1. 引言
目前全球导航卫星系统(GNSS, Global Navigation Satellite System)主要由美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的BEIDOU以及欧盟的GALILEO等卫星导航定位系统构成。随着GNSS系统的逐步建立、观测数据的长期积累以及测量技术的不断完善，GNSS能够提供定位、导航、授时等高精度服务，并且全面且深入的应用于精密定轨定位、地球物理研究、智能交通、精密农业、军事系统等多个领域 [1] 。
随着我国北斗卫星导航系统的正式运行并提供服务，以及GPS与GLONASS系统的现代化，多模GNSS、多频率、多类型观测信号成为GNSS系统发展的主要特征与优势。多模GNSS更为丰富的观测数据、更多频率以及更多类型的地面跟踪站网资源，因此需要相应的高精度数据处理理论方法作为支撑，才能充分发挥多频GNSS的优势 [2] 。因此多系统多频GNSS高精度数据处理已成为卫星导航研究领域的热点问题，国内许多大学针对测绘工程、导航工程、遥感信息工程、地理信息系统等专业的学生开设了“卫星导航定位理论与方法”课程，旨在培养学生的综合能力与创新能力。
通过导航定位的理论知识学习和GNSS数据处理实践，学生不仅可以掌握今后科研所需的理论基础，还可以提高自身的实践操作能力。考虑到“卫星导航定位理论与方法”课程的专业性内容的丰富和复杂程度，其理论、技术和应用均在迅速发展 [3] ，因此有必要探讨“卫星导航定位理论与方法”课程的主要内容、授课模式和考核方法，这有利于培养学生对课程的兴趣，提升课程的教学效果，并为其他课程设置提供参考。
2. 卫星导航定位理论与方法课程内容与特点
2.1. 卫星导航定位理论与方法教学内容
“卫星导航定位理论与方法”是武汉大学卫星导航定位技术研究中心针对大地测量学与测量工程、导航制导与控制等专业的研究生开设的研究方向必修课程，学分为2分，学时为36个小时，考核方法为平时成绩和期末成绩相结合。“卫星导航定位理论与方法”课程的主要内容可以分为基本原理和前沿技术介绍和GNSS数据处理及精密定位实现两个部分。
卫星导航定位的基本原理和前沿技术 [4] ，包括以下内容：围绕精密单点定位技术，概述其国内外的发展现状，介绍基本的数学模型、参数估计方法、应用前景、亟待解决的热点难点等；围绕定位中误差模型改正，详细阐述与接收机和测站有关、与卫星有关、与信号传播路径有关的误差影响范围和相应的改正模型；围绕周跳探测与修复，描述周跳起因、特性、探测和处理方法；围绕整周模糊度固定，介绍消除模糊度参数的方法以及如何在坐标域、观测值域和模糊度域内确定模糊度；围绕网络RTK技术，介绍RTK基本概念和思想、关键技术、系统结构组成和运行功能等。通过这一部分的教学，可以让学生简明清晰了解卫星导航定位的知识方法、技术手段和研究中的热点难点，奠定学生今后科学研究的理论基础。
另一部分是GNSS数据处理及精密定位 [5] ，包括以下内容：针对国外高精度数据处理软件GAMIT和国内自主研制的高精度数据处理软件PANDA等主流软件，概述各个软件的发展历史及现状，并介绍各个软件的功能组成和模块特点；在教学实践中，指导学生安装GAMIT、PANDA等软件，并演示各个软件的数据处理流程；根据实际观测数据，利用各个软件进行精密定位解算，并针对GNSS数据处理中遇到的各种问题，与学生共同探讨、一起解决，最后总结分析定位处理结果。通过这一部分的教学，可以让学生在软件学习和使用中掌握卫星导航定位的处理流程，并且为其从事工程实践奠定技术基础。
2.2. 卫星导航定位理论与方法课程特点
第一，本领域技术发展迅猛。卫星导航定位起源于上世纪末，在不到40年的时间内，随着信息技术和计算机技术的迅猛发展，在差分定位、绝对定位方面均取得了显著的进步，特别是近十年在非差模糊度固定方面，发展了整数钟、非整数相位延迟等模糊度固定方法。随着北斗等新型全球卫星导航系统的建设，多模GNSS融合精密定位也成为研究的热点，这都是本课程需要重点关注的前沿方向。
