《GPS原理與應(yīng)用》課程教學(xué)與改革

（1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇徐州221116 2、北京建筑大學(xué)文法學(xué)院，北京100000 3、江蘇省資源環(huán)境信息工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州221116）

（1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇徐州221116 2、北京建筑大學(xué)文法學(xué)院，北京100000 3、江蘇省資源環(huán)境信息工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州221116）

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)是目前發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的熱門(mén)技術(shù)，該技術(shù)的相關(guān)課程是測(cè)繪工程專業(yè)本科教學(xué)的主干課程。文章針對(duì)《GPS原理與應(yīng)用》這一課程目前教學(xué)過(guò)程中存在的教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)和考核模式等方面存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相對(duì)應(yīng)的教學(xué)改革建議。

衛(wèi)星導(dǎo)航定位；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)改革

引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠全天候?yàn)槿蚍秶妮d體提供精確的三維位置、速度、時(shí)間等信息，在民用和軍用領(lǐng)域中如航空、航海、地面交通、武器系統(tǒng)、精密測(cè)量、農(nóng)業(yè)耕作、個(gè)人導(dǎo)航、監(jiān)控等方面得到了廣泛的應(yīng)用［1］。目前主要的導(dǎo)航系統(tǒng)包括GPS、GLONASS、Galileo和BDS。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）作為我國(guó)自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目前正在逐步穩(wěn)定地發(fā)展。但是，由于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由于起步較晚，國(guó)際國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)已基本被GPS和GLONASS占領(lǐng)，許多與衛(wèi)星導(dǎo)航有關(guān)的先進(jìn)設(shè)備進(jìn)口相對(duì)困難，所以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展也面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［2］，目前急需向社會(huì)輸送大量的專業(yè)、高素質(zhì)人才。

因此，作為測(cè)繪類專業(yè)基礎(chǔ)課程，《GPS原理與應(yīng)用》在測(cè)繪課程體系中也越來(lái)越重要，GPS衛(wèi)星定位原理與數(shù)據(jù)處理也作為《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》設(shè)置的測(cè)繪工程本科專業(yè)的專業(yè)主干課程之一，并受到相關(guān)院校的重視［3］。本課程的主要目的是通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握現(xiàn)代化定位測(cè)量的理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，完成各種GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)、布置、施測(cè)、數(shù)據(jù)處理；應(yīng)用GPS導(dǎo)航的能力，熟悉GPS測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)［4］，使學(xué)生具備解決和分析問(wèn)題的能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)高級(jí)技術(shù)人才。但是，依據(jù)就業(yè)單位的反饋，目前測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)生存在的主要問(wèn)題是實(shí)踐動(dòng)手能力較弱，無(wú)法獨(dú)立完成布置的任務(wù)等。文章針對(duì)上述內(nèi)容，分析了該課程的教學(xué)過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決措施。

一、課程教學(xué)及其存在的問(wèn)題

《GPS原理與應(yīng)用》這一課程涉及的知識(shí)面廣，其理論知識(shí)涵蓋天文學(xué)、信息科學(xué)、測(cè)繪及遙感學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等多個(gè)學(xué)科同時(shí)該課程又涉及GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等實(shí)踐知識(shí)［5］。故在教學(xué)過(guò)程中可能存在以下方面的問(wèn)題：

1.課程安排：在課程安排時(shí)，應(yīng)合理安排理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)比重，抓住教學(xué)重點(diǎn)，并且在條件允許的情況下，應(yīng)在部分理論教學(xué)結(jié)束后立即安排相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生能夠較直觀的理解理論部分的內(nèi)容。

2.教材選擇：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)采用的教材為《GPS原理與應(yīng)用》第三版，該書(shū)出版于2008年1月，由于客觀條件的限制，教材的更新速度必然與學(xué)科的發(fā)展不對(duì)等［6］，并且單一教材的側(cè)重點(diǎn)各有不同，可能存在授課知識(shí)重疊或需另行添加相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)，影響教學(xué)進(jìn)度。

