“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程實(shí)踐教學(xué)模式改革研究

許寶成，張 冰，馬開(kāi)鋒，李 奧

（華北水利水電大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院，河南 鄭州 450011）

1 前言

現(xiàn)階段中，“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”是專門面向測(cè)繪工程、遙感、地理信息科學(xué)專業(yè)學(xué)生的課程，其知識(shí)覆蓋面較廣且內(nèi)容又十分復(fù)雜，所以在學(xué)習(xí)時(shí)必須保證學(xué)生能夠有較強(qiáng)的專業(yè)背景知識(shí)和實(shí)踐能力，否則在學(xué)習(xí)時(shí)就無(wú)法使學(xué)生進(jìn)入思考狀態(tài)，而且也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)很難理解教學(xué)的內(nèi)容。對(duì)此，針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象則需要對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式進(jìn)行更改，才能結(jié)合學(xué)生的實(shí)際專業(yè)背景特點(diǎn)進(jìn)行有效授課，保證在教學(xué)的過(guò)程中真正滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的要求，而且也能夠使教學(xué)內(nèi)容更加通俗易懂并能夠通過(guò)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性來(lái)真正讓學(xué)生掌握該學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容，這樣才能為中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展起到推進(jìn)性的作用。

2 課程開(kāi)展的意義與特點(diǎn)

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程的學(xué)習(xí)目的是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)整體的認(rèn)知情況，并且也為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)知識(shí)做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備。課程內(nèi)容主要涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的相關(guān)空間知識(shí)，所以這一學(xué)科主要以基本原型概念模型為主，充分介紹衛(wèi)星定位系統(tǒng)的研究發(fā)展方向和趨勢(shì)，并通過(guò)結(jié)合相關(guān)學(xué)科內(nèi)容來(lái)保證學(xué)生能夠?qū)υ撜n程的相關(guān)知識(shí)有一個(gè)全面的了解。

課程內(nèi)容具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和現(xiàn)實(shí)性，其自身又包含了空間星座結(jié)構(gòu)認(rèn)知等抽象概念，同時(shí)又要求學(xué)生掌握大量數(shù)據(jù)處理計(jì)算公式，并要求學(xué)生有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，否則就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)無(wú)法將理論知識(shí)進(jìn)行有效應(yīng)用。并且，教學(xué)需要富有啟發(fā)性，所以要求授課教師將理論知識(shí)與實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行共同融合，才能保證學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)既能夠掌握較多的理論基礎(chǔ)知識(shí)，又能夠?qū)崿F(xiàn)在實(shí)際動(dòng)手中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的目標(biāo)，進(jìn)而在不斷探索中，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的創(chuàng)新性發(fā)展。

3 課程開(kāi)展的內(nèi)容

3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程主要講述的是天文學(xué)的基本理論知識(shí)和大地測(cè)量學(xué)科的基本理論知識(shí)，而這一部分知識(shí)內(nèi)容的講解主要是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)測(cè)量專業(yè)知識(shí)，對(duì)理解不足的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。對(duì)于大部分測(cè)繪工程專業(yè)的學(xué)生而言，在進(jìn)行時(shí)間坐標(biāo)系的學(xué)習(xí)時(shí)，往往只能夠?qū)W習(xí)特定的地理位置時(shí)間和系統(tǒng)，而對(duì)于相關(guān)概念只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述學(xué)習(xí)；在空間坐標(biāo)系方面，也只是實(shí)現(xiàn)了對(duì)恒星和太陽(yáng)時(shí)的分類，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其轉(zhuǎn)換關(guān)系的認(rèn)知，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，通過(guò)時(shí)間與坐標(biāo)系統(tǒng)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)能夠幫助學(xué)生在時(shí)間、空間坐標(biāo)系當(dāng)中，建立較為全面的認(rèn)知體系和結(jié)構(gòu)，并且在實(shí)際講解的過(guò)程中，也可以通過(guò)對(duì)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換以及所需要的參數(shù)進(jìn)行講解，從而幫助學(xué)生對(duì)其知識(shí)有一個(gè)深層次的認(rèn)知，進(jìn)而為后續(xù)學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

