“全球定位系統及其應用”教材解析

徐志華

一、知識構建

“全球定位系統及其應用”主要闡述內容包含：了解全球定位系統（GPS）的技術原理與特點，重點分析全球定位系統在國民經濟生產中的應用；了解世界各國全球衛星定位導航系統發展現狀（拓展知識）。

1.全球定位系統（GPS）的技術原理與特點

GPS是Global Position System的縮寫，即全球衛星定位系統。GPS最早是美國于1973年開始研制、供陸海空三軍共同使用的一種高精度衛星導航定位系統。它是在“子午儀衛星導航定位”技術上發展起來的具有全球性、全能性（陸地、海洋、航空與航天）、全天候性優勢的導航定位、定時、測速系統。GPS是一項高科技成果，美國在海灣戰爭中有效地應用了這一技術，在“沙漠風暴”行動中，美軍和多國部隊在轟炸機、戰斗機、直升機遠程陸地攻擊導彈、戰車、坦克上裝備了7 000臺GPS接收機。海灣戰爭以后，GPS系統普遍被各國所重視，并已開始由單一的軍事用途轉向商業開發與應用。

GPS系統由空間星座、用戶接收設備、無線數據通訊設備及地面監視控制設備四部分組成。空間星座是由美國發射的、運行在2.2萬千米上空6條準同步軌道上的24顆衛星，它可以覆蓋全球，由這24顆衛星發出可供全球、全天候、三維立體和高精度的衛星導航定位信號。用戶接收設備只需要接到24顆衛星中的其中3顆衛星信號，就能夠確定接收機所處位置的準確數據，這些數據信息通過無線數據傳輸系統傳送到控制指揮中心，由控制指揮中心的設備進行數據分析與處理，并通過中心系統配置的地理信息系統和高分辨率電子顯示器，將用戶接收機的實時位置顯示在電子地圖上。

2.全球定位系統（GPS）的應用

（1）特點：全天候、高精度（民用碼：利用差分技術，可以得到小于5米的精度）、自動測量、實時性。

（2）功能：近年來GPS在國內外得到十分廣泛的應用，在各個領域發揮了極大的作用，已成為信息時代不可缺少的部分，被譽為二十世紀以來繼計算機之后又一項對人類進步有重大影響的成果和發明，它為解決人類在地球上的定位問題提供了重要的技術手段。那么，全球衛星定位系統究竟給人們帶來了什么？

（3）定位：可比較準確地確定某地的經緯度和海拔高度。

（4）導航：是一個技術門類的總稱，它是引導飛機、船舶以及個人安全、準確地沿著選定的路線，準時到達目的地的一種手段。導航的基本功能是回答三個問題：“我現在在哪里？我要去哪里？如何去？”

（5）應用：軍事、交通、娛樂、測量、救援、工程建設、野外救援、農業、漁業生產等方面。

3.世界各國全球衛星定位導航系統發展現狀

當前，世界上正在運行的全球衛星定位導航系統主要有兩大系統：一是美國的GPS系統；二是俄羅斯的GLONASS（格魯納斯）系統。近年來，歐盟也提出了有自己特色的“伽利略”全球衛星定位計劃。因此，未來密布在太空的全球衛星定位系統將形成美、俄、歐操縱的GPS、“格魯納斯”、“伽利略”三大系統相互競爭的局面。而我國的“北斗一代”導航系統則是世界上第一個區域性衛星導航系統。

二、目標導航

知識與技能：讀GPS定位示意圖，說出全球定位系統的組成部分和全球定位系統的定位依據與特點；依據材料，舉例說出全球定位系統在軍事、交通、娛樂、測量、救援等方面的應用；通過案例分析，說出全球定位系統在農業中的應用。

過程與方法：在地理課堂教學中，除了使學生掌握系統的地理知識之外，還應注意有目的、有意識地發展學生的智力，培養學生的能力，使學生獲得較高的發展水平，掌握獨立思考、獨立研究的本領。結合本章節內容，加強對學生地理觀察能力、地理思維能力、空間想象能力和記憶能力等的培養。全球定位系統是新型現代地理信息技術成果，大多數同學對它的特點與應用并不了解，在教學過程中應多以案例、圖片、視頻等材料增強他們的感性認識，鍛煉地理觀察能力、地理思維能力。結合課本提到的應用案例幫助學生加強地理思維能力、空間想象能力的培養。

情感、態度與價值觀：應通過促使學生學習現代地理信息技術的基礎知識，了解最新地理技術發展成果。培養學生學以致用的觀點，報效祖國的熱情，以及終生學習的良好習慣。

三、重難疑點

1.教學重點

掌握全球定位系統（GPS）的基本原理，要求學生理解對地球表面上的點定位需要三顆衛星，了解地球表面上點的運動狀態則至少需要四顆衛星。在教學安排中應重點突出對全球定位系統（GPS）廣泛應用的分析與理解，如全球定位系統（GPS）在測量、軍事、農業、交通、救援等方面的應用原理與注意事項等。尤其注意提醒學生分析清楚全球定位系統（GPS）與地理信息系統（GIS）及遙感系統（RS）間的區別與聯系。

