《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程視頻教學(xué)探討

常亮 馮貴平

【摘 要】2020年我國我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）即將實(shí)現(xiàn)全球運(yùn)營，將會對美國全球定位系統(tǒng)（GPS）帶來諸多沖擊。因此，在上海海洋大學(xué)公共選修課程《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》的講授過程中，需要實(shí)時更新GNSS發(fā)展與應(yīng)用的相關(guān)講授內(nèi)容，以適應(yīng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）的不斷發(fā)展。本文探討了一種基于課程視頻教學(xué)的探討方式，以期提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，提高教學(xué)效率。

【關(guān)鍵詞】GNSS;視頻教學(xué)

中圖分類號： TN911.72-4;G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0145-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.067

0 前言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）主要包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS（前蘇聯(lián)）、歐盟的GALILEO和我國的BDS。GPS和GLONASS起步時間相當(dāng)，其發(fā)展伴隨著當(dāng)時美蘇之間的軍事博弈。但是隨著前蘇聯(lián)的解體，GLONASS的發(fā)展逐漸滯后于GPS。雖然GLONASS隨后移交給俄羅斯進(jìn)行管理，但由于俄羅斯國內(nèi)經(jīng)濟(jì)不景氣等因素的影響，GLONASS正常維護(hù)與運(yùn)行收到越來越嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。據(jù)俄羅斯衛(wèi)星通訊社報(bào)道，2018年俄政府正式批準(zhǔn)了與中國在和平利用GLONASS和BDS衛(wèi)星系統(tǒng)方面合作的協(xié)議草案。GLONASS并入BDS意味著我國的北斗系統(tǒng)將發(fā)生質(zhì)變，擁有50顆以上的衛(wèi)星，導(dǎo)航定位精度將大大提高。相較于GPS和GLONASS，GALILEO和BDS的發(fā)展較晚，但是在我國BDS即將實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)之際，BDS的發(fā)展與潛力吸引了全世界各行各業(yè)的關(guān)注。為了進(jìn)一步幫助學(xué)生拓展課外知識，本門《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》公共選修課將面向全校學(xué)生授課，以普及GNSS技術(shù)的基本理論與應(yīng)用。

本門課程自開課以來，引起全校學(xué)生的廣泛關(guān)注。然而，GNSS技術(shù)相關(guān)的理論知識涉及多個專業(yè)，專業(yè)性較強(qiáng)，導(dǎo)致該課程的基本理論講授時，大部分學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的接受程度普遍不高。通過近期與學(xué)生的主動交流，學(xué)生反饋以及教學(xué)思考，總結(jié)了相應(yīng)的教學(xué)改革方案，以期提高教學(xué)質(zhì)量。并希望學(xué)生在本門課程的學(xué)習(xí)過程中盡可能多的掌握GNSS技術(shù)的相關(guān)理論與應(yīng)用前景，拓展相關(guān)方面的認(rèn)識與了解。

1 教學(xué)內(nèi)容及存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容

依據(jù)GNSS技術(shù)的不斷發(fā)展，《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程每學(xué)期的講授內(nèi)容都會進(jìn)行相應(yīng)的微調(diào)。但是基于本課程全校公選課的性質(zhì)，以及面向的學(xué)生中絕大部分均為非相關(guān)專業(yè)的現(xiàn)狀，本課程的教學(xué)內(nèi)容主要包含以下幾個部分：

（1）緒論。主要以時間軸為序，講授GNSS技術(shù)的誕生與發(fā)展歷程。通過穿插講授上世紀(jì)冷戰(zhàn)時期美國GPS與前蘇聯(lián)GLONASS間的軍事博弈，GALILEO系統(tǒng)的產(chǎn)生背景，以及我國BDS系統(tǒng)在發(fā)展初期與GALILEO系統(tǒng)的合作及競爭，讓學(xué)生在歷史背景下了解GNSS各系統(tǒng)的發(fā)展與相互聯(lián)系。

（2）GNSS系統(tǒng)組成。通過對比講解，了解不同GNSS系統(tǒng)的組成部分，每個部分的作用與功能，以及各GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星進(jìn)行更新時的主要內(nèi)容，并比較不同GNSS系統(tǒng)在衛(wèi)星星座，軌道，頻率等方面之間的異同;

（3）GNSS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)。此部分僅作為了解要求，主要是了解GNSS衛(wèi)星信號、結(jié)構(gòu)以及傳輸特點(diǎn)。