3.教學(xué)模式：大多數(shù)院校采用的是板書(shū)+CAI多媒體教學(xué)模式，對(duì)于理論推導(dǎo)部分的內(nèi)容，教師可以通過(guò)板書(shū)的形式有效引導(dǎo)學(xué)生思維、強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容有更深刻的理解與思考，采用多媒體教學(xué)模式能讓學(xué)生能夠更直觀地了解一些較難敘述的內(nèi)容，提升教學(xué)效率。但是，板書(shū)教學(xué)所需時(shí)間較長(zhǎng)，且因教室空間的限制或?qū)е虏⒎撬袑W(xué)生都能聽(tīng)到授課老師所講解的內(nèi)容，多媒體教學(xué)模式的課堂教學(xué)內(nèi)容多、信息量大，授課教師可能照本宣科，使得課程內(nèi)容變得枯燥無(wú)味，同時(shí)學(xué)生對(duì)知識(shí)的吸收和消化也有一定影響，有時(shí)PPT播放速度較快時(shí)，往往學(xué)生還沒(méi)理解就已經(jīng)跳到下一部分內(nèi)容。

4.實(shí)踐教學(xué)：實(shí)踐教學(xué)是該課程非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)［7］，但是部分院校在這實(shí)踐教學(xué)的過(guò)程中，僅安排學(xué)生對(duì)GPS的靜態(tài)觀測(cè)進(jìn)行實(shí)習(xí)，并沒(méi)有模擬實(shí)際生產(chǎn)的實(shí)踐，學(xué)生可能只學(xué)會(huì)了靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，甚至對(duì)于數(shù)據(jù)采集的基本原理并不了解，只能機(jī)械化地操作。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)不斷地提高，該技術(shù)的應(yīng)用層面越來(lái)越廣，如果只是采用這一種實(shí)習(xí)模式，學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入生產(chǎn)單位后并不能獨(dú)立完成項(xiàng)目，仍需結(jié)合生產(chǎn)任務(wù)重新學(xué)習(xí)。

5.數(shù)據(jù)處理：該部分教學(xué)一般安排在外業(yè)采集數(shù)據(jù)過(guò)后，集中對(duì)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的講解，可能存在部分學(xué)生為了完成任務(wù)，僅按照網(wǎng)絡(luò)中的說(shuō)明或者教師提供的數(shù)據(jù)處理步驟機(jī)械性的處理，對(duì)于每一個(gè)步驟的目的并不了解，并不能達(dá)到教學(xué)的目的。由于條件的限制，數(shù)據(jù)處理的軟件也普遍單一、處理的數(shù)據(jù)僅是學(xué)生自己采集的數(shù)據(jù)，使得學(xué)生處理問(wèn)題具有一定的局限性。

6.考核方式：《GPS原理與應(yīng)用》作為一門(mén)集理論、實(shí)踐、前言知識(shí)于一體的測(cè)繪工程專業(yè)的主干課程，因此需要從多角度、多層次和多目標(biāo)地考察教學(xué)的效果［8］。但是在部分院校中，僅將考核內(nèi)容分為理論考核與平時(shí)成績(jī)，實(shí)踐部分的教學(xué)采用實(shí)習(xí)報(bào)告的形式進(jìn)行考核，這樣容易導(dǎo)致學(xué)生相互抄襲、蒙混過(guò)關(guān)等。

二、改革措施

針對(duì)上述問(wèn)題，提出了以下幾點(diǎn)建議：

1.隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)不斷迅速地發(fā)展，由于客觀條件的限制，教學(xué)時(shí)采用教材的內(nèi)容不可避免地存在內(nèi)容滯后。針對(duì)這一問(wèn)題，教師應(yīng)該在授課時(shí)，增加一部分前言知識(shí)的介紹，并且以讀書(shū)報(bào)告的形式布置作業(yè)，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)目前這一技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，擴(kuò)展學(xué)生視野。同時(shí)，可以鼓勵(lì)學(xué)生查看英文的原版教材，幫助學(xué)生從另外一個(gè)角度理解課程基礎(chǔ)內(nèi)容的同時(shí)，也可以使得學(xué)生增強(qiáng)學(xué)生英語(yǔ)閱讀的能力，了解國(guó)外研究狀況。目前網(wǎng)絡(luò)上已有多種免費(fèi)的英文教材，例如《Princi原ples and Practice of GPS Surveying》，該教材由澳大利亞新南威爾士大學(xué)測(cè)量與空間信息系統(tǒng)的Chris Rizo教授所編寫(xiě)的免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)參考資料，與其他書(shū)不同，該系列資料側(cè)重介紹GPS測(cè)量的有關(guān)理論、方法和測(cè)量實(shí)踐［9］。

