《GNSS發展與應用》課程教學改革探討

常亮　郭立新　馮貴平

【摘 要】通過近幾學期上海海洋大學全校公共選修課程《GNSS發展與應用》的教學實踐，從授課內容、激發學生積極性以及授課方式等方面進行了初步總結，提出總結了課程教學中存在的一些問題，并提出了今后的改進方法。

【關鍵詞】GNSS；教學改革

0 前言

近年來，全球定位系統（GPS）的應用應拓展至人們生活的各個領域，包括大地測量學、地球動力學、地球物理學、天體力學、載人航天學、全球海洋學和全球氣象學等領域，涵蓋了軍事國防、智能交通、郵電通信、礦業、石油、建筑、農業、氣象、土地管理、環境監測、金融、公安等部門和行業[1]。特別地，隨著包括俄羅斯GLONASS系統的復蘇，歐盟GALILEO系統的強勢發展，以及我國北斗衛星導航系統（BDS）的日趨完善，主要包括GPS、GLONASS、GALILEO和BDS等的全球衛星導航系統（GNSS）越來越受到人們的關注。為了進一步宣傳GNSS的廣泛應用，拓展和普及學生對GNSS技術的認識，上海海洋大學海洋科學學院于2015年開設了面向全校學生的《GNSS發展與應用》公共選修課。

開課4個學期以來，本課程受到全校學生的廣泛關注。然而，由于該課程所涉及到的專業理論知識廣泛且復雜，技術性較強，導致在課程的講授過程中，學生們對相關知識點的接受程度差距較大。通過近幾學期的教學思考，個人認為有必要總結與探討教學中存在的問題，以期提高教學質量，讓學生真正的熟悉、了解到衛星導航方面的基本知識，為今后的各種應用做充足儲備。

1 教學內容及存在的問題

1.1 教學內容

《GNSS發展與應用》課程開設以來，除了第一次開課學期選課人數較少外（21人），其他學期的人數均為90人以上，且近兩次學期均達到了100人。在第一次人數較少的教學中，主要是圍繞進行了一下內容的講授：

（1）緒論。了解衛星導航的誕生與發展（冷戰時期美國GPS與前蘇聯GLONASS間博弈），以及其他導航系統的發展與現狀（包括歐盟GALILEO、我國的北斗衛星導航系統等）；

（2）GNSS系統組成。了解GNSS系統的組成部分，以及每個部分的作用與功能。同時，比較不同GNSS系統之間的異同；

（3）GNSS衛星信號結構。主要是掌握GNSS衛星信號、結構以及傳輸特點。

（4）GNSS衛星定位基本原理。由于GPS系統是GNSS系統中發展最為完善的系統，在本部分內容的講解時，選用GPS系統為例來介紹GNSS定位基本原理。

（5）GNSS應用的影響因素。GNSS的應用如此廣泛的原因之一在于，GNSS系統受到多種因素的影響。比如：對流層、電離層延遲誤差對于GNSS氣象學的應用，多路徑誤差對應于GNSS反射信號的應用等。因此，理解和掌握GNSS的誤差來源是非常重要的內容。

（6）GNSS的應用及我國北斗的現狀。主要是學習與討論GPS在測量領域（大地測量、工程測量、航測與遙感、地籍地形測量）、軍事、交通運輸、大氣科學及其他領域的應用，以及介紹我國自主研發的北斗衛星導航系統在各行各業的應用現狀和今后發展趨勢。

1.2 存在問題

（1）針對非本專業的學生，如何進行講授知識的篩選。由于選修本門課程的學生大都是外專業的，而且諸如經濟、文學、外國語等文科專業的學生也占有很大比例，在進行GPS定位基本原理等相關理論知識講授時，往往很多同學難以理解。但是如果不進行此部分的講授，又會給人課程內容不完整的感覺。

（2）由于GNSS課程相關理論部分講授時比較枯燥，利用講授給本專業學生本課程的方法，進行公共選修課的講授時，學生們往往不太容易集中注意力，嚴重影響了課堂教學效果。

（3）目前在理論部分的介紹中，更多的介紹是以GPS為例來進行講授的，針對GLONASS，GALILEO和我國北斗系統的原理介紹相對較少，是否需要在今后的教學中進行擴充講解。

2 教學改革方法

經過近幾個學期的《GNSS發展與應用》課程的教學實踐，以及課后與學生的交流，初步提出以下教學改革方法：

（1）針對GNSS定位及應用原理較復雜的現實，為提高學生對相關知識的理解能力，有必要進行適當的類比。比如：講到利用C/A碼偽距、P碼偽距和L1、L2載波進行距離測量時，可以將這兩類共四種觀測值類比為兩種測量距離的尺子，其中一把叫“皮尺”（偽距），一把叫“鋼尺”（載波）。而這兩種尺子類型的最小刻度又不一樣，比如C/A碼偽距的最小刻度是293m，P碼偽距的最小刻度是29.3m，而L1、L2載波的最小刻度則是19cm和24cm。很明顯，最小刻度越小，用來測量距離時精度越準確。如果通過這種方式進行類比，在課堂上講授相關專業知識時，學生就更容易明白了。

（2）理論與實際應用相結合。在講授理論部分比較復雜的內容時，可以先通過列舉現實生活中GNSS系統的實際使用，然后以此為出發點，來介（下轉第97頁）（上接第83頁）紹這種應用中對應的GNSS技術的理論知識。通過這種提出問題并發現問題的方式進行相關知識點的講授，更能引起學生的興趣，并讓學生集中注意力。

（3）雖然目前GPS相關理論及應用的研究最為成熟，我們仍然需要通過查閱相關文獻資料，弄清除GPS之外的GNSS系統的應用現狀，以及認識它們與GPS進行導航定位等應用的不同。特別地，在2020年我國北斗衛星導航定位系統正式實現全球化即將到來前，我們更有必要進一步認識我們自己的北斗。今后我們將進一步將強對我國北斗衛星導航系統的講授。

3 結論

在本文中，對上海海洋大學全校公選課程《GNSS發展與應用》的教學改革方法進行了探討，并針對存在的一些問題進行了總結。其最終目的是為了改善《GNSS發展與應用》課程的教學效果，提高教學質量，進一步向全校學生普及GNSS的相關原理與知識，擴展相關方面的見識。特別是讓更多學生認識我國北斗衛星導航系統的歷史與發展，以及在各行各業的應用。

【參考文獻】

[1]徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用（第三版）[M].武漢大學出版社，2008.endprint