3.2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

授課時(shí)主要是通過(guò)講述綜述性內(nèi)容來(lái)擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，并達(dá)到激發(fā)學(xué)生探索該領(lǐng)域知識(shí)內(nèi)容的欲望，通過(guò)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，就能保證學(xué)生在學(xué)習(xí)該科目時(shí)，有一個(gè)良好的學(xué)習(xí)心態(tài)。同時(shí)，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，該課程的重點(diǎn)方向是針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在定位與導(dǎo)航這兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用方向。導(dǎo)航所針對(duì)的用戶一般為低精度用戶，且在不同的載體平臺(tái)上應(yīng)用，如車輛導(dǎo)航、手機(jī)導(dǎo)航、無(wú)人機(jī)領(lǐng)域等。以車輛導(dǎo)航為例，它可以將實(shí)時(shí)定位和電子地圖結(jié)合使用，這樣就能滿足人們的應(yīng)用需求。而定位工作所針對(duì)的用戶一般為高精度用戶，需對(duì)系統(tǒng)定位知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)介紹，這樣就能讓學(xué)生對(duì)當(dāng)前衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的學(xué)習(xí)有一個(gè)深刻的認(rèn)知和了解。

3.3 周跳與整周模糊計(jì)算

在衛(wèi)星定位導(dǎo)航過(guò)程中，其主要的誤差是由于路徑傳播延時(shí)而使接收器、衛(wèi)星信號(hào)傳遞器出現(xiàn)錯(cuò)軌現(xiàn)象。從當(dāng)前信號(hào)傳播的整體方式來(lái)看，在電離層和對(duì)流層進(jìn)行信息傳遞時(shí)，由于誤差影響以及模型修正公式的不同，也會(huì)導(dǎo)致這種偏差問(wèn)題的產(chǎn)生。因此，消除電離層誤差的內(nèi)容能夠幫助學(xué)生更加了解本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)，采用這種教學(xué)方式在教學(xué)的過(guò)程中能夠幫助學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行有效的理解和掌握。對(duì)于高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的處理而言，其核心問(wèn)題就是當(dāng)前人們所廣泛討論的周跳探測(cè)與周跳模糊修復(fù)問(wèn)題，所以對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)講解，并結(jié)合學(xué)生不同背景來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)原理的講述，更能夠弱化復(fù)雜的理論部分，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，這樣既能取得良好的教學(xué)效果，也能幫助學(xué)生更有效地了解相關(guān)知識(shí)內(nèi)容。

3.4 觀測(cè)值與差分模型

在學(xué)習(xí)觀測(cè)值組合和測(cè)量模型時(shí)，一般要以衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所發(fā)射的偽距信號(hào)和載波信號(hào)為主進(jìn)行講解，它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位基本工作原理的全面解析，并讓學(xué)生采用基于誤差模型改正的方法來(lái)有效學(xué)習(xí)算法。而且，通過(guò)簡(jiǎn)單化的計(jì)算模型對(duì)偽距進(jìn)行計(jì)算并應(yīng)用，同時(shí)對(duì)載波相位的測(cè)量模型進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，能幫助學(xué)生更快理解計(jì)算改正模型的建立，并且也能在工程實(shí)踐的過(guò)程中，讓學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)模型的特征。此外，結(jié)合無(wú)線電信號(hào)的傳播特征進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，也能夠幫助學(xué)生了解整周模糊和周跳的概念，更能讓學(xué)生了解到衛(wèi)星導(dǎo)航定位的實(shí)際優(yōu)勢(shì)，以及在未來(lái)發(fā)展中需要克服的難點(diǎn)。在衛(wèi)星站測(cè)量的過(guò)程中，對(duì)其差分組合測(cè)量模式的內(nèi)容進(jìn)行解析，并對(duì)不同的組合模式優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)列舉，而且也給出了不同頻率以及不同測(cè)量模型之間的組合方式，在學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中，就能幫助學(xué)生清晰地了解到什么是定位。并以恰當(dāng)?shù)男问綖閷W(xué)生引出后續(xù)問(wèn)題，這樣也能為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)做好鋪墊工作。

