“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程實踐教學(xué)模式改革研究

許寶成，張 冰，馬開鋒，李 奧

（華北水利水電大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院，河南 鄭州 450011）

1 前言

現(xiàn)階段中，“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”是專門面向測繪工程、遙感、地理信息科學(xué)專業(yè)學(xué)生的課程，其知識覆蓋面較廣且內(nèi)容又十分復(fù)雜，所以在學(xué)習(xí)時必須保證學(xué)生能夠有較強的專業(yè)背景知識和實踐能力，否則在學(xué)習(xí)時就無法使學(xué)生進入思考狀態(tài)，而且也會導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)時很難理解教學(xué)的內(nèi)容。對此，針對這個現(xiàn)象則需要對現(xiàn)有教學(xué)模式進行更改，才能結(jié)合學(xué)生的實際專業(yè)背景特點進行有效授課，保證在教學(xué)的過程中真正滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的要求，而且也能夠使教學(xué)內(nèi)容更加通俗易懂并能夠通過調(diào)動學(xué)生的積極性來真正讓學(xué)生掌握該學(xué)科的知識內(nèi)容，這樣才能為中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展起到推進性的作用。

2 課程開展的意義與特點

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程的學(xué)習(xí)目的是加強學(xué)生對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)整體的認知情況，并且也為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)知識做好基礎(chǔ)準備。課程內(nèi)容主要涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的相關(guān)空間知識，所以這一學(xué)科主要以基本原型概念模型為主，充分介紹衛(wèi)星定位系統(tǒng)的研究發(fā)展方向和趨勢，并通過結(jié)合相關(guān)學(xué)科內(nèi)容來保證學(xué)生能夠?qū)υ撜n程的相關(guān)知識有一個全面的了解。

課程內(nèi)容具有較強的實踐性和現(xiàn)實性，其自身又包含了空間星座結(jié)構(gòu)認知等抽象概念，同時又要求學(xué)生掌握大量數(shù)據(jù)處理計算公式，并要求學(xué)生有較強的動手能力，否則就會導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)時無法將理論知識進行有效應(yīng)用。并且，教學(xué)需要富有啟發(fā)性，所以要求授課教師將理論知識與實踐教學(xué)進行共同融合，才能保證學(xué)生在學(xué)習(xí)時既能夠掌握較多的理論基礎(chǔ)知識，又能夠?qū)崿F(xiàn)在實際動手中分析問題、解決問題的目標，進而在不斷探索中，實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的創(chuàng)新性發(fā)展。

3 課程開展的內(nèi)容

3.1 坐標系統(tǒng)與時間系統(tǒng)

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程主要講述的是天文學(xué)的基本理論知識和大地測量學(xué)科的基本理論知識，而這一部分知識內(nèi)容的講解主要是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)測量專業(yè)知識，對理解不足的內(nèi)容進行補充。對于大部分測繪工程專業(yè)的學(xué)生而言，在進行時間坐標系的學(xué)習(xí)時，往往只能夠?qū)W習(xí)特定的地理位置時間和系統(tǒng)，而對于相關(guān)概念只是進行了簡單的描述學(xué)習(xí)；在空間坐標系方面，也只是實現(xiàn)了對恒星和太陽時的分類，并實現(xiàn)對其轉(zhuǎn)換關(guān)系的認知，但這遠遠不夠。因此，通過時間與坐標系統(tǒng)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)能夠幫助學(xué)生在時間、空間坐標系當中，建立較為全面的認知體系和結(jié)構(gòu)，并且在實際講解的過程中，也可以通過對坐標系的轉(zhuǎn)換以及所需要的參數(shù)進行講解，從而幫助學(xué)生對其知識有一個深層次的認知，進而為后續(xù)學(xué)習(xí)做好準備。

3.2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

授課時主要是通過講述綜述性內(nèi)容來擴大學(xué)生的知識面，并達到激發(fā)學(xué)生探索該領(lǐng)域知識內(nèi)容的欲望，通過調(diào)動學(xué)生的積極性并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，就能保證學(xué)生在學(xué)習(xí)該科目時，有一個良好的學(xué)習(xí)心態(tài)。同時，在實踐教學(xué)過程中，該課程的重點方向是針對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在定位與導(dǎo)航這兩個應(yīng)用領(lǐng)域當中的實際應(yīng)用方向。導(dǎo)航所針對的用戶一般為低精度用戶，且在不同的載體平臺上應(yīng)用，如車輛導(dǎo)航、手機導(dǎo)航、無人機領(lǐng)域等。以車輛導(dǎo)航為例，它可以將實時定位和電子地圖結(jié)合使用，這樣就能滿足人們的應(yīng)用需求。而定位工作所針對的用戶一般為高精度用戶，需對系統(tǒng)定位知識進行詳細介紹，這樣就能讓學(xué)生對當前衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的學(xué)習(xí)有一個深刻的認知和了解。

3.3 周跳與整周模糊計算

在衛(wèi)星定位導(dǎo)航過程中，其主要的誤差是由于路徑傳播延時而使接收器、衛(wèi)星信號傳遞器出現(xiàn)錯軌現(xiàn)象。從當前信號傳播的整體方式來看，在電離層和對流層進行信息傳遞時，由于誤差影響以及模型修正公式的不同，也會導(dǎo)致這種偏差問題的產(chǎn)生。因此，消除電離層誤差的內(nèi)容能夠幫助學(xué)生更加了解本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時，采用這種教學(xué)方式在教學(xué)的過程中能夠幫助學(xué)生對課程內(nèi)容進行有效的理解和掌握。對于高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的處理而言，其核心問題就是當前人們所廣泛討論的周跳探測與周跳模糊修復(fù)問題，所以對其進行詳細講解，并結(jié)合學(xué)生不同背景來實現(xiàn)對原理的講述，更能夠弱化復(fù)雜的理論部分，讓學(xué)生進行實踐驗證，這樣既能取得良好的教學(xué)效果，也能幫助學(xué)生更有效地了解相關(guān)知識內(nèi)容。