2.針對(duì)上述關(guān)于板書(shū)+CAI模式教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研發(fā)了《GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航原理與應(yīng)用輔助教學(xué)系統(tǒng)》，該系統(tǒng)涵蓋諸多內(nèi)容，包括理論基礎(chǔ)知識(shí)、GNSS系統(tǒng)、GPS信號(hào)基礎(chǔ)、GPS定位原理與演示、GPS測(cè)距與測(cè)速、GPS差分定位等主要模塊，每一個(gè)模塊分為多個(gè)小節(jié)，采用動(dòng)畫(huà)演示的形式，結(jié)合大量的圖畫(huà)、圖像、圖表，生動(dòng)形象地向?qū)W生展示課程內(nèi)容，幫助學(xué)生更直觀地了解部分較難理解的理論知識(shí)，并且還能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板書(shū)模式進(jìn)行公示推導(dǎo)，節(jié)約書(shū)寫(xiě)時(shí)間，提高課程效率。

3.使學(xué)生在有限的實(shí)習(xí)時(shí)間內(nèi)完成實(shí)習(xí)任務(wù)，是完整意義上的測(cè)繪工程實(shí)際工作的模仿，學(xué)生不用走出校門(mén)就可以獲得良好的實(shí)踐效果［10］。部分院校在實(shí)踐教學(xué)中僅安排了靜態(tài)數(shù)據(jù)的觀測(cè)，然而隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)具有多模式、多功能、多應(yīng)用的特點(diǎn)，故應(yīng)增設(shè)在實(shí)踐生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的技術(shù)相關(guān)的實(shí)習(xí)，例如GPS RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分?jǐn)?shù)據(jù)采集、基于CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK模式數(shù)據(jù)采集等，同時(shí)可以邀請(qǐng)生產(chǎn)單位的人員到校講學(xué)，結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用介紹導(dǎo)航定位技術(shù)的工作原理。并且可以讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單程序的編寫(xiě)，例如坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等，鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)，幫助其理解一些應(yīng)用的基本原理，讓學(xué)生知其然并知其所以然。

4.在數(shù)據(jù)處理的教學(xué)過(guò)程中，采用的軟件為學(xué)校購(gòu)置接收機(jī)的隨機(jī)處理軟件，雖然大多軟件的處理原理基本相同，但是僅使用一種軟件顯得較為單一，并且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為學(xué)生外業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)采集的靜態(tài)數(shù)據(jù)，覆蓋層面過(guò)窄。因此，在條件允許的情況下，盡量購(gòu)置不同品牌的儀器，學(xué)生可以學(xué)習(xí)不同品牌的隨機(jī)處理軟件，例如天寶測(cè)量的處理軟件（Trimble Geomatics Of原fice）、南方測(cè)繪的GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)平差軟件（GPS Data-Process原ing Adjustment）、中海達(dá)GPS數(shù)據(jù)處理HDS軟件等［3］，并且目前網(wǎng)絡(luò)上已有多種能夠處理GPS數(shù)據(jù)的免費(fèi)軟件，例GAMITGLOBK軟件，該軟件由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）和斯克里普斯海洋研究所（SIO）聯(lián)合開(kāi)發(fā)，具備解算精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、模塊清晰、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、分析功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，并且使用免費(fèi)。另外應(yīng)增加實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，除處理靜態(tài)數(shù)據(jù)外，還可增加不同觀測(cè)條件下得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)，比較相同處理方法時(shí)得到的結(jié)果差異，或比較不同軟件的處理相同數(shù)據(jù)的效果，已達(dá)到提高學(xué)生分析、解決問(wèn)題能力的目的。同時(shí)在實(shí)習(xí)結(jié)束后，讓學(xué)生結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，整理讀書(shū)報(bào)告，并作為課程作業(yè)進(jìn)行提交。

