空间信息网络及应用课程改革实践与探索

张 晨

（南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏 南京210000）

0 引言

空间信息网络及应用课程是综合了航天技术、卫星通信技术、卫星导航定位技术、卫星遥感技术、网络技术的宽知识面、应用性课程。通过本课程的学习，让学生全面了解空间信息网络的基础理论和关键技术，理解空间信息网络的构成及各部分的工作特点，初步掌握卫星通信、卫星导航、卫星遥感等基本原理、应用现状及发展趋势。为本科学生毕业后从事空间信息网络相关工作或继续深造研究相关课题提供基本的理论基础。一方面由于空间信息网络涵盖的领域众多，需要掌握的知识点比较分散和抽象。另一方面，随着我国“天地一体化信息网络”重大工程的建设和发展，近年来空间信息产业蓬勃发展、日新月异。因此空间信息网络及应用课程如何与时俱进，综合应用各种教学手段，并在教学过程中结合前沿的技术发展和重大事件，提高学生的学习兴趣、巩固学生对知识点的掌握，并结合思政教育、培养爱国主义情怀，成为该课程教学改革的主要目标。

本文以南京邮电大学空间信息网络与应用课程的教学为例，以作者的教学实践为切入点，分析教学过程中出现的问题，在总结教学经验的基础上，归纳总结出一系列的有效措施，初步探讨空间信息网络及应用课程教学内容和教学方式的改进。

1 教学中的问题与剖析

在南京邮电大学的本科生培养计划中，空间信息网络及应用作为大类专业限选课程，可供通信工程、信号处理、自动化、智能科学与技术等专业学生选修。课程按照绪论、卫星通信及应用、卫星定位导航及应用、卫星遥感及应用，分为四大部分、七个章节。根据作者的教学经历，总结了如下问题：

（1）空间信息网络及应用课程的知识点比较分散，涉及卫星通信技术、卫星导航定位技术、卫星遥感技术、航天技术、网络技术的交叉和延伸，所需前置课程包括信号与系统、通信原理、电磁场与微波、计算机网络等多门基础课[1]。然而选修该课程的同学专业背景不尽相同，各自所学前置课程也有所区别，导致接受新知识点的能力也有所差异。因此完全相同的授课内容和教学侧重点，会使得学生对知识点的掌握程度参差不齐，严重影响了教学效果。

（2）空间信息网络及应用课程的知识点比较抽象，传统的授课方式过于单一、难以具象化，使得学生很容易对教学内容感到枯燥，必然会导致课堂教学效果不理想，学生的学习主动性也逐渐下降，对知识点的掌握不牢[2]。另一方面，近年来空间信息产业蓬勃发展，国内外空间信息领域不断涌现出新的技术，使得相应的教材内容有所滞后，所列举的卫星通信、卫星导航等系统已落后于当前的发展趋势和前沿动态。

（3）近年来面对错综复杂的国际形势，在专业课上结合课程相关内容，对学生进行思政教育显得尤为重要。我国的空间信息和航天领域的发展虽然起步晚于西方发达国家，但进入二十一世纪后，尤其是近年来的发展速度极其迅猛，如何结合我国近期的重大航天任务，培养学生爱国主义情怀，是课程教学中值得思考的问题。而传统的空间信息网络授课内容中并未关注思政教育的结合。

2 教学改革与实践

针对以上问题，作者在教学实践中采取了以下三点改进措施：

（1）坚持“因材施教”的基本原则。教学内容和方法的改进是永无止境的，也是教学改革的主要方面，更是提高教学效果的重要途径之一。然而，任何一种改进都不能背离“因材施教”的基本原则[3]。必须针对不同专业的教学班，对教学内容和方法进行“量体裁衣”，摒弃完全相同的授课计划和教学内容，分别根据不同教学班的专业背景和前置课程，调整教学侧重点和教学内容。例如，针对通信工程专业教学班，对于卫星通信相关知识点，可采用“巩固—延伸”的方法，即在通信原理等专业课的基础上，帮助学生回顾已经学习的通信基础知识，从而进一步延伸到卫星通信系统。而对于自动化、智能科学与技术等非通信类专业的教学班，由于通信原理的前置课程的缺失，需要在讲述卫星通信相关章节之前，深入浅出的讲授通信的基本知识和原理，使得学生对无线通信有了一定程度的理解后，才能够开展卫星通信相关知识点的学习。

（2）综合多种授课方式，与时俱进的引入前沿内容，提高教学效果。作者在教学实践中，在传统的幻灯片授课加教师口述讲解的基础上，引入了三维虚拟仿真演示，来激发学生的学习兴趣，强化知识点掌握。虚拟仿真作为重点建设的教学新形式，其优势在于借助先进的沉浸式体验和三维显示技术，将教学大纲的内容在计算机虚拟环境中重现出来，能够将抽象的概念具象化，并且正确真实的反映原理和现象，帮助学生更好地掌握对应的知识点[4，5]。例如，将枯燥乏味的调制编码计算、卫星通信链路设计等，转换为三维动画过程，帮助学生理解知识点，进而完成相应课堂作业，做到虚实结合、虚实互补。另一方面，在授课内容上补充前沿技术、空间信息产业最新发展，例如，可以补充我国“天地一体化信息网络”重大工程的启动，北斗三号全球导航定位系统的正式运行，以及美国太空探索公司“星链”计划等商业的实施，从而激发学生好奇心和知识额外获取的满足感。同时通过时事热点和实际应用的授课内容补充，增强学生的代入感。例如，在讲解卫星遥感的气象遥感应用时，可以播放天气预报的卫星云图视频，让他们觉得空间信息网络技术不是虚无缥缈的，而是与日常生活息息相关，进一步增强学习的兴趣。

（3）结合授课内容，加强思政教育[6，7]。首先可以通过讲解我国科技前辈艰苦奋斗的历程，激发学生奋发图强的精神，学有所成后解决“卡脖子”的技术难题。例如，在讲解卫星定位和导航相关内容时，可以用我国北斗导航卫星系统的发展为例，讲述20世纪80年代中期在国外技术封锁、国内物资匮乏的不利条件下，老一辈的科研工作者不计个人得失、无私奉献，通过几代北斗人三十多年的艰苦奋斗，终于建成了北斗三号卫星全球导航系统，系统服务能力步入世界一流行列。其次通过阐述我国航天事业和空间信息网络的发展，建立学生的民族自豪感和使命感。例如，通过在教学内容中穿插介绍“天宫”系列航天空间科学实验室、“神舟”系列载人航天飞船、“嫦娥”系列月球探测器、“天问”系列行星探测任务、“鸿雁”卫星星座通信系统、“虹云”星载宽带移动互联网络等一批我国航天事业和空间信息网络发展里程碑式的典型代表，树立我国航天大国的地位和形象，增强学生的民族自豪感和爱国主义情怀。

3 结语

本文以空间信息网络实际教学中遇到的问题作为切入点，对教学内容和教学方法进行了改进和革新。主要阐述了针对不同专业的教学班，综合应用各种教学手段，引入空间信息网络的前沿的技术发展和产业动态，并结合教学内容进行思政教育。本文提出的教学方法和教学内容的改进仅是初步的探索，必须在教学实践中根据学生的课堂反映和课后的作业反馈，实时调整教学方法[8]，最终达到提高教学效果的目的。