《GNSS發展與應用》課程視頻教學探討

常亮 馮貴平

【摘 要】2020年我國我國北斗衛星導航系統（BDS）即將實現全球運營，將會對美國全球定位系統（GPS）帶來諸多沖擊。因此，在上海海洋大學公共選修課程《GNSS發展與應用》的講授過程中，需要實時更新GNSS發展與應用的相關講授內容，以適應全球衛星導航系統（GNSS）的不斷發展。本文探討了一種基于課程視頻教學的探討方式，以期提高學生的學習興趣與熱情，提高教學效率。

【關鍵詞】GNSS;視頻教學

中圖分類號： TN911.72-4;G434 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0145-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.067

0 前言

全球衛星導航系統（GNSS）主要包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS（前蘇聯）、歐盟的GALILEO和我國的BDS。GPS和GLONASS起步時間相當，其發展伴隨著當時美蘇之間的軍事博弈。但是隨著前蘇聯的解體，GLONASS的發展逐漸滯后于GPS。雖然GLONASS隨后移交給俄羅斯進行管理，但由于俄羅斯國內經濟不景氣等因素的影響，GLONASS正常維護與運行收到越來越嚴重的挑戰。據俄羅斯衛星通訊社報道，2018年俄政府正式批準了與中國在和平利用GLONASS和BDS衛星系統方面合作的協議草案。GLONASS并入BDS意味著我國的北斗系統將發生質變，擁有50顆以上的衛星，導航定位精度將大大提高。相較于GPS和GLONASS，GALILEO和BDS的發展較晚，但是在我國BDS即將實現全球組網之際，BDS的發展與潛力吸引了全世界各行各業的關注。為了進一步幫助學生拓展課外知識，本門《GNSS發展與應用》公共選修課將面向全校學生授課，以普及GNSS技術的基本理論與應用。

本門課程自開課以來，引起全校學生的廣泛關注。然而，GNSS技術相關的理論知識涉及多個專業，專業性較強，導致該課程的基本理論講授時，大部分學生對相關知識點的接受程度普遍不高。通過近期與學生的主動交流，學生反饋以及教學思考，總結了相應的教學改革方案，以期提高教學質量。并希望學生在本門課程的學習過程中盡可能多的掌握GNSS技術的相關理論與應用前景，拓展相關方面的認識與了解。

1 教學內容及存在的問題

1.1 教學內容

依據GNSS技術的不斷發展，《GNSS發展與應用》課程每學期的講授內容都會進行相應的微調。但是基于本課程全校公選課的性質，以及面向的學生中絕大部分均為非相關專業的現狀，本課程的教學內容主要包含以下幾個部分：

（1）緒論。主要以時間軸為序，講授GNSS技術的誕生與發展歷程。通過穿插講授上世紀冷戰時期美國GPS與前蘇聯GLONASS間的軍事博弈，GALILEO系統的產生背景，以及我國BDS系統在發展初期與GALILEO系統的合作及競爭，讓學生在歷史背景下了解GNSS各系統的發展與相互聯系。

（2）GNSS系統組成。通過對比講解，了解不同GNSS系統的組成部分，每個部分的作用與功能，以及各GNSS系統的衛星進行更新時的主要內容，并比較不同GNSS系統在衛星星座，軌道，頻率等方面之間的異同;

（3）GNSS衛星信號結構。此部分僅作為了解要求，主要是了解GNSS衛星信號、結構以及傳輸特點。

（4）GNSS衛星定位基本原理。此部分為本課程的重點內容。主要介紹GNSS定位的最常見方式及基本原理，講授過程中會以我們平時最常使用的手機導航定位為例，認識和了解GNSS定位原理與過程。

（5）GNSS應用的誤差來源。作為非專業課程，本部分內容僅作了解要求。讓同學們認識到，GNSS的應用之所以如此廣泛，主要原因之一在于GNSS系統所受到多種誤差因素的影響。比如：衛星信號收到的對流層、電離層延遲誤差，衍生出了GNSS氣象學，并受到廣泛應用;衛星信號的多路徑誤差，同樣早就了如今GNSS反射信號遙感的研究與應用等。因此，本章內容的學習可以讓學生理解到GNSS技術的應用存在兩面性，針對不同的應用目的需要采用不同的利用方法。

（6）GNSS及我國北斗的應用現狀。此部分將主要采用講授與討論教學同步的方式來進行，主要讓學生課后搜集資料，了解GNSS和我國北斗系統在國民經濟、軍事、科學研究等領域的應用，以及介紹我國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）本課程聽課對象的專業差異較大。選修本門課程的文科類專業的學生占比較大，在進行GNSS的歷史與發展等內容的介紹時，大部分學生積極性較高。但是，在進行定位基本原理等更專業內容的講授時，隨著理解難度的加深，學生們的積極性明顯下降，使得課堂教學效果大打折扣。

（2）由于GPS是目前GNSS系統中發展最為完善的，導致以往的教學中往往更加偏向于GPS系統的介紹，而對GLONASS，GALILEO和BDS等系統講授的比例較低。特別是在我國北斗的應用功能越來越重要的背景下，BDS系統發展與應用的細節內容介紹較少。

2 教學改革方法

在課堂教學中發現，利用傳統的PPT授課方式會受到某種程度的限制，影響了學生對相關問題和知識點的理解。通過之前的教學實踐，以及近期與學生的主動交流，學生反饋以及教學思考，初步提出基于視頻教學的改革方法。

（1）在進行GNSS的發展歷史時，選取適當的視頻，介紹美國與前蘇聯冷戰時期在GPS、GLONASS及相關空間科學建設方面的舉措，讓大家在特定的歷史背景下了解GPS與GLONASS的競爭和發展。

（2）隨著隨著我國BDS的發展，以及GLONASS系統的兼容性并入，北斗系統的發展與應用前景越來越受到關注。選取北斗設計工程師的講座報告視頻，讓同學們加深對我國北斗發展過程中是如何受到歐盟國家的阻擾，以及我國如何克服種種困難，最終自主研發設計出萬世矚目的北斗系統。在吸引學生的興趣的同時，增加大家的民族自豪感。

（3）通過介紹北斗在各行各業的應用視頻，加深同學們對北斗實際應用的深刻認識，同時以此引導大家進行課程報告的完成。

3 結論

本文對目前《GNSS發展與應用》課程教學中遇到的相關問題進行了總結，并探討可能的教學改革方法。本文提出了關于課程講授過程中基于視頻教學的思考，以期提高學生對課程基本知識的認識和理解，促進教學效果，提高教學質量，并加強對學生們在全球衛星導航定位的基本理論與應用知識的普及。