《GPS原理与应用》教学的探讨

蒙琳 胡宝清 刘彦花

［摘要］GPS原理的理论知识抽象复杂，且对实践操作能力要求高。这使得大多数学生在学习《GPS原理与应用》课程过程中会遇到一定的困难。本文从GPS理论教学、竞赛活动、生产实践三个方面对《GPS原理与应用》教学问题进行探讨。

［关键词］教学GPS原理GPS应用

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2012）04-0044-03

近年来，许多高校的工学专业在GPS课程教学中，从构建GPS定位技术课程教学体系、优化教学内容、改革教学方法和手段、注重实践教学等方面做了深入的研究和探索：黄声享[1]以GPS测量控制网的布设实习、GPS RTK技术应用实习、GPS导航与动态定位的教学实习作为GPS系列化教学实习的主要内容。刘三枝[2]提出以《测绘学概论 》、《测量平差基础 》、《GPS定位技术与应用 》、《工程测量 》等课程建立测绘专业的GPS定位技术课程教学体系；吴继忠[3]由GPS接收机认识观测与通讯、利用广播星历计算卫星概略位置、精密星历的下载和认识、载波相位观测值的周跳探测、GPS静态测量与数据处理、GPS RTK测量与数据处理构建GPS课程实践教学体系。以上的研究主要针对有较强工学背景的专业，而且虽然在GPS测量的设计与实施、GPS测量数据处理方面的实践性强的实验教学研究较多，但是在配合GPS测量原理知识讲解的相应实验教学方法和手段方面的研究略显不足。相对于工科院校而言，本校地理信息系统和土地资源管理专业学生在数学基础（如线性代数、高等数学），知识结构面（如《测量平差基础 》知识），实践动手能力等方面都有一定程度的欠缺。本文根据《GPS 原理及应用》课程涉及知识面广、内容专业性强 、实践操作能力要求高的特点，从理论教学、竞赛活动、生产实践三个方面探讨了该课程的教学问题。

一、当前《GPS原理与应用》教学中存在的主要问题及分析

（一）教师传授与学生学习两难并存

GPS测量原理中的伪距单点定位、载波相位相对定位测量、GPS基线向量解算、基线向量网平差等内容，涉及了矩阵运算，向量运算、最小二乘法、误差传播定律等等知识点；它要求学生对高等数学、线性代数、概率统计学、测量平差等有较扎实的理论基础。

单单学习这些基础知识本身就存在很大的难度，而在《GPS原理与应用》一门课程中要结合它们起来进行讲解，其难度可想而知。对教师的施教而言，在有限的课时内融会贯通、深入浅出地讲解GPS测量原理实属不易；对学生的学习而言，由于相关数学基础知识不易理解，或是由于没有开设相关课程（如测量平差基础），这使学生在GPS测量理论学习过程中显得比较茫然，不知所措。此外，由于高等数学、线性代数、概率统计学、测量平差等知识的学习时间相隔已久，学生往往出现或是记忆模糊，有些淡忘，或是基础未打好等状况。与此同时，在《GPS原理与应用》的授课中，授课教师由于课时的关系一般不会花太多时间回顾相关基础知识点，这就使学生很难真正体会GPS原理体现出来的数学知识的综合应用，也没办法真正理解GPS测量原理的知识。因此，这些因素在GPS测量原理的理论知识的教学过程中对教师和学生都会带来困扰，影响教学质量。

（二）课程教学形式不够丰富，学生的学习积极性不高

《GPS原理与应用》课程教学一般有课堂讲解和野外实习等教学形式。这些教学形式有些呆板不够活跃，不能充分调动学生的学习积极性。GPS课程理论知识部分公式众多，推导也很繁杂，通过课堂讲解形式进行教学时，灌压式教学会使学生多少产生厌烦的情绪，提不起学习兴趣；野外实习的教学形式虽然较为灵活，但是同样存在学生只懂操作不懂原理，以及学习积极性不高等情况。在教学过程中，教与学相互联系，学生是教学活动组织的出发点。只有真正激发学生的学习兴趣，才能调动学生的学习积极性，让学生由被动地接受知识转变为主动地获取知识，使GPS课程的教学工作收到事半功倍的效果。

（三）生产实践能力的培养仍有欠缺

《GPS 原理及应用》是一门实践操作能力要求高的课程，学生的生产实践能力的强弱是检验《GPS 原理及应用》教学成功与否的重要标准。《GPS 原理及应用》教学中，虽然设置了课程实习这一环节，学生在课程实习中也掌握了GPS仪器使用、GPS软件解算等一些GPS应用方面的基本技能，但是这与真正的生产实践要求仍有较大的差距，学生没法学到解决实际工作中复杂问题的方法，没法获得实践工作经验。教学与生产实践未能紧密联系，有所脱节，因此学生的GPS测量生产实践能力的培养有待进一步加强。

