《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程教學(xué)改革探討

常亮　郭立新　馮貴平

【摘 要】通過近幾學(xué)期上海海洋大學(xué)全校公共選修課程《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》的教學(xué)實踐，從授課內(nèi)容、激發(fā)學(xué)生積極性以及授課方式等方面進(jìn)行了初步總結(jié)，提出總結(jié)了課程教學(xué)中存在的一些問題，并提出了今后的改進(jìn)方法。

【關(guān)鍵詞】GNSS；教學(xué)改革

0 前言

近年來，全球定位系統(tǒng)（GPS）的應(yīng)用應(yīng)拓展至人們生活的各個領(lǐng)域，包括大地測量學(xué)、地球動力學(xué)、地球物理學(xué)、天體力學(xué)、載人航天學(xué)、全球海洋學(xué)和全球氣象學(xué)等領(lǐng)域，涵蓋了軍事國防、智能交通、郵電通信、礦業(yè)、石油、建筑、農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、環(huán)境監(jiān)測、金融、公安等部門和行業(yè)[1]。特別地，隨著包括俄羅斯GLONASS系統(tǒng)的復(fù)蘇，歐盟GALILEO系統(tǒng)的強勢發(fā)展，以及我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）的日趨完善，主要包括GPS、GLONASS、GALILEO和BDS等的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）越來越受到人們的關(guān)注。為了進(jìn)一步宣傳GNSS的廣泛應(yīng)用，拓展和普及學(xué)生對GNSS技術(shù)的認(rèn)識，上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院于2015年開設(shè)了面向全校學(xué)生的《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》公共選修課。

開課4個學(xué)期以來，本課程受到全校學(xué)生的廣泛關(guān)注。然而，由于該課程所涉及到的專業(yè)理論知識廣泛且復(fù)雜，技術(shù)性較強，導(dǎo)致在課程的講授過程中，學(xué)生們對相關(guān)知識點的接受程度差距較大。通過近幾學(xué)期的教學(xué)思考，個人認(rèn)為有必要總結(jié)與探討教學(xué)中存在的問題，以期提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生真正的熟悉、了解到衛(wèi)星導(dǎo)航方面的基本知識，為今后的各種應(yīng)用做充足儲備。

1 教學(xué)內(nèi)容及存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容

《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程開設(shè)以來，除了第一次開課學(xué)期選課人數(shù)較少外（21人），其他學(xué)期的人數(shù)均為90人以上，且近兩次學(xué)期均達(dá)到了100人。在第一次人數(shù)較少的教學(xué)中，主要是圍繞進(jìn)行了一下內(nèi)容的講授：

（1）緒論。了解衛(wèi)星導(dǎo)航的誕生與發(fā)展（冷戰(zhàn)時期美國GPS與前蘇聯(lián)GLONASS間博弈），以及其他導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀（包括歐盟GALILEO、我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等）；

（2）GNSS系統(tǒng)組成。了解GNSS系統(tǒng)的組成部分，以及每個部分的作用與功能。同時，比較不同GNSS系統(tǒng)之間的異同；

（3）GNSS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)。主要是掌握GNSS衛(wèi)星信號、結(jié)構(gòu)以及傳輸特點。

（4）GNSS衛(wèi)星定位基本原理。由于GPS系統(tǒng)是GNSS系統(tǒng)中發(fā)展最為完善的系統(tǒng)，在本部分內(nèi)容的講解時，選用GPS系統(tǒng)為例來介紹GNSS定位基本原理。

（5）GNSS應(yīng)用的影響因素。GNSS的應(yīng)用如此廣泛的原因之一在于，GNSS系統(tǒng)受到多種因素的影響。比如：對流層、電離層延遲誤差對于GNSS氣象學(xué)的應(yīng)用，多路徑誤差對應(yīng)于GNSS反射信號的應(yīng)用等。因此，理解和掌握GNSS的誤差來源是非常重要的內(nèi)容。

