空間信息網絡及應用課程改革實踐與探索

張 晨

（南京郵電大學通信與信息工程學院，江蘇 南京210000）

0 引言

空間信息網絡及應用課程是綜合了航天技術、衛星通信技術、衛星導航定位技術、衛星遙感技術、網絡技術的寬知識面、應用性課程。通過本課程的學習，讓學生全面了解空間信息網絡的基礎理論和關鍵技術，理解空間信息網絡的構成及各部分的工作特點，初步掌握衛星通信、衛星導航、衛星遙感等基本原理、應用現狀及發展趨勢。為本科學生畢業后從事空間信息網絡相關工作或繼續深造研究相關課題提供基本的理論基礎。一方面由于空間信息網絡涵蓋的領域眾多，需要掌握的知識點比較分散和抽象。另一方面，隨著我國“天地一體化信息網絡”重大工程的建設和發展，近年來空間信息產業蓬勃發展、日新月異。因此空間信息網絡及應用課程如何與時俱進，綜合應用各種教學手段，并在教學過程中結合前沿的技術發展和重大事件，提高學生的學習興趣、鞏固學生對知識點的掌握，并結合思政教育、培養愛國主義情懷，成為該課程教學改革的主要目標。

本文以南京郵電大學空間信息網絡與應用課程的教學為例，以作者的教學實踐為切入點，分析教學過程中出現的問題，在總結教學經驗的基礎上，歸納總結出一系列的有效措施，初步探討空間信息網絡及應用課程教學內容和教學方式的改進。

1 教學中的問題與剖析

在南京郵電大學的本科生培養計劃中，空間信息網絡及應用作為大類專業限選課程，可供通信工程、信號處理、自動化、智能科學與技術等專業學生選修。課程按照緒論、衛星通信及應用、衛星定位導航及應用、衛星遙感及應用，分為四大部分、七個章節。根據作者的教學經歷，總結了如下問題：

（1）空間信息網絡及應用課程的知識點比較分散，涉及衛星通信技術、衛星導航定位技術、衛星遙感技術、航天技術、網絡技術的交叉和延伸，所需前置課程包括信號與系統、通信原理、電磁場與微波、計算機網絡等多門基礎課[1]。然而選修該課程的同學專業背景不盡相同，各自所學前置課程也有所區別，導致接受新知識點的能力也有所差異。因此完全相同的授課內容和教學側重點，會使得學生對知識點的掌握程度參差不齊，嚴重影響了教學效果。

（2）空間信息網絡及應用課程的知識點比較抽象，傳統的授課方式過于單一、難以具象化，使得學生很容易對教學內容感到枯燥，必然會導致課堂教學效果不理想，學生的學習主動性也逐漸下降，對知識點的掌握不牢[2]。另一方面，近年來空間信息產業蓬勃發展，國內外空間信息領域不斷涌現出新的技術，使得相應的教材內容有所滯后，所列舉的衛星通信、衛星導航等系統已落后于當前的發展趨勢和前沿動態。

（3）近年來面對錯綜復雜的國際形勢，在專業課上結合課程相關內容，對學生進行思政教育顯得尤為重要。我國的空間信息和航天領域的發展雖然起步晚于西方發達國家，但進入二十一世紀后，尤其是近年來的發展速度極其迅猛，如何結合我國近期的重大航天任務，培養學生愛國主義情懷，是課程教學中值得思考的問題。而傳統的空間信息網絡授課內容中并未關注思政教育的結合。

2 教學改革與實踐

針對以上問題，作者在教學實踐中采取了以下三點改進措施：

（1）堅持“因材施教”的基本原則。教學內容和方法的改進是永無止境的，也是教學改革的主要方面，更是提高教學效果的重要途徑之一。然而，任何一種改進都不能背離“因材施教”的基本原則[3]。必須針對不同專業的教學班，對教學內容和方法進行“量體裁衣”，摒棄完全相同的授課計劃和教學內容，分別根據不同教學班的專業背景和前置課程，調整教學側重點和教學內容。例如，針對通信工程專業教學班，對于衛星通信相關知識點，可采用“鞏固—延伸”的方法，即在通信原理等專業課的基礎上，幫助學生回顧已經學習的通信基礎知識，從而進一步延伸到衛星通信系統。而對于自動化、智能科學與技術等非通信類專業的教學班，由于通信原理的前置課程的缺失，需要在講述衛星通信相關章節之前，深入淺出的講授通信的基本知識和原理，使得學生對無線通信有了一定程度的理解后，才能夠開展衛星通信相關知識點的學習。

（2）綜合多種授課方式，與時俱進的引入前沿內容，提高教學效果。作者在教學實踐中，在傳統的幻燈片授課加教師口述講解的基礎上，引入了三維虛擬仿真演示，來激發學生的學習興趣，強化知識點掌握。虛擬仿真作為重點建設的教學新形式，其優勢在于借助先進的沉浸式體驗和三維顯示技術，將教學大綱的內容在計算機虛擬環境中重現出來，能夠將抽象的概念具象化，并且正確真實的反映原理和現象，幫助學生更好地掌握對應的知識點[4，5]。例如，將枯燥乏味的調制編碼計算、衛星通信鏈路設計等，轉換為三維動畫過程，幫助學生理解知識點，進而完成相應課堂作業，做到虛實結合、虛實互補。另一方面，在授課內容上補充前沿技術、空間信息產業最新發展，例如，可以補充我國“天地一體化信息網絡”重大工程的啟動，北斗三號全球導航定位系統的正式運行，以及美國太空探索公司“星鏈”計劃等商業的實施，從而激發學生好奇心和知識額外獲取的滿足感。同時通過時事熱點和實際應用的授課內容補充，增強學生的代入感。例如，在講解衛星遙感的氣象遙感應用時，可以播放天氣預報的衛星云圖視頻，讓他們覺得空間信息網絡技術不是虛無縹緲的，而是與日常生活息息相關，進一步增強學習的興趣。

（3）結合授課內容，加強思政教育[6，7]。首先可以通過講解我國科技前輩艱苦奮斗的歷程，激發學生奮發圖強的精神，學有所成后解決“卡脖子”的技術難題。例如，在講解衛星定位和導航相關內容時，可以用我國北斗導航衛星系統的發展為例，講述20世紀80年代中期在國外技術封鎖、國內物資匱乏的不利條件下，老一輩的科研工作者不計個人得失、無私奉獻，通過幾代北斗人三十多年的艱苦奮斗，終于建成了北斗三號衛星全球導航系統，系統服務能力步入世界一流行列。其次通過闡述我國航天事業和空間信息網絡的發展，建立學生的民族自豪感和使命感。例如，通過在教學內容中穿插介紹“天宮”系列航天空間科學實驗室、“神舟”系列載人航天飛船、“嫦娥”系列月球探測器、“天問”系列行星探測任務、“鴻雁”衛星星座通信系統、“虹云”星載寬帶移動互聯網絡等一批我國航天事業和空間信息網絡發展里程碑式的典型代表，樹立我國航天大國的地位和形象，增強學生的民族自豪感和愛國主義情懷。

3 結語

本文以空間信息網絡實際教學中遇到的問題作為切入點，對教學內容和教學方法進行了改進和革新。主要闡述了針對不同專業的教學班，綜合應用各種教學手段，引入空間信息網絡的前沿的技術發展和產業動態，并結合教學內容進行思政教育。本文提出的教學方法和教學內容的改進僅是初步的探索，必須在教學實踐中根據學生的課堂反映和課后的作業反饋，實時調整教學方法[8]，最終達到提高教學效果的目的。