《GPS原理與應用》教學的探討

蒙琳 胡寶清 劉彥花

［摘要］GPS原理的理論知識抽象復雜，且對實踐操作能力要求高。這使得大多數(shù)學生在學習《GPS原理與應用》課程過程中會遇到一定的困難。本文從GPS理論教學、競賽活動、生產(chǎn)實踐三個方面對《GPS原理與應用》教學問題進行探討。

［關鍵詞］教學GPS原理GPS應用

［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2012）04-0044-03

近年來，許多高校的工學專業(yè)在GPS課程教學中，從構建GPS定位技術課程教學體系、優(yōu)化教學內(nèi)容、改革教學方法和手段、注重實踐教學等方面做了深入的研究和探索：黃聲享[1]以GPS測量控制網(wǎng)的布設實習、GPS RTK技術應用實習、GPS導航與動態(tài)定位的教學實習作為GPS系列化教學實習的主要內(nèi)容。劉三枝[2]提出以《測繪學概論 》、《測量平差基礎 》、《GPS定位技術與應用 》、《工程測量 》等課程建立測繪專業(yè)的GPS定位技術課程教學體系；吳繼忠[3]由GPS接收機認識觀測與通訊、利用廣播星歷計算衛(wèi)星概略位置、精密星歷的下載和認識、載波相位觀測值的周跳探測、GPS靜態(tài)測量與數(shù)據(jù)處理、GPS RTK測量與數(shù)據(jù)處理構建GPS課程實踐教學體系。以上的研究主要針對有較強工學背景的專業(yè)，而且雖然在GPS測量的設計與實施、GPS測量數(shù)據(jù)處理方面的實踐性強的實驗教學研究較多，但是在配合GPS測量原理知識講解的相應實驗教學方法和手段方面的研究略顯不足。相對于工科院校而言，本校地理信息系統(tǒng)和土地資源管理專業(yè)學生在數(shù)學基礎（如線性代數(shù)、高等數(shù)學），知識結構面（如《測量平差基礎 》知識），實踐動手能力等方面都有一定程度的欠缺。本文根據(jù)《GPS 原理及應用》課程涉及知識面廣、內(nèi)容專業(yè)性強 、實踐操作能力要求高的特點，從理論教學、競賽活動、生產(chǎn)實踐三個方面探討了該課程的教學問題。

一、當前《GPS原理與應用》教學中存在的主要問題及分析

（一）教師傳授與學生學習兩難并存

GPS測量原理中的偽距單點定位、載波相位相對定位測量、GPS基線向量解算、基線向量網(wǎng)平差等內(nèi)容，涉及了矩陣運算，向量運算、最小二乘法、誤差傳播定律等等知識點；它要求學生對高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計學、測量平差等有較扎實的理論基礎。

單單學習這些基礎知識本身就存在很大的難度，而在《GPS原理與應用》一門課程中要結合它們起來進行講解，其難度可想而知。對教師的施教而言，在有限的課時內(nèi)融會貫通、深入淺出地講解GPS測量原理實屬不易；對學生的學習而言，由于相關數(shù)學基礎知識不易理解，或是由于沒有開設相關課程（如測量平差基礎），這使學生在GPS測量理論學習過程中顯得比較茫然，不知所措。此外，由于高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計學、測量平差等知識的學習時間相隔已久，學生往往出現(xiàn)或是記憶模糊，有些淡忘，或是基礎未打好等狀況。與此同時，在《GPS原理與應用》的授課中，授課教師由于課時的關系一般不會花太多時間回顧相關基礎知識點，這就使學生很難真正體會GPS原理體現(xiàn)出來的數(shù)學知識的綜合應用，也沒辦法真正理解GPS測量原理的知識。因此，這些因素在GPS測量原理的理論知識的教學過程中對教師和學生都會帶來困擾，影響教學質(zhì)量。

（二）課程教學形式不夠豐富，學生的學習積極性不高

《GPS原理與應用》課程教學一般有課堂講解和野外實習等教學形式。這些教學形式有些呆板不夠活躍，不能充分調(diào)動學生的學習積極性。GPS課程理論知識部分公式眾多，推導也很繁雜，通過課堂講解形式進行教學時，灌壓式教學會使學生多少產(chǎn)生厭煩的情緒，提不起學習興趣；野外實習的教學形式雖然較為靈活，但是同樣存在學生只懂操作不懂原理，以及學習積極性不高等情況。在教學過程中，教與學相互聯(lián)系，學生是教學活動組織的出發(fā)點。只有真正激發(fā)學生的學習興趣，才能調(diào)動學生的學習積極性，讓學生由被動地接受知識轉變?yōu)橹鲃拥孬@取知識，使GPS課程的教學工作收到事半功倍的效果。

（三）生產(chǎn)實踐能力的培養(yǎng)仍有欠缺

《GPS 原理及應用》是一門實踐操作能力要求高的課程，學生的生產(chǎn)實踐能力的強弱是檢驗《GPS 原理及應用》教學成功與否的重要標準。《GPS 原理及應用》教學中，雖然設置了課程實習這一環(huán)節(jié)，學生在課程實習中也掌握了GPS儀器使用、GPS軟件解算等一些GPS應用方面的基本技能，但是這與真正的生產(chǎn)實踐要求仍有較大的差距，學生沒法學到解決實際工作中復雜問題的方法，沒法獲得實踐工作經(jīng)驗。教學與生產(chǎn)實踐未能緊密聯(lián)系，有所脫節(jié)，因此學生的GPS測量生產(chǎn)實踐能力的培養(yǎng)有待進一步加強。