5.為了最大限度客觀地考核本課程的教學(xué)情況，應(yīng)從理論基礎(chǔ)、實(shí)踐操作、數(shù)據(jù)處理、平時(shí)成績(jī)四個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核。理論部分可以采用閉卷考試的形式進(jìn)行考核；實(shí)踐操作可以將學(xué)生劃分為多個(gè)小組，模擬實(shí)習(xí)生產(chǎn)單位的項(xiàng)目，考驗(yàn)其相互協(xié)助與解決問(wèn)題的能力；數(shù)據(jù)處理則可以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式上交，考察學(xué)生分析問(wèn)題的能力。從上述幾個(gè)方面合理分配權(quán)重，從不同角度合理、客觀地評(píng)測(cè)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

三、結(jié)束語(yǔ)

目前衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在從GPS一家獨(dú)霸的局面向多系統(tǒng)并存的方向發(fā)展，大規(guī)模高精度的GNSS數(shù)據(jù)處理也日益增多，高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位應(yīng)用需求也在迅速增加［11］，該技術(shù)的應(yīng)用層面也越來(lái)越廣。文章主要介紹了目前《GPS原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并給出了一些建議以供參考，以促進(jìn)進(jìn)一步的教學(xué)改革，提升教學(xué)質(zhì)量，為科研機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)單位輸送更多理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)、具備創(chuàng)新意識(shí)的高級(jí)工程技術(shù)人才。

［1］王爾申，李玉峰，邵清亮，等.衛(wèi)星導(dǎo)航原理與應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容和方法研究［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，32（7）：206-210.

［2］楊元喜.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)展、貢獻(xiàn)與挑戰(zhàn)［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2010，39（1）：1-6.

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［8］孫佳龍，郭淑艷，焦明連，等.衛(wèi)星定位與導(dǎo)航教學(xué)的改革與實(shí)踐［J］.測(cè)繪科學(xué)，2013，38（5）：190-192.

［9］胡叢瑋，樓立志.GPS_GNSS衛(wèi)星定位原理與應(yīng)用雙語(yǔ)課程建設(shè)初探［J］.測(cè)繪通報(bào)，2009，9：74-78.

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［11］匡翠林，戴吾蛟，蔡昌盛，等.《GPS定位原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革——面向卓越測(cè)繪工程師教育［J］.礦山測(cè)量，2013（4）：94-98.

《GPS原理與應(yīng)用》課程教學(xué)與改革*

王潛心1鄒艷2吳飛1*鄧喀中3姚麗慧1

Currently，the satellite navigation and positioning technology is a hot technology which is developing rapidly and used widely.Courses related to this technique is the main courses of surveying and mapping engineering. In this paper，the problems in the teaching methods，practice teaching and assessment modes in the teaching process of"The Principle and Application of GPS"are analyzed and related suggestions on teaching reform are put forward.

satellite navigation and positioning；practice teaching；educational method；educational reform

G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2096-000X（2016）18-0074-02

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革與建設(shè)課題（編號(hào)：2015YB23）；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（編號(hào)：2015Y04）；卓越工程師計(jì)劃背景下測(cè)繪工程專業(yè)核心能力培養(yǎng)模式研究（編號(hào)：2014YB24）；中國(guó)建設(shè)教育協(xié)會(huì)教育教學(xué)科研課題（編號(hào)：2015005）；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程（編號(hào)：PPZY2015B144）；測(cè)繪工程教育部卓越工程師培養(yǎng)項(xiàng)目（編號(hào)：152121508G）。

王潛心（1980-），男，漢族，湖南常德人，博士，副教授，主要研究方向?yàn)镚NSS數(shù)據(jù)處理、GNSS/INS組合導(dǎo)航及地球自轉(zhuǎn)。

*通訊作者：吳飛