（6）GNSS的應(yīng)用及我國北斗的現(xiàn)狀。主要是學(xué)習(xí)與討論GPS在測量領(lǐng)域（大地測量、工程測量、航測與遙感、地籍地形測量）、軍事、交通運輸、大氣科學(xué)及其他領(lǐng)域的應(yīng)用，以及介紹我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在各行各業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀和今后發(fā)展趨勢。

1.2 存在問題

（1）針對非本專業(yè)的學(xué)生，如何進(jìn)行講授知識的篩選。由于選修本門課程的學(xué)生大都是外專業(yè)的，而且諸如經(jīng)濟(jì)、文學(xué)、外國語等文科專業(yè)的學(xué)生也占有很大比例，在進(jìn)行GPS定位基本原理等相關(guān)理論知識講授時，往往很多同學(xué)難以理解。但是如果不進(jìn)行此部分的講授，又會給人課程內(nèi)容不完整的感覺。

（2）由于GNSS課程相關(guān)理論部分講授時比較枯燥，利用講授給本專業(yè)學(xué)生本課程的方法，進(jìn)行公共選修課的講授時，學(xué)生們往往不太容易集中注意力，嚴(yán)重影響了課堂教學(xué)效果。

（3）目前在理論部分的介紹中，更多的介紹是以GPS為例來進(jìn)行講授的，針對GLONASS，GALILEO和我國北斗系統(tǒng)的原理介紹相對較少，是否需要在今后的教學(xué)中進(jìn)行擴充講解。

2 教學(xué)改革方法

經(jīng)過近幾個學(xué)期的《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程的教學(xué)實踐，以及課后與學(xué)生的交流，初步提出以下教學(xué)改革方法：

（1）針對GNSS定位及應(yīng)用原理較復(fù)雜的現(xiàn)實，為提高學(xué)生對相關(guān)知識的理解能力，有必要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念惐取１热纾褐v到利用C/A碼偽距、P碼偽距和L1、L2載波進(jìn)行距離測量時，可以將這兩類共四種觀測值類比為兩種測量距離的尺子，其中一把叫“皮尺”（偽距），一把叫“鋼尺”（載波）。而這兩種尺子類型的最小刻度又不一樣，比如C/A碼偽距的最小刻度是293m，P碼偽距的最小刻度是29.3m，而L1、L2載波的最小刻度則是19cm和24cm。很明顯，最小刻度越小，用來測量距離時精度越準(zhǔn)確。如果通過這種方式進(jìn)行類比，在課堂上講授相關(guān)專業(yè)知識時，學(xué)生就更容易明白了。

（2）理論與實際應(yīng)用相結(jié)合。在講授理論部分比較復(fù)雜的內(nèi)容時，可以先通過列舉現(xiàn)實生活中GNSS系統(tǒng)的實際使用，然后以此為出發(fā)點，來介（下轉(zhuǎn)第97頁）（上接第83頁）紹這種應(yīng)用中對應(yīng)的GNSS技術(shù)的理論知識。通過這種提出問題并發(fā)現(xiàn)問題的方式進(jìn)行相關(guān)知識點的講授，更能引起學(xué)生的興趣，并讓學(xué)生集中注意力。

（3）雖然目前GPS相關(guān)理論及應(yīng)用的研究最為成熟，我們?nèi)匀恍枰ㄟ^查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，弄清除GPS之外的GNSS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及認(rèn)識它們與GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位等應(yīng)用的不同。特別地，在2020年我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)正式實現(xiàn)全球化即將到來前，我們更有必要進(jìn)一步認(rèn)識我們自己的北斗。今后我們將進(jìn)一步將強對我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的講授。

3 結(jié)論

在本文中，對上海海洋大學(xué)全校公選課程《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》的教學(xué)改革方法進(jìn)行了探討，并針對存在的一些問題進(jìn)行了總結(jié)。其最終目的是為了改善《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程的教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)一步向全校學(xué)生普及GNSS的相關(guān)原理與知識，擴展相關(guān)方面的見識。特別是讓更多學(xué)生認(rèn)識我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的歷史與發(fā)展，以及在各行各業(yè)的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應(yīng)用（第三版）[M].武漢大學(xué)出版社，2008.endprint