2.教學難點

主要集中在對全球定位系統（GPS）測量、軍事、農業、交通、救援等方面的應用原理與注意事項等內容的分析。在教學方法方面，可以考慮采取學生分組合作探究的方法進行學習與交流。學生由于自身認識方面的局限，容易對全球定位系統（GPS）與地理信息系統（GIS）及遙感系統（RS）間的原理與應用產生混淆。例如，由于汽車電子導航產品的廣泛使用，學生容易將汽車電子導航產品與GPS定位儀混為一談。其實汽車電子導航產品的設計與原理應屬于地理信息系統，定位導航只是其中的一項功能，其功能的范疇遠大于單純的定位。

3.教學疑點

在中圖版必修三中，本節案例研究中選取的幾個實例，如精準農業、電子導航等并不完全只是GPS功能的體現，其中也結合了如地理信息系統、遙感方面的知識，容易對還未學習相關知識的學生的理解與掌握造成一定困擾。

四、不同版本教材內容對比分析（見表1）

五、教學建議

1.方法參考

（1）分組合作探究學習法。將學生分成若干個學習合作小組，課前安排學生進行課本知識的預習。本章節重在掌握全球定位系統的原理與應用，在汽車電子導航大發展的今天。大多數學生對于全球定位系統（GPS）并不陌生，可以采用分組合作探究學習法，設計一些教學情境，激發學生求知、探索的欲望。

【探究問題】

*當你外出旅游或者野外探險的時候，通常用哪些方法辨別方向或確定你所在位置？ （可以利用太陽、月亮、北極星、植物、指南針、手表、GPS定位儀等）

*的士運輸公司如何才能有效對車輛進行監控？ （安裝GPS定位系統）

*運用所學知識，想一想怎樣才可以精確測量出珠穆朗瑪峰的準確高度？

*在野外如何救助失蹤人員？

*農業耕種應用系統：為什么美國農民選擇在夜晚耕種作物……

在問題設計方面應按照教學計劃安排層層遞進，同時配合直觀的圖片、視頻等現代媒體以獲得良好的教學效果。

（2）案例教學法。課前讓學生搜集有關全球定位系統在各領域的應用實例。學生介紹全球定位系統在軍事、測量、交通、娛樂、救援等方面的應用案例。

【應用案例】

以色列氣候干旱，降水較少。但在農業方面獲得很大成功。具體做法：通過技術手段獲取農田水分狀況的信息。計算機系統通過數據分析，做出決策。精確地給農田施加適量的水，從而既節約水資源，又獲得較大產出。以色列從而成為歐洲的廚房和花園。

根據案例提問：采用何種手段，獲知哪塊區域農田需水？采用GPS等手段對農業生產有哪些影響？你是否還能舉出其它有關GPS 技術在農業中的應用？

2.圖表使用

（1）全球定位系統空間衛星分布圖（中圖版）。空間星座是由美國發射的、運行在2.2萬千米上空6條準同步軌道上的24顆衛星，它可以覆蓋全球，由這24顆衛星發出可供全球、全天候、三維立體和高精度的衛星導航定位信號（可引導學生了解衛星軌道分布情況）。

（2）全球定位系統定位示意圖。在地球表面上的任何一固定位置，要對其進行精確定位至少需要3顆空間衛星，如果要對一運動物體進行精確定位至少需要4顆空間衛星。全球定位系統可以進行四維座標的準確測量。

（3）全球定位系統終端設備數據圖（圖3）。圖3中“三維衛星位置”反映的是測量地點準確的經緯度位置；高度指的是測量地點準確的海拔高度；右側部分圓圈表示地平圈與地平高度45°的范圍；出現的數字代碼表示目前能接受到信號的衛星代號；下方表示各衛星的信號強度。

六、思考與練習

為了規劃鳥類自然保護區，在獲取了不同鳥類的覓食半徑等資料后，準確劃定保護區范圍可以采用的效率最高的技術手段是：

A.GISB.GPSC.RSD.手工繪圖

解析：本題重點結合實例考查三種現代地理信息技術的原理與應用，考生答題應注重審題，題中的關鍵詞包括有“在獲取了…后；準確劃定…范圍；效率最高的”。結合課本知識，要準確劃定保護區范圍就不僅僅是定位的問題，還包括運用電子地圖規劃、整理的功能。因此，完成這項內容效率最高的技術手段是GIS。選擇A。▲