“GNSS原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革探索

武靜

[摘 要] “GNSS原理與應(yīng)用”多年來一直是測繪工程專業(yè)的主干課程，具有非常強(qiáng)的理論性和實踐性。隨著導(dǎo)航定位技術(shù)的不斷發(fā)展，以GPS為代表的單一導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有極大的局限性，未來必定是GNSS多系統(tǒng)融合發(fā)展的新時代。為適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展趨勢和市場對創(chuàng)新人才的需求，本文結(jié)合許昌學(xué)院近幾年GNSS課程的教學(xué)現(xiàn)狀，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)等方面對課程教學(xué)進(jìn)行了探索，以多種形式的授課方法讓學(xué)生掌握更多的知識和技能，培養(yǎng)更為優(yōu)秀的專業(yè)技術(shù)人才。

[關(guān)鍵詞] GNSS;教學(xué)改革;測繪工程

[中圖分類號]G642? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 1008-2549（2020） 11-0074-02

一 課程教學(xué)目前存在的問題

（一）教材更新速度慢，內(nèi)容滯后

目前，GNSS技術(shù)的迅猛發(fā)展使相關(guān)教材顯著滯后。以《GPS測量原理及應(yīng)用》（第四版）為例，該教材仍然以介紹GPS為主。限于教材編寫修訂的客觀條件，該教材對GLONASS、Galileo和北斗系統(tǒng)只做了簡單提及，對我國北斗系統(tǒng)的介紹仍然停留于北斗一號，教材內(nèi)容介紹相對滯后。目前衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展已呈現(xiàn)多系統(tǒng)融合并存的局面，新興技術(shù)不斷更新，然而教材內(nèi)容更新滯后，與科研聯(lián)系存在脫節(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生無法及時接觸到行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展成果。

（二）課程理論部分抽象，總課時量不足

課程教學(xué)為36課時，去掉一周的綜合實習(xí)，理論部分課時總量為34學(xué)時，目前教學(xué)大綱安排的教學(xué)內(nèi)容多且理論知識難，特別是定位原理較為抽象，在有限的教學(xué)時間內(nèi)授課，學(xué)生理解上有一定難度。并且GNSS與大地測量學(xué)基礎(chǔ)存在重疊知識點，這在一定程度上造成教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)，從而占用了理論課時，影響整體教學(xué)效果。

（三）實踐基地單一，實驗設(shè)備不足

“GNSS原理與應(yīng)用”是理論與實踐相輔相成的一門專業(yè)課，尤其是實習(xí)實踐部分在本門課中占有重要地位，實習(xí)基地的完善就顯得十分必要。目前，校內(nèi)實習(xí)基地單一，非綜合性實踐基地，而且隨著時間的推移，原有控制網(wǎng)的部分控制點遭到破壞，使GNSS綜合實習(xí)受到限制，實習(xí)效率和效果較差。而且，由于學(xué)校投入實踐教學(xué)的儀器數(shù)量不足，設(shè)備短缺，在一定程度上影響實踐教學(xué)的有序開展。

二 教學(xué)改革措施

（一）教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)充與知識體系重構(gòu)

衛(wèi)星定位技術(shù)一直在快速發(fā)展，涵蓋內(nèi)容也在不斷豐富，GNSS發(fā)展領(lǐng)域內(nèi)更便捷、有效的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。因此，在教材選取上要能夠體現(xiàn)學(xué)科領(lǐng)域的基本理論和前沿技術(shù)，在教學(xué)內(nèi)容上，將BDS、其他導(dǎo)航系統(tǒng)、最新的技術(shù)成果以及教材之外代表GNSS當(dāng)前發(fā)展領(lǐng)域的最新理論知識納入課堂教學(xué)中，并且適當(dāng)淘汰一些陳舊的技術(shù)手段，立足于教材又不拘泥于教材，采取各種有效的教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。另外，考慮到目前GNSS與大地測量學(xué)存在重復(fù)交叉內(nèi)容，在GNSS教學(xué)中省略坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)地講授，避免教學(xué)內(nèi)容重疊，緩解學(xué)時，合理安排學(xué)時，為實踐實習(xí)提供足夠的課時保障，有效整合與聯(lián)系，在有限的學(xué)時內(nèi)實現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)。經(jīng)過知識體系重構(gòu)，將課堂教學(xué)內(nèi)容整合為四大部分：第一，GNSS系統(tǒng)的組成與發(fā)展;第二，GNSS測量原理（衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及衛(wèi)星信號、GNSS偽距測量原理、GNSS載波相位測量原理、整周未知數(shù)的確定方法與周跳分析、GNSS靜態(tài)定位與動態(tài)定位原理）;第三，GNSS測量誤差來源及其影響;第四，GNSS外業(yè)測量設(shè)計實施與測量數(shù)據(jù)處理。通過這些知識的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生較好地理解和掌握GNSS定位的關(guān)鍵理論和重要知識。

