《GPS原理與應用》課程教學的思考

鄒蓉，黃海軍

(1.中國地質大學(武漢)地球物理與空間信息學院，湖北武漢 430074;2.中國地質大學(武漢)信息工程學院，湖北武漢 430074)

1 引言

全球衛星導航定位系統在測繪等行業和領域中有著廣泛的應用前景，因此衛星導航定位課程也已成為高等學校各相關專業的一門重要課程。該課程對于測繪工程專業而言，是一門專業必修課［1］;然而隨著GPS的應用越來越廣泛，遙感、地理信息系統、勘探地球物理、地質等專業也都相繼開設了《GPS原理與應用》的選修課［2～5］。本文以中國地質大學(武漢)開設的《GPS原理與應用》為例，介紹該課程教學中，根據教學對象的專業背景不同，優化教學內容，合理安排教學實驗，并針對性的設置課程設計。同時根據教學實驗中遇到的若干問題，提出相應課程建設的教學改革意見，與相關教學同仁共同學習討論。

2 課程教學改革的實踐

2.1 針對培養目標，優化課堂教學內容

對于測繪工程專業的學生，本課程有40課時的課程講授和一周的教學實習;對非測繪工程專業(遙感、地理信息系統、勘探地球物理等)學生，本課程含32課時的課程講授和8課時的教學實習。課程講授內容主要涉及各種全球衛星導航定位系統的產生、發展、前景;GPS測量中涉及的坐標系統和時間系統;衛星運動的基礎知識;GPS系統的組成與衛星信號;GPS定位的誤差源;距離測量與定位方法原理;GPS測量的設計與實施;GPS數據采集與GPS數據處理;GPS在各領域中的應用。課程講述的難點主要在載波相位測量的原理和觀測值的線性組合;對于測繪工程專業的學生，還需重點講述周跳的探測和修復、整周模糊度的確定等難度較深的內容;對非測繪工程專業，則重點講述GPS與其專業的結合以及在相關領域的應用。對于測繪工程專業的學生，除了開設GPS原理與應用，還開設了相應的配套課程，例如GPS測量數據處理、GPS測量與數據處理實習及衛星導航定位算法與程序設計等;對非測繪工程專業的學生而言，不僅需要在有限的32課時課堂教學中講授GPS原理與方法，還需補充講述GPS測量與數據處理，并安排外業觀測和內業數據處理實習。

2.2 根據專業特色，合理安排實驗教學

測繪工程專業學生的GPS教學實習為期一周，在中國地質大學(武漢)秭歸實習基地進行，該基地布設有GPS實習控制網，是一個涵蓋測繪學科多門專科課的綜合實習基地。目前秭歸實習基地有覆蓋三峽大壩庫區的14個GPS觀測墩組成的GPS實習控制網，是GPS靜態測量實習的主要場地;同時還開展GPS實時動態測量(RTK)，進行地形圖測繪和放樣;上機數據處理實習包括GPS靜態數據的預處理和高精度的數據處理。

非測繪專業的學生GPS教學實習在中國地質大學(武漢)校園內進行，一共有8課時，其中4課時用于野外實習，另外4課時用于上機數據處理實習。野外實習以GPS認知實習和簡單的操作為主，靜態觀測主要包括GPS接收機的選點、架設、開機測量、關機等基本操作;動態實習主要包括基準站系統的架設、基準站的設置、流動站系統的安裝、流動站的啟動、獨立點測量和連續采集地形點等簡單操作。由于時間有限，非測繪工程專業的外業實習不像測繪工程專業的外業實習那么仔細和全面。其相應的內業數據處理實習，主要采用TEQC軟件進行GPS數據質量的檢測和用商業軟件進行簡單的數據處理，野外實習目的是了解GPS野外作業的方式和模式和用商業數據處理軟件進行GPS數據質量檢測和基本的數據處理方法。

實踐教學均以小組為單位進行，每個小組5人～6人，要求小組成員之間團結協作、共同完成實習任務，進而培養和提高利用所學理論知識解決實際問題以及通過團隊協作完成復雜項目的能力。

2.3 結合學生興趣，設置課程設計內容

本課程的教學內容中，增加了課程設計，這是相對傳統教學的創新之處，目的是為了充分調動不同專業學生學習本課程的積極性。課程設計以5人～6人的小組為單位，成員自由組合，分成兩種形式:形式Ⅰ是搜集自己感興趣的GPS應用方面的資料，制作幻燈片，選派一名代表在課堂上進行演講(15 min以內)，小組全體成員共同回答其他同學和老師的提問，每小組提交一篇與演講內容相關的GPS應用綜述論文;形式Ⅱ是結合自己的興趣點與專業特長，基于某個開發平臺，完成GPS應用的實例并進行演示，每小組提交一份課程設計報告，內容涵蓋每個小組成員的分工、設計架構、完成效果等內容。從提交的課程報告來看，選擇上述兩種形式的學生各占一半，選取形式Ⅰ的小組查閱了大量文獻資料，分析了國內外的應用研究現狀，并進行全面的歸納總結;選取形式Ⅱ的小組普遍具有較強的動手能力，基于遙感、地理信息系統等相關平臺，自己編程實現了GPS在旅游、物流、公共安全、智能公交、車載定位、尋人系統、管線巡檢、車輛監控調度、導航電子地圖、農田洪澇災害、暴雨預報、水質污染監測、時間同步系統等多領域的應用。新采用的課程設計內容，極大地調動了學生主動學習的熱情，通過查閱資料或者動手編程，很直觀地將GPS應用到所學的或者感興趣的領域。