二、优化教学的策略

（一）利用MATLAB软件辅助教学，深入浅出地讲解理论知识

利用MATLAB软件辅助理论教学，不仅有助于降低教师传授GPS测量原理知识的难度，而且有助于学生直观地理解掌握理论知识。MATLAB软件是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，而且简单易学。MATLAB可以用变量来描述矩阵，而且其对矩阵的操作、线性方程组的求解都非常简单。例如，若用A、B来代表矩阵，则A矩阵转置、逆矩阵、特征値可以方便地用A、INV（A）、eig（A）表示；A、B矩阵相乘可以用A*B表示。在GPS测量理论学习方面，引入MATLAB软件进行教学，通过设置一些针对性强，包含线性代数、高等数学、测量平差、GPS測量数据处理相关知识的实验内容，把抽象的理论学习变为案例化的实验教学，把繁杂的GPS测量数据处理过程分解成若干简洁的实例化步骤，进而辅助学生对GPS测量理论的认识和理解，为后期的GPS测量控制网的布设实习、GPS静态测量与数据处理等实验打下扎实的理论基础。在MATLAB平台上进行理论教学，使复杂难懂的GPS测量理论知识变得生动有趣、条理清晰、浅显易懂，它增强了教师的授课效果，也提高了学生的学习效率。

（二）开展竞赛活动，激励学习，培养能力

普通的课堂教学与实验教学的教学形式不够丰富，不能充分调动学生的兴趣、挖掘学生的潜能。开展课外GPS竞赛活动，有利于激励学生的学习热情，并培养他们多方面的能力。例如可以开展类似“GPS控制网设计与实施”主题的竞赛活动，使其在《GPS 原理及应用》教学中发挥积极作用：其一，GPS竞赛活动中的竞争性调动了学生的学习积极性，使得学生由被动接受教师讲解的知识转变为主动学习课程知识。GPS课程涉及的公式、原理较多；这些复杂抽象的知识点容易让学生感到枯燥无味，进而挫伤学生的学习热情和信心。GPS竞赛活动既有趣味性又有竞争性。它能调动学生的学习热情，发挥学生自身的主观能动性，使学生的学与教师的教产生互动的效果。其二， GPS课程重要的知识与GPS测量的行业规范在竞赛活动中得到综合的应用，客观上提升了学生的专业素养。“GPS控制网设计与实施”的竞赛活动，要求严格按照国家的测绘规范执行。这一竞赛任务过程涉及了GPS测量的外业准备及技术设计书编写、外业实施、GPS基线解算与网平差、观测成果的质量检核、技术总结成果上交等诸多知识内容。它既考查了学生对这些知识的理解和综合应用的能力，又从遵循测绘行业的规范进行测量工作这样的角度来提升了学生的专业素养。其三，GPS竞赛活动培养了学生的团队意识、锻炼了组织协调的工作能力。“GPS控制网设计与实施”的竞赛任务是需要在小组组员积极配合下，才能顺利完成的。GPS控制网网形的设计、GPS外业观测计划的安排、数据的处理、技术总结与报告纂写等工作都离不开小组组员们的集体讨论与精诚合作。

（三）联系实践、迁移应用

除开展课程实习与GPS课程竞赛活动外，教师应根据学校自身的特点和优势尽量为学生创造生产实践的条件和机会，以期锻炼学生的生产实践能力、增強其就业竞争力。本校在GPS课程联系实践的教学过程中也取得了一些宝贵的经验。例如，地理信息系统专业与土地资源管理专业学生，通过参与教师承接的电力线路放样、公路放样、土方测量等测量项目，亲身体会在复杂情况下遇到的多种困难，使其学会如何灵活地完成GPS测量工作。此外，学生们还不定期地被推荐到广西一些测绘院、国土资源局等相关部门进行工作实习，在一线的生产实践中锻炼工作能力。总之，《GPS 原理及应用》的教学目标力求学以致用，因此生产实践■对培养学生的GPS测量实践能力是非常重要的。

三、结论

《GPS 原理及应用》课程有着理论知识抽象复杂、内容专业性强 、实践操作能力要求高的特点。在教学过程中，可从理论教学、竞赛活动、生产实践三个方面进行行之有效的教学改革，提高学生的学习兴趣、调动学习积极性，增强学生的信心，这样有助于学生理解GPS理论知识、提高GPS的生产实践能力。

［参考文献］

［1］黄声享，向东. GPS系列化教学实习的设计与实践［J］.测绘通报，2004（10）.

［2］刘三枝，李明峰， 冯宝红.《GPS定位技术与应用》课程教学改革研究［J］.矿山测量，2005（2）.

［3］吴继忠，李明峰等.《GPS定位技术及其应用》课程实践教学体系的构建［J］.全球定位系统，2007（3）.

［责任编辑：易志毅］