二、優(yōu)化教學的策略

（一）利用MATLAB軟件輔助教學，深入淺出地講解理論知識

利用MATLAB軟件輔助理論教學，不僅有助于降低教師傳授GPS測量原理知識的難度，而且有助于學生直觀地理解掌握理論知識。MATLAB軟件是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，而且簡單易學。MATLAB可以用變量來描述矩陣，而且其對矩陣的操作、線性方程組的求解都非常簡單。例如，若用A、B來代表矩陣，則A矩陣轉置、逆矩陣、特征値可以方便地用A、INV（A）、eig（A）表示；A、B矩陣相乘可以用A*B表示。在GPS測量理論學習方面，引入MATLAB軟件進行教學，通過設置一些針對性強，包含線性代數(shù)、高等數(shù)學、測量平差、GPS測量數(shù)據(jù)處理相關知識的實驗內(nèi)容，把抽象的理論學習變?yōu)榘咐膶嶒灲虒W，把繁雜的GPS測量數(shù)據(jù)處理過程分解成若干簡潔的實例化步驟，進而輔助學生對GPS測量理論的認識和理解，為后期的GPS測量控制網(wǎng)的布設實習、GPS靜態(tài)測量與數(shù)據(jù)處理等實驗打下扎實的理論基礎。在MATLAB平臺上進行理論教學，使復雜難懂的GPS測量理論知識變得生動有趣、條理清晰、淺顯易懂，它增強了教師的授課效果，也提高了學生的學習效率。

（二）開展競賽活動，激勵學習，培養(yǎng)能力

普通的課堂教學與實驗教學的教學形式不夠豐富，不能充分調(diào)動學生的興趣、挖掘?qū)W生的潛能。開展課外GPS競賽活動，有利于激勵學生的學習熱情，并培養(yǎng)他們多方面的能力。例如可以開展類似“GPS控制網(wǎng)設計與實施”主題的競賽活動，使其在《GPS 原理及應用》教學中發(fā)揮積極作用：其一，GPS競賽活動中的競爭性調(diào)動了學生的學習積極性，使得學生由被動接受教師講解的知識轉變?yōu)橹鲃訉W習課程知識。GPS課程涉及的公式、原理較多；這些復雜抽象的知識點容易讓學生感到枯燥無味，進而挫傷學生的學習熱情和信心。GPS競賽活動既有趣味性又有競爭性。它能調(diào)動學生的學習熱情，發(fā)揮學生自身的主觀能動性，使學生的學與教師的教產(chǎn)生互動的效果。其二， GPS課程重要的知識與GPS測量的行業(yè)規(guī)范在競賽活動中得到綜合的應用，客觀上提升了學生的專業(yè)素養(yǎng)?！癎PS控制網(wǎng)設計與實施”的競賽活動，要求嚴格按照國家的測繪規(guī)范執(zhí)行。這一競賽任務過程涉及了GPS測量的外業(yè)準備及技術設計書編寫、外業(yè)實施、GPS基線解算與網(wǎng)平差、觀測成果的質(zhì)量檢核、技術總結成果上交等諸多知識內(nèi)容。它既考查了學生對這些知識的理解和綜合應用的能力，又從遵循測繪行業(yè)的規(guī)范進行測量工作這樣的角度來提升了學生的專業(yè)素養(yǎng)。其三，GPS競賽活動培養(yǎng)了學生的團隊意識、鍛煉了組織協(xié)調(diào)的工作能力?！癎PS控制網(wǎng)設計與實施”的競賽任務是需要在小組組員積極配合下，才能順利完成的。GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形的設計、GPS外業(yè)觀測計劃的安排、數(shù)據(jù)的處理、技術總結與報告纂寫等工作都離不開小組組員們的集體討論與精誠合作。

（三）聯(lián)系實踐、遷移應用

除開展課程實習與GPS課程競賽活動外，教師應根據(jù)學校自身的特點和優(yōu)勢盡量為學生創(chuàng)造生產(chǎn)實踐的條件和機會，以期鍛煉學生的生產(chǎn)實踐能力、增強其就業(yè)競爭力。本校在GPS課程聯(lián)系實踐的教學過程中也取得了一些寶貴的經(jīng)驗。例如，地理信息系統(tǒng)專業(yè)與土地資源管理專業(yè)學生，通過參與教師承接的電力線路放樣、公路放樣、土方測量等測量項目，親身體會在復雜情況下遇到的多種困難，使其學會如何靈活地完成GPS測量工作。此外，學生們還不定期地被推薦到廣西一些測繪院、國土資源局等相關部門進行工作實習，在一線的生產(chǎn)實踐中鍛煉工作能力。總之，《GPS 原理及應用》的教學目標力求學以致用，因此生產(chǎn)實踐■對培養(yǎng)學生的GPS測量實踐能力是非常重要的。

三、結論

《GPS 原理及應用》課程有著理論知識抽象復雜、內(nèi)容專業(yè)性強 、實踐操作能力要求高的特點。在教學過程中，可從理論教學、競賽活動、生產(chǎn)實踐三個方面進行行之有效的教學改革，提高學生的學習興趣、調(diào)動學習積極性，增強學生的信心，這樣有助于學生理解GPS理論知識、提高GPS的生產(chǎn)實踐能力。

［參考文獻］

［1］黃聲享，向東. GPS系列化教學實習的設計與實踐［J］.測繪通報，2004（10）.

［2］劉三枝，李明峰， 馮寶紅.《GPS定位技術與應用》課程教學改革研究［J］.礦山測量，2005（2）.

［3］吳繼忠，李明峰等.《GPS定位技術及其應用》課程實踐教學體系的構建［J］.全球定位系統(tǒng)，2007（3）.

［責任編輯：易志毅］