2.4 改變考核模式，全面提高教學質量

隨著教學模式的調整，考核方式也需要隨之改變，進而保證良好的教學效果。最終的課程成績不再以單一的統考為標準，而是采取平時成績、實習成績和課程設計成績相結合的方式，分別占20%，30%和50%的比例。平時成績主要包括上課考勤、課堂紀律、課堂作業和課堂表現，其中課堂表現占平時成績的一半，包括提問、回答問題和對課堂演講的點評，鼓勵學生在課堂上積極思考問題，增強主動學習意識;實習成績包括GPS外業實習、GPS數據處理內業實習和實習報告;課程設計成績占總成績的一半，比重大幅度增加，該部分主要考查學生自主創新學習的能力，該部分成績以小組為單位考核，根據課堂演示和課程報告綜合給分，對于有突出表現的小組，實行加分制。考核模式的改變，可以調動學生的學習熱情，有利于更好地發揮團隊協作精神，更重要的是可以全面提高教學質量。

3 GPS原理與應用教學進一步改革的思考

通過近幾年的教學實踐，《GPS原理與應用》的教學改革在學生中引起了較大的反響，收到了明顯的效果，但也存在一些問題，需要進一步加大改革的力度。

3.1 加強實習基地建設，實現教學科研資源共享

目前GPS實習的控制網主要集中在三峽大壩上游庫區，計劃在三峽大壩下游也建設相應的GPS觀測敦，GPS埋石布點充分考慮結合利用中國大陸構造環境監測網絡在秭歸實習基地內的GNSS基準站。新的GPS實習控制網的建立，將對三峽大壩形成全覆蓋，而三峽工程庫區又是中國地質大學(武漢)的重要科研基地，其課題研究需要大量的測繪成果資料。實習成果資料不能局限于評定學生的成績，合理利用學生的實習資料成果，將學生每年實習的成果數據累積起來，可用于三峽大壩變形監測和地質災害等相關研究。因此加強實習基地建設，建立一個優化、實用、多功能、數字化、開放型的測繪實習基地，實現教學科研數據共享，真正做到教學科研相結合。

3.2 瞄準學科發展前沿，更新教學內容

全球衛星導航定位技術近幾年的發展非常迅速，教材更新速度較慢，教師的講述不能只局限于教材內容，尤其在GPS應用方面，因此要瞄準學科發展前沿，將全球衛星定位技術的最新進展引入教學。例如，中國自主發展的北斗二代衛星導航定位系統，其在軌衛星每年都在增加，相應的應用也不斷更新，這就要求將教學與學科發展前沿有效地進行銜接。鼓勵老師在備課中，結合GPS最新的技術與應用給學生講解，及時更新教學內容;同時也應該激發學生的學習熱情，鼓勵學生利用網絡、圖書館等平臺查閱相應的補充知識。

3.3 提高教師綜合素質，改善教師梯隊

《GPS原理與應用》課程的講述對教師的要求比較全面，其中GPS原理部分的講授涉及較多公式推導，如載波相位測量的原理、觀測值的線性組合等內容，這些既是難點也是重點，教師不容易清晰表述，學生也難以掌握;GPS應用方面，要求教師關注研究動態，能結合學生的興趣點將最新的應用以學生能接納的形式講好。因此，教師綜合素質的提高，對于課程教學有著相當重要的意義。充分發揮老教師在教學方面的優勢，建設好課程小組，加強對青年教師的培養，以老帶新，建立完善的教師梯隊，全面提升青年教師的指教能力，為教師提供更多外出交流學習的機會，全面提高老師的整理理論和教學水平。

4 結語

當前全球衛星導航定位系統發展迅猛，尤其是中國北斗二代衛星導航定位系統的迅速發展，全球衛星導航定位系統多個領域發揮越來越重要作用。《GPS原理與應用》課程教學需要不斷改革創新，緊跟行業和時代發展的需要，為社會培養更多“基礎厚、素質高、能力強”的人才作貢獻。

［1］魏二虎，暢柳，李征航.GPS測量與數據處理系列課程教學的若干思考［J］.測繪信息與工程，2012，37(3):44～46.

［2］魏二虎，黃勁松.GPS測量操作與數據處理［M］.武漢:武漢大學出版社，2008.

［3］李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理［M］.武漢:武漢大學出版社，2009.

［4］徐紹銓，張華海，楊志強等.GPS測量原理及應用［M］.武漢:武漢大學出版社，2004.

［5］李征航，魏二虎，黃勁松.關于衛星應用專業設置及其定位的若干思考［J］.測繪信息與工程，2005，30(2):49～51.