《GPS原理与应用》课程教学与改革

（1、中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221116 2、北京建筑大学文法学院，北京100000 3、江苏省资源环境信息工程重点实验室，江苏徐州221116）

（1、中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221116 2、北京建筑大学文法学院，北京100000 3、江苏省资源环境信息工程重点实验室，江苏徐州221116）

卫星导航定位技术是目前发展较快、应用较广的热门技术，该技术的相关课程是测绘工程专业本科教学的主干课程。文章针对《GPS原理与应用》这一课程目前教学过程中存在的教学方法、实践教学和考核模式等方面存在的问题进行了分析，并提出了相对应的教学改革建议。

卫星导航定位；实践教学；教学方法；教学改革

引言

全球卫星导航系统能够全天候为全球范围的载体提供精确的三维位置、速度、时间等信息，在民用和军用领域中如航空、航海、地面交通、武器系统、精密测量、农业耕作、个人导航、监控等方面得到了广泛的应用［1］。目前主要的导航系统包括GPS、GLONASS、Galileo和BDS。北斗卫星导航系统（BDS）作为我国自主研发的卫星导航系统，目前正在逐步稳定地发展。但是，由于北斗卫星导航系统由于起步较晚，国际国内卫星导航市场已基本被GPS和GLONASS占领，许多与卫星导航有关的先进设备进口相对困难，所以北斗卫星导航系统的发展也面临严峻的挑战［2］，目前急需向社会输送大量的专业、高素质人才。

因此，作为测绘类专业基础课程，《GPS原理与应用》在测绘课程体系中也越来越重要，GPS卫星定位原理与数据处理也作为《普通高等学校本科专业目录》设置的测绘工程本科专业的专业主干课程之一，并受到相关院校的重视［3］。本课程的主要目的是通过该课程的学习，使学生掌握现代化定位测量的理论和方法，培养学生应用GPS卫星定位与导航技术解决实际问题的能力，完成各种GPS控制网的设计、布置、施测、数据处理；应用GPS导航的能力，熟悉GPS测量标准［4］，使学生具备解决和分析问题的能力、实践动手能力、增强创新意识，培养高级技术人才。但是，依据就业单位的反馈，目前测绘工程专业学生存在的主要问题是实践动手能力较弱，无法独立完成布置的任务等。文章针对上述内容，分析了该课程的教学过程中可能存在的问题，并提出了相应的解决措施。

一、课程教学及其存在的问题

《GPS原理与应用》这一课程涉及的知识面广，其理论知识涵盖天文学、信息科学、测绘及遥感学、数学、物理学等多个学科同时该课程又涉及GPS控制网设计、外业数据采集、数据处理等实践知识［5］。故在教学过程中可能存在以下方面的问题：

1.课程安排：在课程安排时，应合理安排理论教学与实践教学的课时比重，抓住教学重点，并且在条件允许的情况下，应在部分理论教学结束后立即安排相应的实践教学，让学生能够较直观的理解理论部分的内容。

2.教材选择：中国矿业大学采用的教材为《GPS原理与应用》第三版，该书出版于2008年1月，由于客观条件的限制，教材的更新速度必然与学科的发展不对等［6］，并且单一教材的侧重点各有不同，可能存在授课知识重叠或需另行添加相关内容的教学，影响教学进度。

3.教学模式：大多数院校采用的是板书+CAI多媒体教学模式，对于理论推导部分的内容，教师可以通过板书的形式有效引导学生思维、强调重点，使学生对该部分内容有更深刻的理解与思考，采用多媒体教学模式能让学生能够更直观地了解一些较难叙述的内容，提升教学效率。但是，板书教学所需时间较长，且因教室空间的限制或导致并非所有学生都能听到授课老师所讲解的内容，多媒体教学模式的课堂教学内容多、信息量大，授课教师可能照本宣科，使得课程内容变得枯燥无味，同时学生对知识的吸收和消化也有一定影响，有时PPT播放速度较快时，往往学生还没理解就已经跳到下一部分内容。

4.实践教学：实践教学是该课程非常重要的一个环节［7］，但是部分院校在这实践教学的过程中，仅安排学生对GPS的静态观测进行实习，并没有模拟实际生产的实践，学生可能只学会了静态数据采集，甚至对于数据采集的基本原理并不了解，只能机械化地操作。随着卫星导航定位技术不断地提高，该技术的应用层面越来越广，如果只是采用这一种实习模式，学生毕业进入生产单位后并不能独立完成项目，仍需结合生产任务重新学习。

