“综合导航系统”课程综合实践教学改革探索

［摘 要］ 综合实践课程旨在通过系统的训练，提高学生的工程实践能力。为了实现上述目标，对导航技术专业综合实践课程进行了顶层设计，明确了导航技术专业学生的核心素养和培养目标，建立了专业能力+综合素养+实践应用素养的能力模型，制定了实践课教学与实践应用理念深度融合的课程设计框架，形成了与改革相适应的评价机制。以“综合导航系统”课程为例，介绍了按照顶层设计进行课程改革实施全过程。结果表明，此次教学改革在提高学生动手实践能力的同时也增强了学生的实践应用素养，实施结果达到了预期标准。

［关键词］ 综合实践；教学顶层设计；CDIO实践模式

［基金项目］ 2022年度大学教学改革项目“‘综合导航系统’综合设计实战化课程改革”（202205）

［作者简介］ 肖良芬（1982—），女，湖北松滋人，硕士，海军工程大学电气工程学院副教授，主要从事导航工程教学研究；李文魁（1972—），男，湖南衡阳人，博士，海军工程大学电气工程学院副教授，主要从事导航工程教学研究；李开龙（1988—），男，辽宁鞍山人，博士，海军工程大学电气工程学院讲师，主要从事导航工程教学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）15-0049-04 ［收稿日期］ 2023-04-28

综合实践课在海军工程大学导航专业的人才培养计划中占有重要的地位，旨在使学生综合运用专业基础课程所学知识，通过系统训练，提高学生的工程实践能力，增强创新意识，提升思维层次。要围绕使命职责培养人才，从一节课、一门课做起，注重全过程、全要素地培养学员的观念、能力、素质、作风，以缩短课堂与岗位的距离。综合实践课要瞄准需求实现对接，充分发挥院校自身优势特色，不断创新实践教学指导理论，实现人才素质与岗位需求的无缝对接。

一、课程顶层设计

综合实践课程的教学改革，顶层设计中一定要体现实践教学的具体要求，使各项建设有据可依。顶层设计要在遵循人才培养基本规律的基础上，将培养适应岗位的人才的教学理念融入综合实践课程教学实践的各个环节，突出其引领地位［1］。培养目标定位、课程设置原则、教学方法手段、教学资源配置等都应该围绕目标展开，要将适应岗位的教学理念贯穿人才培养始终。基于此，本次综合实践课程的改革顶层设计主要包括三个方面。

1.确立学生的核心素养，明确培养目标是构建课程改革的重要前提。导航工程专业是一门多学科交叉的新兴工程学科专业，主要学习导航系统与组合导航技术，导航设备与通信设备的性能、结构、工程原理、维修技术等专业知识。海军工程大学导航专业人才培养方案明确规定培养的导航专业人才要具备较强的分析解决实际问题能力。而综合设计课程作为一门综合性实践课程，着重培养学员综合运用理论课程知识进行实践的能力。基于课程整体目标，建立如图1所示专业能力+综合素质+实践应用素养能力模型。

2.制定以实践课教学与实践应用深度融合的课程设计框架是实现培养目标的重要手段。从安排课程时段到综合设计考核结束的各个环节都应该围绕培养目标进行精心的选择和设计。首先，应当合理安排课程时段。其次，综合设计时间一般较短，应该合理进行时间分配。为了保证教师有足够的时间和精力与学生沟通交流，课程综合设计辅导实行导师制。每一名教师负责2～3名学生，多名教师同时任课。课程教学教师将各自所擅长的导航知识高水平地传授给学生。课程综合设计题目也应进行精心的设置，规范出题范围，出题涵盖综合导航系统中的导航设备，分模块进行出题和选题，打破知识点间的单一性，强调综合导航的系统性，每组单独完成单个导航设备的设计，最后将所有的设备连接成系统，让学生对整个导航系统有整体的了解和认识。选定设计题目后，综合实践的实践过程由C（构思）、D（设计）、I（实现）、O（运行）［2］四大环节构成，整个过程以学员为中心，教师负责为学生答疑解惑，完善综合实践训练条件，提供科学引导，考核学员，并将实践中的问题进行归纳整理，以便下一轮实践课进行调整和完善流程（见图2）。

3.建立与实践教学改革相适应的评价机制，实践课程考核是检验是否实现培养目标、是否实现课程闭环的重要环节。考核包括小组互评和教员综合评定，考核主要包括三个方面：一是专业知识的考核，包括任务理解准确度、任务完成情况、动手操作能力、专业知识储备、对部队综合导航设备的掌握情况［3］；二是综合素质的考核，包括在团队中的贡献、答辩时的表达、撰写报告的规范等方面；三是对岗位需求素养的考核，主要考查平时学习情况中体现的谋划指挥能力、当综合设计面临问题时的解决问题能力、与教师和同学的交流沟通能力、有紧急情况时的应急处置能力等。考核评价前课程组讨论确定针对每项能力的考核指标，并确定每项指标的权重，通过建立考核项目、配置考核权重，依各项打分结果计算出每个学生成绩。