4 授課模式改進(jìn)方式

4.1 依據(jù)學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行課題討論

除了日常的正常授課行為外，教師要在課堂上結(jié)合應(yīng)用學(xué)生的興趣點(diǎn)和關(guān)注點(diǎn)，并針對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容讓學(xué)生進(jìn)行廣泛討論，這樣才能保證學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)時(shí)，可以有效調(diào)動(dòng)起自身的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。而且，對(duì)于“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程的實(shí)踐教學(xué)而言，要注重課程的實(shí)踐性和未來(lái)發(fā)展的廣闊性，因此，在討論過(guò)程中也可以就未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)實(shí)需要進(jìn)行結(jié)合討論，同時(shí)也可以引入一定的案例，這樣既能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，也能進(jìn)一步鞏固課堂上所學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，還能在問(wèn)題延伸中不斷發(fā)散學(xué)生的思維，并真正幫助學(xué)生將抽象的概念進(jìn)行細(xì)化處理，這樣才能保證學(xué)生在學(xué)習(xí)課程時(shí)，可以牢牢掌握住相關(guān)知識(shí)，并將其應(yīng)用在自身的專業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。

4.2 結(jié)合學(xué)生專業(yè)背景開(kāi)展主題報(bào)告

對(duì)于“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程實(shí)踐教學(xué)而言，由于涉及知識(shí)內(nèi)容較廣，而且知識(shí)又具有復(fù)雜性，為了保證其能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以邀請(qǐng)?jiān)擃I(lǐng)域的專家來(lái)開(kāi)展專題報(bào)告會(huì)，這樣既能夠讓專家來(lái)講解該領(lǐng)域當(dāng)前最新的研究方向，也能保證學(xué)生在參與時(shí)了解到日常學(xué)習(xí)當(dāng)中所不了解的內(nèi)容，報(bào)告結(jié)束后通過(guò)問(wèn)答環(huán)節(jié)，由專家為學(xué)生解決現(xiàn)在學(xué)習(xí)當(dāng)中的一些難題，更能夠?qū)ξ磥?lái)的發(fā)展形勢(shì)有一個(gè)全面的了解，讓學(xué)生在聽(tīng)講的過(guò)程中，可以對(duì)自身學(xué)習(xí)的專業(yè)有一個(gè)深層次的理解和認(rèn)可，繼而促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

4.3 加強(qiáng)實(shí)踐內(nèi)容的添加

為了有效加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課堂理論教學(xué)內(nèi)容的理解，并真正讓學(xué)生掌握理論知識(shí)，則需要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置，同時(shí)也要保證學(xué)生能在課程實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)過(guò)程中，可以熟練使用當(dāng)前最先進(jìn)的定位技術(shù)與儀器設(shè)備，保證學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效處理，并幫助學(xué)生在了解計(jì)算處理模型的同時(shí)，鍛煉其分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而才能使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)踐能力的提升。

4.4 提高青年教師的教學(xué)水平

在當(dāng)前階段中，教學(xué)組必須要由老教師發(fā)揮自身的傳授帶頭作用，而且要保證在青年教師上崗前要完成多次試講工作，再由老教師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，并給出有效的建議和意見(jiàn)，這樣才能使年輕教師更快地獲得本學(xué)科的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并提高自身的教學(xué)能力。同時(shí)，在教學(xué)組的長(zhǎng)期教育工作開(kāi)展中，也必須要加強(qiáng)對(duì)年輕教師備課檢查力度工作的落實(shí)，還要保證教師能夠有完整的教學(xué)體系，并確保教師能夠在實(shí)踐內(nèi)容和實(shí)踐方式上進(jìn)行緊密聯(lián)合。

5 總結(jié)

“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”課程實(shí)踐教學(xué)工作的開(kāi)展能夠?yàn)橹袊?guó)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)人才的培養(yǎng)提供有效保證，因此，在實(shí)踐教學(xué)模式的選擇上，更應(yīng)該結(jié)合學(xué)生的實(shí)際需要進(jìn)行有效應(yīng)用，這樣才能為學(xué)生的未來(lái)發(fā)展做好準(zhǔn)備。