第二，跨学科研究日益增多。随着计算机技术与互联网技术的发展，高精度位置服务得到广泛的关注，因此高精度导航定位已成为跨数学、互联网与计算机、大地测量学、地图学、地理信息系统等多种学科的交叉学科，这要求教师和学生必须掌握良好的计算机技术、大地测量技术以及地理信息系统等综合而全面的知识背景。
第三，本课程属于工程应用类，强掉实践性。由于卫星导航定位的应用领域非常广泛，特别是随着我国北斗系统的建设，已广泛应用于导航定位、工程测量、形变监测、土木建设等领域，因此要求学生不仅要掌握基础理论，还应具备较强的实践能力，特别是程序编写能力，因此在本课程中需要介绍高精度定位软件程序设计，以及数据处理等基本操作。
3. 卫星导航定位理论与方法教学改革的思路与方法
3.1. 传统卫星导航定位理论与方法教学内容的不足
传统的“卫星导航定位理论与方法”课程教学主要存在一些问题：卫星导航定位课程理论较深、内容广泛，对于不同专业的不同学生，其内容与侧重点存在差异；由于教师自身的知识背景和理解水平不尽相同，导致课程教授过程的重点和难点混杂不清，从而使得学生的学习效果不佳；GNSS处于快速发展阶段，导致教学内容与实际发展难以同步，不利于学生今后对卫星导航定位的深入学习研究和实际工程应用；教师和学生在研究生阶段科研任务繁重，教师备课不精心，学生上课不用心，使得教学效果大打折扣 [6] 。
3.2. 卫星导航定位理论与方法教学改革思路与方法
针对上述教学现状，本课程的教学模式进行了相应的改进，建立起“教学、科研、实践”三位一体的教学方法，建立起“理论学习、实验学习、科研任务设计”相结合的新型考核方式 [7] [8] 。
“卫星导航定位理论与方法”教学内容繁杂，而教学课时相对较少，因此需要针对专业特点，简明知识结构，突出重点难点。由于GNSS的广泛应用，在讲授理论基础的同时，多举实例来说明理论，把枯燥的理论基础知识转化为可见可知的工程应用，提高学生对专业知识的理解能力。此外简要介绍新兴或者热门技术应用，如在定位基础上发展出来的基于位置服务等研究热点，保证学科的前沿性和综合性，加深学生对专业的兴趣。
改变单调的“教师讲授，学生接受”教学模式，转变为听课和讨论相结合的方式。例如预留部分课时给学生，一起讨论平时科研中遇到的关于卫星导航定位、GNSS数据处理的问题，或者让学生进行总结发言和成果展示。这个过程不仅有利于培养学生的自学能力，还可以激发学生的创新意识。与此同时，充分利用多媒体教学的资源，对“卫星导航定位理论与方法”课程中含有大量文字和图像的内容，采用视频、PPT等方法展示，形象生动的讲授专业知识。
在GNSS高精度数据处理软件介绍过程中，结合实际项目内容，演示GAMIT、PANDA等软件处理时遇到的各种问题，并解释其解决思路和解决方法。不仅告知学生关于软件使用的具体方法，更教导学生如何在实践中解决问题、优化结果，强化学生对卫星导航定位技术在工程中的应用意识。
在考核方式方面，抛弃单一的期末测试形式，改用平时成绩和期末成绩的综合结果。课堂讨论和学习报告作为平时成绩，不仅可以激发学生在课堂上的积极性，还可以激发学生在课后阅读学术论文的主动性。采用课程研究报告作为期末成绩，主要内容是利用GAMIT和PANDA软件解算实际项目观测数据，从而提升学生掌握GNSS数据处理软件、总结并分析处理结果的综合能力。
4. 结语
采用改进的教学模式，“卫星导航定位理论与方法”课程获得了学生们的好评，大多数学生反映该课程对其学术科研有很大的帮助，不仅丰富了卫星导航定位的知识基础，还拓展了GNSS数据处理的实践能力。从学生们提交的学习报告和课程报告中，也可以看出学生们良好的文献阅读水平和科学研究素质。
随着我国北斗系统的全球建设，GNSS技术将持续发展、卫星导航定位应用也将更加广泛。通过“卫星导航定位理论与方法”课程的教学实践与探讨，针对教学中出现的特点和问题，改进相应的教学模式，从而提高教学质量，培养出专业素质和实践能力兼备的优秀科研人才。
基金项目
湖北省自然科学重点基金(2015CFA057)。