（4）GNSS衛(wèi)星定位基本原理。此部分為本課程的重點(diǎn)內(nèi)容。主要介紹GNSS定位的最常見方式及基本原理，講授過程中會以我們平時最常使用的手機(jī)導(dǎo)航定位為例，認(rèn)識和了解GNSS定位原理與過程。

（5）GNSS應(yīng)用的誤差來源。作為非專業(yè)課程，本部分內(nèi)容僅作了解要求。讓同學(xué)們認(rèn)識到，GNSS的應(yīng)用之所以如此廣泛，主要原因之一在于GNSS系統(tǒng)所受到多種誤差因素的影響。比如：衛(wèi)星信號收到的對流層、電離層延遲誤差，衍生出了GNSS氣象學(xué)，并受到廣泛應(yīng)用;衛(wèi)星信號的多路徑誤差，同樣早就了如今GNSS反射信號遙感的研究與應(yīng)用等。因此，本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生理解到GNSS技術(shù)的應(yīng)用存在兩面性，針對不同的應(yīng)用目的需要采用不同的利用方法。

（6）GNSS及我國北斗的應(yīng)用現(xiàn)狀。此部分將主要采用講授與討論教學(xué)同步的方式來進(jìn)行，主要讓學(xué)生課后搜集資料，了解GNSS和我國北斗系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)、軍事、科學(xué)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用，以及介紹我國北斗衛(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）本課程聽課對象的專業(yè)差異較大。選修本門課程的文科類專業(yè)的學(xué)生占比較大，在進(jìn)行GNSS的歷史與發(fā)展等內(nèi)容的介紹時，大部分學(xué)生積極性較高。但是，在進(jìn)行定位基本原理等更專業(yè)內(nèi)容的講授時，隨著理解難度的加深，學(xué)生們的積極性明顯下降，使得課堂教學(xué)效果大打折扣。

（2）由于GPS是目前GNSS系統(tǒng)中發(fā)展最為完善的，導(dǎo)致以往的教學(xué)中往往更加偏向于GPS系統(tǒng)的介紹，而對GLONASS，GALILEO和BDS等系統(tǒng)講授的比例較低。特別是在我國北斗的應(yīng)用功能越來越重要的背景下，BDS系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用的細(xì)節(jié)內(nèi)容介紹較少。

2 教學(xué)改革方法

在課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，利用傳統(tǒng)的PPT授課方式會受到某種程度的限制，影響了學(xué)生對相關(guān)問題和知識點(diǎn)的理解。通過之前的教學(xué)實(shí)踐，以及近期與學(xué)生的主動交流，學(xué)生反饋以及教學(xué)思考，初步提出基于視頻教學(xué)的改革方法。

（1）在進(jìn)行GNSS的發(fā)展歷史時，選取適當(dāng)?shù)囊曨l，介紹美國與前蘇聯(lián)冷戰(zhàn)時期在GPS、GLONASS及相關(guān)空間科學(xué)建設(shè)方面的舉措，讓大家在特定的歷史背景下了解GPS與GLONASS的競爭和發(fā)展。

（2）隨著隨著我國BDS的發(fā)展，以及GLONASS系統(tǒng)的兼容性并入，北斗系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用前景越來越受到關(guān)注。選取北斗設(shè)計(jì)工程師的講座報(bào)告視頻，讓同學(xué)們加深對我國北斗發(fā)展過程中是如何受到歐盟國家的阻擾，以及我國如何克服種種困難，最終自主研發(fā)設(shè)計(jì)出萬世矚目的北斗系統(tǒng)。在吸引學(xué)生的興趣的同時，增加大家的民族自豪感。

（3）通過介紹北斗在各行各業(yè)的應(yīng)用視頻，加深同學(xué)們對北斗實(shí)際應(yīng)用的深刻認(rèn)識，同時以此引導(dǎo)大家進(jìn)行課程報(bào)告的完成。

3 結(jié)論

本文對目前《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程教學(xué)中遇到的相關(guān)問題進(jìn)行了總結(jié)，并探討可能的教學(xué)改革方法。本文提出了關(guān)于課程講授過程中基于視頻教學(xué)的思考，以期提高學(xué)生對課程基本知識的認(rèn)識和理解，促進(jìn)教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，并加強(qiáng)對學(xué)生們在全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位的基本理論與應(yīng)用知識的普及。