“GPS原理與應(yīng)用”課程教學(xué)實(shí)踐探討

陳鵬

摘 要：結(jié)合當(dāng)前GPS技術(shù)迅速發(fā)展的趨勢，以西安科技大學(xué)測繪工程專業(yè)培養(yǎng)方案為例，針對目前“GPS 定位原理與應(yīng)用”課程教學(xué)中的不足，從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)手段豐富、實(shí)踐教學(xué)改進(jìn)和考試考核方式等方面對GPS課程教學(xué)改革進(jìn)行探討，為測繪工程領(lǐng)域工程技術(shù)人才奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：GPS；教學(xué)實(shí)踐；教學(xué)改革

美國GPS系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的全球衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有全天候作業(yè)、無需通視、定位速度快、精度高等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、測繪、資源調(diào)查、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、交通管理等領(lǐng)域。因而“GPS原理與應(yīng)用”成為許多高校的測繪類專業(yè)和相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的必修課程。

本文依據(jù)GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢并結(jié)合筆者近年的教學(xué)實(shí)踐，針對目前測繪工程專業(yè)教學(xué)中存在的一些問題和不足進(jìn)行了探討。

目前，國內(nèi)武漢大學(xué)等一些高校都開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”和“GPS測量與數(shù)據(jù)處理”兩門課程，由于學(xué)時有限，西安科技大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在測繪工程專業(yè)僅開設(shè)了“GPS原理及應(yīng)用”課程，對如何在有限的學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生更好地掌握這門課程的內(nèi)容，同時提高實(shí)踐操作能力，需要進(jìn)一步研究。本文根據(jù)從事GPS教學(xué)3年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對該課程在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐環(huán)節(jié)及考核方式方面進(jìn)行了相關(guān)探討。本課程是測繪工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程的目標(biāo)是通過本課程的理論學(xué)習(xí)及實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生掌握GPS導(dǎo)航定位的基本原理、作業(yè)模式和操作方法，使學(xué)生具有較為堅實(shí)的理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)的動手能力，以滿足今后專業(yè)課程學(xué)習(xí)的需要，為學(xué)生畢業(yè)后參加生產(chǎn)作業(yè)和科學(xué)研究打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

1.課程的開設(shè)情況

“GPS原理及應(yīng)用”是測繪工程專業(yè)的專業(yè)必修課，開設(shè)于第4學(xué)期，總學(xué)時為58，其中課內(nèi)講授48學(xué)時，課內(nèi)實(shí)踐10學(xué)時。測繪工程專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)“數(shù)字測圖原理與方法”和“誤差理論與測量平差基礎(chǔ)”后學(xué)習(xí)這門課程，該門課程的開設(shè)不僅使學(xué)生掌握基本儀器的操作、GPS數(shù)據(jù)的采集方法以及利用相關(guān)數(shù)據(jù)解算軟件對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而且利用GIS軟件對采集的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，拓寬學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)。

2.教材的選取

目前，國內(nèi)出版的“GPS原理及應(yīng)用”課程相關(guān)教材有十余種，考慮到專業(yè)實(shí)際，我們選用的是武漢大學(xué)李征航教授編著的《GPS測量與數(shù)據(jù)處理（第二版）》，該教材在介紹GPS衛(wèi)星測量基本原理、誤差來源、技術(shù)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，對GPS測量數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了詳細(xì)的論述，是國內(nèi)最好的GPS教材之一。

3.課程體系的構(gòu)建

該課程涉及的知識點(diǎn)眾多，要在有限的學(xué)時內(nèi)使學(xué)生不僅很好地掌握GPS相關(guān)的基本概念和原理，更要加強(qiáng)其實(shí)踐能力的培養(yǎng)。為此，結(jié)合專業(yè)實(shí)際，在實(shí)際教學(xué)過程中對該課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了研究和取舍，授課內(nèi)容及課時分配如表1所示。

為了加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解與記憶，在授課期間需要布置一定數(shù)量的作業(yè)并及時安排輔導(dǎo)答疑。作業(yè)和輔導(dǎo)應(yīng)結(jié)合基本概念、基本理論、基本方法等基本知識的教學(xué)安排，每個知識點(diǎn)應(yīng)至少布置一次作業(yè)，重點(diǎn)輔導(dǎo)答疑1