5.数据处理：该部分教学一般安排在外业采集数据过后，集中对学生进行数据处理的讲解，可能存在部分学生为了完成任务，仅按照网络中的说明或者教师提供的数据处理步骤机械性的处理，对于每一个步骤的目的并不了解，并不能达到教学的目的。由于条件的限制，数据处理的软件也普遍单一、处理的数据仅是学生自己采集的数据，使得学生处理问题具有一定的局限性。

6.考核方式：《GPS原理与应用》作为一门集理论、实践、前言知识于一体的测绘工程专业的主干课程，因此需要从多角度、多层次和多目标地考察教学的效果［8］。但是在部分院校中，仅将考核内容分为理论考核与平时成绩，实践部分的教学采用实习报告的形式进行考核，这样容易导致学生相互抄袭、蒙混过关等。

二、改革措施

针对上述问题，提出了以下几点建议：

1.随着卫星导航定位技术不断迅速地发展，由于客观条件的限制，教学时采用教材的内容不可避免地存在内容滞后。针对这一问题，教师应该在授课时，增加一部分前言知识的介绍，并且以读书报告的形式布置作业，让学生主动学习目前这一技术的发展状况，扩展学生视野。同时，可以鼓励学生查看英文的原版教材，帮助学生从另外一个角度理解课程基础内容的同时，也可以使得学生增强学生英语阅读的能力，了解国外研究状况。目前网络上已有多种免费的英文教材，例如《Princi原ples and Practice of GPS Surveying》，该教材由澳大利亚新南威尔士大学测量与空间信息系统的Chris Rizo教授所编写的免费网络参考资料，与其他书不同，该系列资料侧重介绍GPS测量的有关理论、方法和测量实践［9］。

2.针对上述关于板书+CAI模式教学中存在的一些问题，中国矿业大学研发了《GNSS卫星导航原理与应用辅助教学系统》，该系统涵盖诸多内容，包括理论基础知识、GNSS系统、GPS信号基础、GPS定位原理与演示、GPS测距与测速、GPS差分定位等主要模块，每一个模块分为多个小节，采用动画演示的形式，结合大量的图画、图像、图表，生动形象地向学生展示课程内容，帮助学生更直观地了解部分较难理解的理论知识，并且还能够代替传统的板书模式进行公示推导，节约书写时间，提高课程效率。

3.使学生在有限的实习时间内完成实习任务，是完整意义上的测绘工程实际工作的模仿，学生不用走出校门就可以获得良好的实践效果［10］。部分院校在实践教学中仅安排了静态数据的观测，然而随着卫星导航定位技术的发展，该技术具有多模式、多功能、多应用的特点，故应增设在实践生产中应用较广的技术相关的实习，例如GPS RTK实时动态差分数据采集、基于CORS系统的网络RTK模式数据采集等，同时可以邀请生产单位的人员到校讲学，结合实践应用介绍导航定位技术的工作原理。并且可以让学生实现一些简单程序的编写，例如坐标转换等，锻炼学生动手能力的同时，帮助其理解一些应用的基本原理，让学生知其然并知其所以然。

4.在数据处理的教学过程中，采用的软件为学校购置接收机的随机处理软件，虽然大多软件的处理原理基本相同，但是仅使用一种软件显得较为单一，并且实验数据为学生外业实习时采集的静态数据，覆盖层面过窄。因此，在条件允许的情况下，尽量购置不同品牌的仪器，学生可以学习不同品牌的随机处理软件，例如天宝测量的处理软件（Trimble Geomatics Of原fice）、南方测绘的GPS静态数据平差软件（GPS Data-Process原ing Adjustment）、中海达GPS数据处理HDS软件等［3］，并且目前网络上已有多种能够处理GPS数据的免费软件，例GAMITGLOBK软件，该软件由美国麻省理工学院（MIT）和斯克里普斯海洋研究所（SIO）联合开发，具备解算精度高、运行稳定、模块清晰、结构稳定、分析功能强大等特点，并且使用免费。另外应增加实验数据，除处理静态数据外，还可增加不同观测条件下得到的观测数据，比较相同处理方法时得到的结果差异，或比较不同软件的处理相同数据的效果，已达到提高学生分析、解决问题能力的目的。同时在实习结束后，让学生结合教学内容，整理读书报告，并作为课程作业进行提交。

