爱国情怀与国际视野相融合的导航技术特色化教育教学改革

王融，熊智，刘建业，赵伟

（南京航空航天大学自动化学院导航研究中心 江苏 南京 211106）

定位与导航技术是研究对运载体进行定位与导航的技术科学，其发展对改变人类的生产和生活方式带来了深刻的影响，是航空航天国防装备领域的关键科学技术，也是实现移动互联网、物联网、车联网及智慧城市的重要技术[1]。伴随中国北斗三号系统的全面建成，新时代北斗精神展示着服务世界、造福人类的大国胸怀，也为导航技术课程教育教学改革带来了新的契机[2]。

定位与导航技术课程是南京航空航天大学航空及航天特色的课程，也是南京航空航天大学“导航、制导与控制”国家重点（培育）学科和工信部国防特色学科的支撑性专业课程。进入21世纪以来，为适应导航技术的快速发展和人才培养的需求，本课程组先后开设了“定位与导航系统”本科生课程、“现代导航系统理论”研究生课程两门导航技术综合课程以及“全球卫星导航系统”等多门专门课程。随着国际学术交流的日益频繁，国际化学术能力培养在工科教育与人才培养中扮演着越来越重要的角色。同时，与国外学术交流和人才互访也带来了对国外工科教育教学模式和外文原版教材的逐步了解，为在教学实践中采用外文原版教材课程教学带来了新的契机。

本文依托教育部产学合作协同育人项目、南京航空航天大学教育科学与改革专项课题和教学改革与建设项目（课程建设类），结合当前我国北斗卫星导航系统快速发展这一现代科学技术热点，提出爱国情怀与国际视野相融合的导航技术特色化教育教学体系，使学生理解导航技术基础理论、了解导航技术在日常生产生活中的重要性和广泛性，为学生就业及进一步深造打下良好基础，并激发学生爱国、爱校、爱航天事业的情怀，培养兼具爱国情怀和国际视野的新时代科技后备人才。

1 导航技术课程建设面临的新形势

在本课程组开展本科生“定位与导航系统”、研究生“现代导航系统理论”课程的教学实践过程中，积累了不少有益经验。随着我国自主研发的北斗卫星导航系统的全面建成以及在国内国际多领域的广泛应用和快速发展，为导航技术系列课程的教学带来了新的机遇与挑战，主要有以下几点：

1.1 北斗导航系统的快速发展，极大振奋了青年学子科技报国的信心

从1994年北斗一号工程立项开始，导航科技工作者秉承科技报国的使命情怀，在陌生领域从无到有进行全新探索，推动北斗全球卫星导航系统闪耀浩瀚星空、服务中国与世界。从北斗一号、北斗二号、北斗三号“三步走”发展战略决策，到有别于世界其他国家技术路径设计，再到用两年多时间高密度发射18箭30星，北斗卫星导航系统从无到有、从有到优、从区域到全球的发展历程，孕育了新时代北斗精神。新时代北斗精神蕴含着不忘初心、牢记使命的报国信念。新时代北斗精神折射着自强不息、苦干实干的民族品格，矢志不渝地铸造国之重器，是新中国成立以来一代代科技工作者的执着信念和不懈追求，科技报国情怀应融入新时代导航技术课程教学中，在青年学子中接续传承。

1.2 北斗导航系统的全球化应用，对教学中国际化视野的拓展提出了新要求

推动构建人类命运共同体是中国作为一个负责任大国的担当和追求，北斗的应用不仅仅限于国内国防经济社会发展，如今的北斗，与美国、俄罗斯、欧洲卫星导航系统的兼容与互操作持续深化，向“一带一路”沿线国家和地区亿级以上用户提供服务，相关产品出口120余个国家和地区，基于北斗的国土测绘、精准农业、数字施工、智慧港口等已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲成功应用，是人类命运共同体国际友谊的现代科技纽带和桥梁[3]。伴随2020年中国北斗三号系统的全面建成，新时代北斗精神展示着服务世界、造福人类的大国胸怀。推动构建人类命运共同体是中国作为一个负责任大国的担当和追求，北斗就是践行这一重要理念的中国品牌和中国名片。在导航技术课程的教学中，在立足中国特色的同时，更应贯穿国际化视野的技术创新思维。

