入到教材。“卫星导航定位原理及应用”的混合式教学能推动新型数字化教材的编写和教师的教学、研究水平，“互联网+教材”是一种可以把教学和信息技术结合起来的新形式教材。

3.2 完善“线上线下”混合式教学模式

传统教学模式由于受课时限制，无法给学生提供自由讨论、观看课程视频、组织研讨的时间。如果采用“线上线下”混合教学模式，上述问题便可解决。教师可以将上课要讨论的问题、资料线上发给学生，让学生在课前进行，在课堂教学中，学生有备而来，教师可以有更多时间引导他们在课程广度和深度上进行拓展与挖掘。容易掌握的知识部分学生在线上教学时就可以学会，疑惑的部分可在课堂教学中教师着重来为学生答疑解惑，或是在课堂上通过小组讨论和课题展示加深学生对知识点的理解度。

“线上线下”混合式教学，需要授课教师结合课程特点进行科学合理的组织、设计，把线上和线下贯穿起来。这种“因课施教”的组织设计最费精力，也最能考验教师的智慧，同时也是这一新型教学模式的精髓所在。

3.3 “线上线下”混合教学的实施

3.3.1 课前准备

微课的制作是线上备课内容最重要的方式。微课的制作流程为：选题—教案编写—制作课件—教学实施与拍摄—后期制作—教学评价反思。

微课的选题是微课制作最关键的一环，一节微课一般只讲授一个知识点，对于这个知识点的选择，关乎知识结构的设计。用教学重点难点来制作微课，是较好的选择，符合微课制作的初衷：教学资源分享，为学生解惑、启发教学。

微课的制作应适合多媒体表达。微课作为一种媒体，内容的设计要适合多媒体特性。对于不适合使用多媒体表达的内容，制作微课反而是画蛇添足，会使教学过程平庸无奇，令观看者失去学习欲望。微课的选题应适合多媒体表达，适合加入丰富的图形、图像、动画、视频等教学资源。

3.3.2 课堂理论授课

“卫星导航定位原理及应用”是测绘工程专业的一门核心必修课，主要任务是培养学生针对复杂测绘工程问题能提出合理的研究方法和技术路线，具有很强的理论性和实践性。教师在讲课中应紧密结合工程实际，实现教材和工程技术零对接，授课内容应丰富、实用，授课方式应多样、直观。授课集板书、PPT、动漫、影像、现场录像等多种手段于一体，丰富课堂，同时教师上课应有激情、有耐心，应传递给学生满满的正能量。课堂是教育教学的主阵地，只有课堂进行了革命，教育才能真正革新。要紧紧抓住“45 min”课堂主战场，开展“线上线下”混合式教学改革，全面实施互动式教学、启发式教学和批判式讨论教学等。

3.3.3 实验环节

对于某些难以用语言表达的实验教学内容通过视频进行展示。如在讲授GNSS接收机的仪器构造与操作方法等内容时，通过放映教学视频，或在多媒体课件中插入动画和视频的手段帮助学生理解教学内容。尤其是基于虚拟仿真技术的GNSS-RTK（全球导航卫星系统实时动态定位技术）测量实验教学，在仪器数量、类型不足的情况下，学生可在计算机上进行GNSS测量虚拟仿真实验，以得到较好的教学效果。

3.3.4 实习环节

“卫星导航定位原理及应用”是一门实践性很强的课程，学生通过实验、实习，掌握利用GNSS技术进行导航、数据采集、控制测量和放样等测绘工作，使所学理论知识与实践相结合，巩固和加深对新知识的理解，增强学生的动手能力，培养和提高学生利用所学理论知识解决实际问题的能力。

实习内容主要包括：①GNSS静态测量外业观测和内业数据处理。采用GNSS静态测量技术，在实习区域内布设控制网。具体实习内容包括技术设计、选点、外业观测计划、外业观测、数据传输、基线解算、网平差、成果质量控制、技术总结。②GNSS实时动态（RTK）测量。通过实习会建立坐标系、会建立参考站及流动站配置集、会参考站及流动站的野外工作。③GNSS导航测量。利用导航GNSS接收机进行导航，会存储并查看导航点坐标、方位以及航点在航迹线或数字地图上的实时位置，最后利用导航方法计算某一区域的航迹面积。

3.3.5 评价机制

积极探索线上和线下融合、过程性评价与终结性评价相结合的多元化考核评价模式，促进学生自主性学习、过程性学习和体验式学习。理论课课程成绩由过程性考核和终结性考核综合评定，平时出勤和课上、线上互动占20%，实验课成绩占20%，期末考成绩占60%。实习课课程成绩由出勤率（约占30%）、实习各项工作的参与度（约占20%，由小组成员之间互评）、实习报告的撰写（约占20%）、实习结束后每个学生进行仪器的操作考试（约占30%）组成。

3.3.6 教研能力提升

在实施“卫星导航定位原理及应用”课程线上线下混合式教学过程中，教研人员是教学方案的执行者，也是教学互动的引领者，对教研人员有较高要求。首先，院校应积极对教研人员开展培训，使其熟悉现代的各种教育平台，高效开展新形式下的教学活动；其次，院校应注重培养教研人员的工程实践经验，使得教学过程中更好地做到理论联系实际；最后，教研人员应对自身提出更高要求，通过网课等形式不断学习，提高自己的理论与实践水平。

3.3.7 主要创新点

采用创新性教学理念。通过制作“卫星导航定位原理及应用”的精品MOOC（慕课）以及根据不同的内容探索不同的授课方式等，打造一体化线上线下金课，同时围绕着“卫星导航定位原理及应用”课程教学的重点和难点，采用线上线下相结合的创新型教学方法，通过线上线下资源的优势互补，有效帮助学生深刻记忆、理解教学重点和难点。

采用启发式教学理念。将理论教学重点讲深讲透，使学生能举一反三。“卫星导航定位原理及应用”这门课程理论性知识较少，实践性知识很多。基于此，在授课时就要理论结合实践来进行，课堂上应以实验方法为重点与基础，通过具体的实践来讲述该课程的理论知识，达到最佳教学效果。

紧密结合测绘工程专业，围绕卫星导航定位技术课程，结合线上与线下教学，将理论与实践有效地融合在一起，同时发展创新“线上线下”教学方式，将优质课堂呈现于学生面前，完成教学目标。

4 结语

“线上线下”配合的教学方法充分体现了信息技术的有效利用，只有加强信息技术的利用，才能有效地改变传统教学模式。将创新发展的教学方式充分利用到课堂上，有效地提高了学生学习的积极主动性，让学生通过实践掌握理论知识，提高专业人才培养。在停课不停学期间，全国启动了“停课不停学”专项行动，随着各线上教学平台的不断完善和成熟，线下教学与线上教学相互融合，以线下为主，线上为辅的混合式教学模式会成为常态。