5.为了最大限度客观地考核本课程的教学情况，应从理论基础、实践操作、数据处理、平时成绩四个方面对学生进行考核。理论部分可以采用闭卷考试的形式进行考核；实践操作可以将学生划分为多个小组，模拟实习生产单位的项目，考验其相互协助与解决问题的能力；数据处理则可以实验报告的形式上交，考察学生分析问题的能力。从上述几个方面合理分配权重，从不同角度合理、客观地评测学生的综合素质。

三、结束语

目前卫星导航定位技术及其相关产业正在从GPS一家独霸的局面向多系统并存的方向发展，大规模高精度的GNSS数据处理也日益增多，高精度实时动态定位应用需求也在迅速增加［11］，该技术的应用层面也越来越广。文章主要介绍了目前《GPS原理与应用》课程的教学过程中存在的问题，并给出了一些建议以供参考，以促进进一步的教学改革，提升教学质量，为科研机构与生产单位输送更多理论基础扎实、实践动手能力强、具备创新意识的高级工程技术人才。

［1］王尔申，李玉峰，邵清亮，等.卫星导航原理与应用课程教学内容和方法研究［J］.实验技术与管理，2015，32（7）：206-210.

［2］杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战［J］.测绘学报，2010，39（1）：1-6.

［3］阳凡林，刘智敏.GPS数据处理教学课程体系设置探讨［J］.全球定位系统，2010（06）：74-76.

［4］郭淑艳，孙佳龙.《卫星定位与导航》教学研究与探索［J］.北京测绘，2012（5）：96-100.

［5］李金平，昆杨，亮洪.《GPS原理与应用》课程教学研究与实践［J］.长江大学学报（自然科学版），2011，8（7）.

［6］魏二虎，柳畅，李征航.GPS测量与数据处理系列课程教学的若干思考［J］.测绘信息与工程，2012，37（3）：44-46.

［7］徐良骥，张坤，张国卿，等.提高测绘工程专业人才培养质量改进实践教学［J］.矿山测量，2015（5）：95-96.

［8］孙佳龙，郭淑艳，焦明连，等.卫星定位与导航教学的改革与实践［J］.测绘科学，2013，38（5）：190-192.

［9］胡丛玮，楼立志.GPS_GNSS卫星定位原理与应用双语课程建设初探［J］.测绘通报，2009，9：74-78.

［10］黄声享，陈晶晶，李夏至.GPS测量实践教学的尝试［J］.实验室研究与探索，2010，29（3）：121-123.

［11］匡翠林，戴吾蛟，蔡昌盛，等.《GPS定位原理与应用》课程教学改革——面向卓越测绘工程师教育［J］.矿山测量，2013（4）：94-98.

《GPS原理与应用》课程教学与改革*

王潜心1邹艳2吴飞1*邓喀中3姚丽慧1

Currently，the satellite navigation and positioning technology is a hot technology which is developing rapidly and used widely.Courses related to this technique is the main courses of surveying and mapping engineering. In this paper，the problems in the teaching methods，practice teaching and assessment modes in the teaching process of"The Principle and Application of GPS"are analyzed and related suggestions on teaching reform are put forward.

satellite navigation and positioning；practice teaching；educational method；educational reform

G642文献标志码：A文章编号：2096-000X（2016）18-0074-02

中国矿业大学教育教学改革与建设课题（编号：2015YB23）；中国矿业大学研究生教育教学改革研究与实践项目（编号：2015Y04）；卓越工程师计划背景下测绘工程专业核心能力培养模式研究（编号：2014YB24）；中国建设教育协会教育教学科研课题（编号：2015005）；江苏高校品牌专业建设工程（编号：PPZY2015B144）；测绘工程教育部卓越工程师培养项目（编号：152121508G）。

王潜心（1980-），男，汉族，湖南常德人，博士，副教授，主要研究方向为GNSS数据处理、GNSS/INS组合导航及地球自转。

*通讯作者：吴飞