1.3 现有纸质教材的更新步伐，已难以适应日新月异的导航新技术发展

现有的导航系统理论与应用教材，使用在教学和学生导航基础知识体系的构建中发挥了重要作用，是很多导航专业学生的入门资料。近年来，导航技术发展十分迅速，针对导航系统理论与应用教材的“理论”与“应用”两个方面都提出了新的要求。各类载体无人化发展趋势，如无人车自动驾驶、无人机巡检和农业植保应用、机器人物流和分拣、智能制造装配、月球及火星深空探测和自动取样返回等任务的快速发展，大大拓展了导航技术的应用；从蛟龙号深海探测到祝融号深空火星巡视，从国民经济到日常生活，导航技术已无时无处不在[4]。而现有纸质教材受限于传统出版模式的周期，难以及时跟进导航技术的快速更新，在实际授课中需要逐步延伸扩展以不断适应技术发展的新趋势。

1.4 个人导航设备的快速普及，为导航课程教学实际操作和演示提供了良好的条件

在南京航空航天大学导航课程开设初期，商用低成本导航器件尚未成熟，所涉及的导航技术主要是面向航空航天应用，导航系统和传感器价格昂贵。在教学过程中通常采用制作的原理模型进行演示教学，或对导航系统零部件进行静态观摩，学生在学习过程中难以获得导航系统的实际操作机会，缺乏直观生动的导航过程实际体验。随着近年来商用低成本导航器件的大范围推广和个人导航设备的快速普及，除手机外，电子手环、共享单车、无人机等均具备位置信息输出能力，同时网约车平台、外卖送餐、实时公交、在线物流定位等位置服务相关的生活应用不断涌现[5]，为在导航课程实际教学过程中设计每位学生可实际操作体验的教学环节创造了良好的条件。

2 导航技术课程建设新模式的提出

我国“北斗三号”全球卫星导航系统的全面建成，为“一带一路”沿线国家的经济社会发展带来了新的应用潜力，也在中国学生和相关国家来华留学生中引起热烈反响和强烈的学习兴趣。随着北斗全球卫星导航系统及其应用技术走出国门，围绕“一带一路”沿线国家发展急需的学科专业开展专业技术教育成为加快推进高校教育国际化的重中之重。在扩大“一带一路”沿线国家来华留学生规模的同时，需要造就完备的中国学生国际化教育和来华留学生教育管理制度体系、保证留学生教育的质量、制定符合中国学生国际化培养要求的课程体系和管理办法，以适应来自不同层次不同国家学生的需求。通过培养高质量的来华留学生，有利于提升我校的国际竞争力，缩小与发达国家之间的办学水平差距，为强化航空航天特色的支撑性专业课程建设提供保障。

针对导航技术课程建设面临的新形势，以及科技报国精神塑造和国际化学术能力培养的要求，并结合南京航空航天大学的特色，本文提出爱国情怀与国际视野相结合的导航技术系列课程教学改革新思路体系(如图1所示)。

这种教学新模式的最大特点体现在“两个融合”：即将导航技术课堂教学与培养“北斗精神”科技报国情怀的育德育人相融合，同时将导航原理知识传授与“人类命运共同体”国际化视野的人格塑造相融合，激励学生继承科技工作者攻坚克难、责任担当的学习热情，增强导航技术造福“一带一路”沿线社会经济发展的视野和信心，适应后续导航技术学习、科研与国际交流的需求。

3 导航技术课程建设新模式的具体实施方法

针对图1所示的新教学模式，所采取的实施思路为：将导航技术发展史与人文知识相结合培养科技报国情怀，结合导航技术发展应用全球合作趋势拓展国际化视野，在此基础上结合导航技术发展应用热点加快数字化课程建设与教学资源更新，并结合个人手持导航设备普及化趋势创新课堂演示与实践环节设计。将爱国情怀与国际视野相融合的特色化教学理念贯穿始终，使定位与导航系统课程教学体系建设得更加科学和完善。