3.4 觀測值與差分模型

在學(xué)習(xí)觀測值組合和測量模型時，一般要以衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所發(fā)射的偽距信號和載波信號為主進行講解，它能夠?qū)崿F(xiàn)對衛(wèi)星導(dǎo)航定位基本工作原理的全面解析，并讓學(xué)生采用基于誤差模型改正的方法來有效學(xué)習(xí)算法。而且，通過簡單化的計算模型對偽距進行計算并應(yīng)用，同時對載波相位的測量模型進行結(jié)合應(yīng)用，能幫助學(xué)生更快理解計算改正模型的建立，并且也能在工程實踐的過程中，讓學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)模型的特征。此外，結(jié)合無線電信號的傳播特征進行實踐教學(xué)，也能夠幫助學(xué)生了解整周模糊和周跳的概念，更能讓學(xué)生了解到衛(wèi)星導(dǎo)航定位的實際優(yōu)勢，以及在未來發(fā)展中需要克服的難點。在衛(wèi)星站測量的過程中，對其差分組合測量模式的內(nèi)容進行解析，并對不同的組合模式優(yōu)缺點進行了詳細列舉，而且也給出了不同頻率以及不同測量模型之間的組合方式，在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中，就能幫助學(xué)生清晰地了解到什么是定位。并以恰當?shù)男问綖閷W(xué)生引出后續(xù)問題，這樣也能為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)做好鋪墊工作。

4 授課模式改進方式

4.1 依據(jù)學(xué)生特點進行課題討論

除了日常的正常授課行為外，教師要在課堂上結(jié)合應(yīng)用學(xué)生的興趣點和關(guān)注點，并針對不同知識點的內(nèi)容讓學(xué)生進行廣泛討論，這樣才能保證學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)知識時，可以有效調(diào)動起自身的內(nèi)在驅(qū)動力。而且，對于“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程的實踐教學(xué)而言，要注重課程的實踐性和未來發(fā)展的廣闊性，因此，在討論過程中也可以就未來發(fā)展趨勢和現(xiàn)實需要進行結(jié)合討論，同時也可以引入一定的案例，這樣既能夠加強學(xué)生對相關(guān)知識的理解，也能進一步鞏固課堂上所學(xué)習(xí)的知識點，還能在問題延伸中不斷發(fā)散學(xué)生的思維，并真正幫助學(xué)生將抽象的概念進行細化處理，這樣才能保證學(xué)生在學(xué)習(xí)課程時，可以牢牢掌握住相關(guān)知識，并將其應(yīng)用在自身的專業(yè)領(lǐng)域當中。

4.2 結(jié)合學(xué)生專業(yè)背景開展主題報告

對于“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程實踐教學(xué)而言，由于涉及知識內(nèi)容較廣，而且知識又具有復(fù)雜性，為了保證其能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以邀請該領(lǐng)域的專家來開展專題報告會，這樣既能夠讓專家來講解該領(lǐng)域當前最新的研究方向，也能保證學(xué)生在參與時了解到日常學(xué)習(xí)當中所不了解的內(nèi)容，報告結(jié)束后通過問答環(huán)節(jié)，由專家為學(xué)生解決現(xiàn)在學(xué)習(xí)當中的一些難題，更能夠?qū)ξ磥淼陌l(fā)展形勢有一個全面的了解，讓學(xué)生在聽講的過程中，可以對自身學(xué)習(xí)的專業(yè)有一個深層次的理解和認可，繼而促進學(xué)生的全面發(fā)展。

4.3 加強實踐內(nèi)容的添加

為了有效加強學(xué)生對課堂理論教學(xué)內(nèi)容的理解，并真正讓學(xué)生掌握理論知識，則需要加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置，同時也要保證學(xué)生能在課程實驗實習(xí)過程中，可以熟練使用當前最先進的定位技術(shù)與儀器設(shè)備，保證學(xué)生在進行實驗的過程中，可以實現(xiàn)對實驗數(shù)據(jù)的有效處理，并幫助學(xué)生在了解計算處理模型的同時，鍛煉其分析解決實際問題的能力，從而才能使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中，真正實現(xiàn)實踐能力的提升。

4.4 提高青年教師的教學(xué)水平

在當前階段中，教學(xué)組必須要由老教師發(fā)揮自身的傳授帶頭作用，而且要保證在青年教師上崗前要完成多次試講工作，再由老教師進行現(xiàn)場指導(dǎo)，并給出有效的建議和意見，這樣才能使年輕教師更快地獲得本學(xué)科的教學(xué)經(jīng)驗，并提高自身的教學(xué)能力。同時，在教學(xué)組的長期教育工作開展中，也必須要加強對年輕教師備課檢查力度工作的落實，還要保證教師能夠有完整的教學(xué)體系，并確保教師能夠在實踐內(nèi)容和實踐方式上進行緊密聯(lián)合。

5 總結(jié)

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程實踐教學(xué)工作的開展能夠為中國衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)人才的培養(yǎng)提供有效保證，因此，在實踐教學(xué)模式的選擇上，更應(yīng)該結(jié)合學(xué)生的實際需要進行有效應(yīng)用，這樣才能為學(xué)生的未來發(fā)展做好準備。