次；課程結(jié)束時應(yīng)布置一個至少包含三個知識點(diǎn)的綜合性大作業(yè)，該作業(yè)成績占平時成績的50%。

4.實(shí)踐教學(xué)

“GPS原理與應(yīng)用”是一門理論與實(shí)踐結(jié)合較為緊密的課程，在講授基本理論與基本知識的同時，必須重視實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)。其目的是通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)使學(xué)生掌握GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的基本原理、GPS接收機(jī)的基本操作知識，能夠利用GPS接收機(jī)進(jìn)行實(shí)際作業(yè)，并能夠比較熟練地運(yùn)用隨機(jī)軟件和網(wǎng)平差軟件進(jìn)行GPS測量數(shù)據(jù)的處理與分析。通過課程實(shí)習(xí)，使學(xué)生掌握GPS接收機(jī)以及數(shù)據(jù)平差軟件的使用，了解根據(jù)GPS定位的特點(diǎn)來測定工程控制網(wǎng)的過程，它和常規(guī)工程控制網(wǎng)的不同點(diǎn)和相同點(diǎn)，熟練掌握利用GPS進(jìn)行地形測量和工程放樣，使所學(xué)理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，鞏固和加深對新知識的理解，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

“GPS原理與應(yīng)用”課程共安排10學(xué)時的課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)，通過實(shí)踐性教學(xué)，使學(xué)生掌握靜態(tài)GPS接收機(jī)的操作及數(shù)據(jù)采集方法，熟練利用LGO（Leica Geo Office）、TBC（Trimble Business Center）和HDS2003等GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行GPS基線解算和GPS網(wǎng)平差的過程。

在實(shí)踐教學(xué)中，將GPS實(shí)習(xí)與“工程測量學(xué)”中工程測量實(shí)習(xí)結(jié)合起來，進(jìn)行為期3周的校外實(shí)習(xí)，其中GPS控制測量部分，布設(shè)了西安科技大學(xué)臨潼實(shí)習(xí)基地E級GPS控制網(wǎng)，控制范圍覆蓋整個臨潼城區(qū)。要求學(xué)生進(jìn)行觀測計劃的制訂、數(shù)據(jù)采集、下載數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)解算。各個環(huán)節(jié)均按照規(guī)范的要求。通過實(shí)習(xí)使學(xué)生系統(tǒng)地掌握GPS的作業(yè)過程，提高了在實(shí)際工作中分析和解決問題的能力。為期3周的實(shí)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生以組為單位提交以下成果：GPS技術(shù)設(shè)計書、點(diǎn)位坐標(biāo)成果、圖件資料，以檢查學(xué)生的實(shí)習(xí)情況。

5.考試考查

該課程的總評成績采取期末考試成績和平時成績結(jié)合的形式，總評成績=考試成績（70%）+平時成績（30%）。平時成績包括考勤、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)成績，而實(shí)驗(yàn)成績從學(xué)生實(shí)習(xí)態(tài)度、儀器操作熟練程度和實(shí)驗(yàn)報告等三個方面進(jìn)行考核。期末考試題型分別為填空題（30分）、選擇題（10分）、名詞解釋（20分）、簡答（20分）、綜合設(shè)計題（20分），綜合設(shè)計題一般針對某一個工程實(shí)際進(jìn)行GPS網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計并制訂GPS觀測計劃，考試時間為120分鐘。要求學(xué)生既要掌握GPS系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論，又在理解的基礎(chǔ)上綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際生產(chǎn)問題。

6.結(jié)束語

“GPS原理及應(yīng)用”是測繪類的一門核心專業(yè)課程，涉及的知識面較寬，課程內(nèi)容較多，實(shí)踐性很強(qiáng)，因而其教學(xué)方法一直受到高度重視。本文結(jié)合筆者近幾年的授課實(shí)踐，以西安科技大學(xué)測繪工程專業(yè)培養(yǎng)方案為例，結(jié)合當(dāng)前GPS技術(shù)的最新發(fā)展趨勢，就教材選擇，教學(xué)內(nèi)容的合理安排，實(shí)踐教學(xué)，考試考查等問題進(jìn)行了深入探討，期望進(jìn)一步促進(jìn)該課程的教學(xué)改革，培養(yǎng)更多的綜合素質(zhì)高、業(yè)務(wù)能力強(qiáng)、具有較強(qiáng)創(chuàng)新意識和團(tuán)隊(duì)精神的工程技術(shù)人才。

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（作者單位：西安科技大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）