（二）優(yōu)化授課方式，豐富教學(xué)手段

緊跟網(wǎng)絡(luò)時代步伐，借助豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，探索課堂教學(xué)新模式，融合多種方式輔助課堂教學(xué)。根據(jù)教學(xué)大綱、知識點的難易創(chuàng)建線上課堂，對于需要學(xué)生自學(xué)的知識提前錄制教學(xué)視頻并放入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生可以提前觀看教學(xué)視頻，對于難點和重點知識，可以反復(fù)觀看。利用MOOC等優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，豐富課程內(nèi)容，甄別篩選良好先進(jìn)的學(xué)習(xí)資料供學(xué)生學(xué)習(xí)，充分運(yùn)用先進(jìn)教學(xué)技術(shù)，豐富、完善授課內(nèi)容，擴(kuò)充教學(xué)空間。

對于課堂教學(xué)方面，由于“GNSS原理與應(yīng)用”課程內(nèi)容比較抽象，而目前大學(xué)生普遍對數(shù)理基礎(chǔ)較強(qiáng)的理論教學(xué)喪失學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致課堂教學(xué)效果不佳。針對這一問題，我們在多媒體課件的設(shè)計與制作上多下功夫，把抽象枯燥的理論知識設(shè)計和制作成富有實效性、針對性的多媒體課件，通過精心優(yōu)化設(shè)計的課件，可以將抽象的知識形象化，例如通過動畫、圖片、視頻等向?qū)W生直觀地展示GNSS偽距測量原理、載波相位測量原理、RTK工作模式、GNSS后處理軟件的數(shù)據(jù)處理過程等難以理解的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生更好地理解，增強(qiáng)課程的吸引力和學(xué)生的獲得感。

（三）改革和強(qiáng)化實踐教學(xué)，注重學(xué)生能力培養(yǎng)

“GNSS原理與應(yīng)用”是一門理論和實踐密切結(jié)合的課程，在注重理論基礎(chǔ)的同時也要重視實踐教學(xué)，通過實踐教學(xué)讓學(xué)生深入理解課堂上所講的GNSS測量理論和方法，掌握儀器使用方法及整套作業(yè)流程，使學(xué)生對GNSS測量工作的全過程有深刻的認(rèn)識，為今后走上工作崗位打下夯實基礎(chǔ)。目前，本校作為培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)類型的本科院校，以培養(yǎng)高水平應(yīng)用型本科生為目標(biāo)，在教學(xué)中始終注重提高學(xué)生的動手能力和培養(yǎng)學(xué)生的分析問題能力。根據(jù)學(xué)校的總體培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合本門課程特點，探索實踐教學(xué)改革，進(jìn)一步完善課內(nèi)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計。經(jīng)過幾個學(xué)期的教學(xué)實踐，以及與學(xué)生的交流討論，初步提出以下實踐環(huán)節(jié)改革方法：

第一，合理安排實踐教學(xué)內(nèi)容，將認(rèn)識GNSS接收機(jī)、熟悉儀器等周期短的實踐教學(xué)工作穿插安排在理論課堂中，為此后的GNSS綜合實習(xí)預(yù)留出充足時間，通過全面、系統(tǒng)的綜合實習(xí)強(qiáng)化GNSS操作技能，使學(xué)生掌握GNSS測量技術(shù)設(shè)計、作業(yè)模式、外業(yè)操作步驟、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的方法，培養(yǎng)其踏實求是的工作作風(fēng)、組織管理和協(xié)調(diào)能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作的集體觀念。優(yōu)化整合后的實踐教學(xué)項目如圖1所示。

第二，加強(qiáng)實習(xí)過程的指導(dǎo)、檢查和監(jiān)督工作，及時發(fā)現(xiàn)、解決實習(xí)中出現(xiàn)的問題。要求學(xué)生做到每天與指導(dǎo)老師聯(lián)系，遇到問題及時組織討論，按時匯報實習(xí)工作進(jìn)展。教師現(xiàn)場跟蹤指導(dǎo)學(xué)生實習(xí)工作，檢查學(xué)生實習(xí)情況，及時處理實習(xí)中出現(xiàn)的問題，做好實習(xí)考核。