二、综合实践课程实施

“综合导航系统”课程综合设计时间安排在大四第一学期结束前最后两周。此时理论课程已全部结束，学员知识积累已达到一定程度，培养重点转移到知识的整体运用和实践。本轮综合实践课程采用导师制，导师为长期从事导航设备研究和教学的教师，对各种导航设备十分熟悉，并且具有丰富的指导经验。

（一）综合设计准备阶段

以2019级导航工程专业舰船综合导航系统课程综合设计为例介绍课程改革实践过程。参与设计学生共20人，指导教师为18人，设计题目包括惯性导航、卫星无线电导航、组合导航、导航设备组网、操纵控制等多个研究方向，涵盖了从导航设备、各种导航设备组网通信到操纵控制之间的所有环节。综合导航系统属于多子系统信息交互的大型信息支持系统，学生分工完成子系统设计，后期通过沟通交流和教师总结，让学生清晰各子系统在整个综合导航系统中的使用，将多种导航知识融会贯通并加以应用，因而更好地适应未来的工作岗位，引导学员深入了解和把握新型导航装备的技术现状和发展方向。具体选题如表1所示。

教学资源准备是综合设计准备工作的重要环节，教师拟定综合设计题目的同时也要准备相应的教学资源，编写综合设计指导手册［4-5］。由于院校导航装备的配备往往跟不上最新装备的发展，为了克服新型装备缺乏的问题，通过建立虚拟仿真平台进行系统模型设计与仿真，部分装备采用虚实结合的方式进行。

（二）综合设计实施阶段

学生选定综合设计题目后，进入综合设计关键阶段。此阶段以一种完整的形态让学生经历C（构思）、D（设计）、I（实现）、O（运行）四大环节，掌握完整的实践知识，积累相关的实用经验。以基于ARM的IMU导航接口软件设计选题为例，具体综合实践流程如下：拟题选题→编写综合设计指导书→搭建综合设计实践平台→学员进行方案设计→软硬件设计→撰写课题设计报告→指导教员检查程序、设计报告→演示答辩。

本设计题目的要求为：（1）搭建模型传感器仿真模型，完成对IMU信号源的模拟，按照MINS700惯性测量单元的报文格式输出数据。（2）导航处理板通信接口软件设计，联合开发通信软件，接收各导航传感器原始报文，完成解码和导航参数计算，并能按照设定的格式向监控计算机发送报文。（3）进行硬件实验测试。学生选定课题后通过理论知识的回顾和文献查询，搭建大体思路，选择工具。使用Simulink构建IMU模拟器，利用STM32硬件支持包与STM32CubeMX联合开发通信软件，接收各导航传感器原始报文，完成解码和导航参数计算。进入详细设计阶段，对于IMU模拟器的构建利用Simulink中的Sine Wave模块作为信号源并通过S-Function模块中编译C语言程序，使之完成对仿真数据的编码，产生与IMU导航传感器相同格式的数据，再由串口通信模块发送数据。详细的设计思路确定后进入设计实现阶段，主要依靠学员自己熟悉各个模块，搭建系统并进行仿真。在结果正确的情况下，教员给学员提供硬件支持，完成最后的硬件测试。

（三）综合设计考核阶段

课程综合设计采用“独立评分、综合考评”的考核方式。总成绩由三部分构成：平时成绩、设计表现、综合考评。其中平时成绩占10％，设计表现占10％，综合考评占80％。平时成绩是指课堂研讨中表现出的谋划指挥能力、面对问题时的应急处置能力、理解能力、表达能力以及平时作业完成情况；设计表现是指设计过程中体现的实践技能以及阶段性成果等；综合考评是根据设计成果、总结报告、答辩表现等因素进行综合评价，所有指导教师一同参加，共同评议打分。

结语

本次综合实践课程的改革从顶层设计到课程实施再到课程考核全流程，以专业能力+综合素养+实践应用素养培养为基础，采用导师制，应用CDIO模型，在虚实结合的实践课程平台上进行综合实践活动。通过综合评定成绩和与学生沟通交流结果表明，此次教学改革实现了培养目标，学生对实际导航装备的了解和使用进一步加深，为下一步的工作奠定了良好的基础。

参考文献

［1］许宣伟，罗凯，唐溢.CDIO模式下电子综合实践课程教学改革［J］.实验科学与技术，2016，14（3）：104-107.

［2］邢娜，李永科，张玉华，等.无人机专业实践类课程实战化教学训练问题的研究［J］.中国现代教育装备，2022（7）：152-154.

［3］赵申东，李瑞红，谢力波.航空装备保障实战化教学训练体系构建方法研究［J］.大学教育，2019（3）：153-155.

［4］刘辉，李志辉，吴向君，等.以能力为导向的实战化课程教学改革与实践［J］.实验室科学，2021，24（6）：108-110+113.

［5］都丽杰，张新华，刘志明，等.轨道车辆装备与控制系统综合实践课程的开发［J］.教育教学论坛，2017（12）：122-124.