图1 爱国情怀与国际视野相融合的导航技术课程教学改革新思路体系

3.1 将导航技术发展史与人文知识相结合，培养科技报国情怀

通过结合人文历史背景对导航科学技术基础知识的学习，让学生了解导航技术在人类文明进程中的重要性，激发学生的学习兴趣，再通过近代航海发现、现代制导装备、当代全球运输等热点技术将天文导航、惯性导航、卫星导航技术与人文历史背景及经济社会发展联系起来，增强学生探究精神和综合分析解决问题的能力，培养科学与人文融合发展的素养，激励学生科技报国的情怀和时代责任担当，感受新时代北斗精神蕴含的自立自信、自主自强、勤劳勇敢、吃苦耐劳的奋斗信念，并融入未来的学习探索中。

3.2 结合导航技术发展应用全球合作趋势，拓展国际化视野

导航技术的兼容互操作和国际化应用，是全球科技合作的重要方向，也是学生国际化视野培养的重要方面。如针对北斗卫星导航系统与GPS、格洛纳斯、伽利略等其他卫星导航系统的组合应用，引导学生比较各国卫星导航系统在信号体质等方面的差异，并分析实现兼容互操作所需解决的关键技术问题。结合北斗一代覆盖亚太地区，逐步发展到北斗三代全球覆盖的特性，引导学生观察不同导航星座轨道设计对覆盖特性的影响，从技术角度分析实现北斗卫星导航服务全球化所需开展的工作，拓展学生的国际化视野。

3.3 结合导航技术发展应用热点，加快数字化课程建设与教学资源更新

在课程项目式教学实践环节，设计惯性器件及其导航原理探究、北斗导航及全球卫星定位系统原理探究、室内无线定位与现代航空无线电导航原理探究、民用飞行器机载航电系统中的综合导航探究课程微项目。邀请从事导航技术相关工作的企业专家参与教学辅助通过基础导航知识的学习，让学生了解导航技术在日常生产生活中的重要性和广泛性，结合热点实际应用事件，引导学生思考分析导航技术原理，巩固对应知识的理解，拓展知识思维宽度。努力使学生突破本科阶段“学习书本知识”的模式，形成以教材为基础的分析思考。

3.4 结合个人手持导航设备普及化趋势，创新课堂演示与实践环节设计

随着低成本商用传感器的发展和个人手持导航设备的普及，手机中所集成的陀螺仪、加速度计、气压计、磁罗盘、北斗/GPS/格洛纳斯/伽利略多星座卫星导航接收机等多种导航传感器为导航技术课程教学提供了便捷生动的实验平台。在惯性导航原理和卫星导航原理等部分的教学中，结合相应手机中导航传感器的特性，引导学生分析手机横竖屏切换与重力感应、位置服务应用、室内外无缝定位等实现机理，从生活中的切身体会出发，深化对陀螺仪基本特性、加速度计比力方程、卫星导航几何式定位原理等知识的理解。

4 结语

根据导航技术课程建设面临的新形势和新要求，结合南京航空航天大学“定位与导航系统”本科生课程和“现代导航系统理论”研究生课程的教学经验和实际情况，本文提出了将导航技术课堂教学与培养“北斗精神”科技报国情怀的育德育人相融合，同时将导航原理知识传授与“人类命运共同体”国际化视野的人格塑造相融合的导航技术课程教学新体系，进一步提高导航技术系列品牌课程的教学水平。实践证明，采用该教学体系，能提高学生的知识理解深度和分析能力，适应新形势下培养兼具爱国情怀与国际视野的新时代导航技术后备人才的要求。随着导航技术的不断发展和导航技术课程群体系的丰富，该教学模式也会继续改进和完善，并希望所获得的经验能为其他课程的教学提供一定参考，为航空航天导航学科方向特色化教育教学的优化开展做出贡献。