第三，目前，GNSS綜合實習(xí)人均儀器數(shù)量不足，并且實習(xí)任務(wù)是按小組進(jìn)行下達(dá)，教師室外演示儀器效率較低，為了讓每位學(xué)生都能清楚看到儀器演示掌握儀器使用方法，我們提出了錄制GNSS儀器操作演示視頻，在綜合實習(xí)周前將儀器教學(xué)視頻、GNSS接收機(jī)使用說明書、GNSS數(shù)據(jù)后處理軟件以及實習(xí)大綱及實習(xí)指導(dǎo)書等資料提前發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生通過看教學(xué)資料掌握儀器操作要領(lǐng)，待實踐實習(xí)周，有針對性地鞏固儀器操作步驟，根據(jù)自身掌握程度，自由選擇觀看不熟練的操作步驟，再配合教師現(xiàn)場答疑，這樣既提高了學(xué)習(xí)效率，也達(dá)到了事半功倍的效果。

第四，良好的實踐教學(xué)條件是對學(xué)生進(jìn)行實踐動手能力和科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的可靠保障。目前，本校實踐教學(xué)所使用的實習(xí)基地以校內(nèi)實習(xí)基地為主，校園地形簡單，地物地貌單一，基本可以滿足課內(nèi)教學(xué)實踐的需求，為了能夠更好地提高GNSS技術(shù)實踐教學(xué)的實戰(zhàn)型，進(jìn)一步完善實踐教學(xué)體系，計劃增建校外專業(yè)綜合實踐基地，讓學(xué)生能夠感受真實的測量工作，獨立完成整套連續(xù)作業(yè)，進(jìn)行真實現(xiàn)場工作，培養(yǎng)理論與實踐都過硬的合格學(xué)生。

第五，根據(jù)學(xué)科發(fā)展需要，購買更新儀器設(shè)備，邀請測繪儀器生產(chǎn)廠商技術(shù)人員攜儀器來校進(jìn)行現(xiàn)場講解、操作演示，申請開放實驗室項目，為學(xué)生提供課下學(xué)習(xí)時間，學(xué)生可利用課余時間自行申請借用儀器，實現(xiàn)儀器設(shè)備的高效利用和開放共享，在一定程度上解決人均儀器不足的問題。

第六，以賽促學(xué)，提高學(xué)生實踐能力。定期舉辦校內(nèi)測繪技能大賽，積極參與河南省以及全國高校測繪技能大賽，通過技能競賽的組織、備賽、訓(xùn)練、參賽等過程，有效地鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實際和團(tuán)隊協(xié)作的能力，又能檢驗實踐教學(xué)效果，提升學(xué)生的實踐操作能力。同時，省級和國家級技能大賽也為本校和兄弟院校測繪專業(yè)發(fā)展建設(shè)搭建了學(xué)習(xí)借鑒的橋梁，在人才培養(yǎng)方案制定、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、實踐教學(xué)改革等方面帶來新的啟發(fā)和思路。

（四）改善考核機(jī)制，提高積極性

GNSS課程考核分為理論課程考核與綜合實習(xí)考核。其中理論課程考核標(biāo)準(zhǔn)為“平時成績：期末成績=3：7”，平時成績含考勤、作業(yè)情況。期末理論課程考核以閉卷方式進(jìn)行，主要考察課程理論知識的掌握。GNSS綜合實習(xí)單獨考核，實習(xí)通過小組形式進(jìn)行實驗，每人單獨撰寫實習(xí)報告與個人總結(jié)，考核最終成績由三部分構(gòu)成，即小組實習(xí)成果質(zhì)量、個人實習(xí)報告撰寫質(zhì)量及出勤狀況，其中小組實習(xí)成果評價指標(biāo)以外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)解算及成圖成果質(zhì)量為指標(biāo)。由于小組成績不能充分體現(xiàn)組內(nèi)所有同學(xué)的工作量，難以準(zhǔn)確定量分?jǐn)?shù)，因此在實習(xí)期間設(shè)立抽檢環(huán)節(jié)，隨機(jī)抽取每組2到3名同學(xué)演示儀器操作及數(shù)據(jù)處理，以期提升學(xué)生對此項部分考核的關(guān)注度，做到準(zhǔn)備充分，輕松應(yīng)對。

參考文獻(xiàn)：

[1]王華，陶庭葉.“GPS測量原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革實踐[J].測繪通報，2016（06）.

[2]鄧岳川，楊燦燦，于洋，等.MOOCs背景下的“GPS原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革探討[J].長江大學(xué)學(xué)報（自科版），2015（16）.

（責(zé)任編輯：王義祥）