《GPS原理与应用》课程教学的若干思考

张瑞+王晓醉

摘要：《GPS原理與应用》是测绘工程专业的专业必修课程，卫星导航定位在测绘工作中应用广泛。文中对该课程的课程特点、教学现状进行分析，并提出了一系列课程教学改革措施用以提高教学质量。

关键词：测绘工程；课程教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）27-0174-02

全球定位系统（Global Positioning System，GPS）于20世纪70年代开始构建，由于GPS技术所具有的全球全天候、定位精度高和不受天气影响、操作方便的特点，在遥感、地理信息系统、勘探地球物理、地质等方面都有广泛的应用。GPS卫星全球定位技术的发展，导致了导航和测绘行业一场深刻的技术革命。卫星导航定位课程也已成为高等学校各相关专业的一门重要课程，对于测绘工程专业专、本科生而言，是一门专业必修课[1]。

涉及诸多学科的专业知识，由于全球定位技术发展日新月异，《GPS测量原理与应用》无论是授课方式或授课内容都应该进行一系列的改革。目前，我国很多高校的相关教师针对这一课程进行了较多的改革尝试[2-4]。

一、卫星定位技术发展趋势

由于GPS系统在社会经济等各个方面具有不可或缺的重要作用，所以世界主要大国都在发展自主的卫星导航系统。除了美国的GPS卫星导航系统，全球卫星导航系统还包括俄罗斯的GLONASS（Global Navigation Satellite System）系统，欧洲正在建设的GALILEO导航卫星系统，以及中国正在建设的Beidou导航卫星系统，现在已经具备了亚太地区的导航定位能力。随着各个国家的卫星导航系统的建成，可用导航卫星的数目也极大地增加。目前，目前，全球GNSS技术从GPS一家独大局面向四强并存、多系统兼容格局发展。

二、《GPS原理与应用》的课程特点

GPS是一门典型的多学科相互渗透的交叉学科，不仅涉及天体力学、气象学、电子学和大地测量学，而且涉及到电磁学和通信学科等诸多学科[5]。GPS课程讲授内容主要包括GPS卫星导航定位系统的背景；GPS测量中涉及的坐标系统和时间系统；GPS系统的组成与卫星信号；GPS卫星定位方法原理，分类；GPS卫星导航的原理；GPS测量主要误差及其分类；GPS测量的设计与实施；GPS数据采集与处理；GPS在各领域中的应用；GPS测量数据的处理与分析。课程要求学生对GPS原理具有一定的理解力，对测量内业和外业具有比较强的动手能力。

三、GPS原理与应用的教学现状

目前GPS教材多种多样，其中武汉大学李征航、黄劲松编著的《GPS测量与数据处理》及被开设GPS测量原理及应用这门课程的学校广泛采用。另外，周忠谟[6]等其他专家学者编著的教材讲义也有一定的应用。但是由于GPS知识点更新很快，这些教材大多编写于5年甚至10年之前，对于新的应用领域和新的全球导航定位系统，如北斗介绍得比较少。

多媒体形式成为了《GPS测量原理及应用》教师课堂授课的主要方式。多媒体授课具有一定优势，其运用图像、视频等课件展示教材内容，将大量的信息以生动的形象带给学生，使得授课方式变得快捷，为教师节省了时间，提高了教学效率。但是在一定程度上，也减少了教师直面学生的机会，多媒体授课容易按事先设计好的课件机械性教学，教师照本宣科，学生被动听讲，很难形成师生互动。按照课件讲课导致教学速度过快，学生思路跟不上，教学效果不好，并且有可能使部分学生过分依赖课件，认为上课听不听讲无所谓，只需课后拷贝课件就行。

实验实践课时不足，由于理论课程讲授与实践课程既相对独立，又相辅相成，需要在课程安排、讲授和实践几方面共同配合；需要合理分配和设计相关的GPS外业实践内容。而学校目前GPS外业实践教学所需的仪器数量和种类不足，GPS接收机数量不多且型号老旧，已不能满足当前GPS的发展要求。

四、GPS原理与应用课程教学改革措施

为了更新教学内容，笔者给学生推荐了国际上最新的卫星导航领域学术论文[7-8]，针对当前卫星导航领域的热点前沿问题，让学生有更多了解。

在教学上采用多媒体教学和传统板书相结合的教学方式，多鼓励学生发表一些自己的想法和见解，与老师一起加入讨论。《GPS测量原理及应用》课程的内容比较抽象，板书便于学生总结归纳、加强记忆。好的板书设计能突出教学重点，加强教师和学生的互动。一些抽象的知识点，采用多媒体教学，可以让学生更好地理解。屏幕的快速投放，可以快速讲解一下只需要学生了解的知识点，授课变得便捷。而通过精心设计的课件，可以向学生演示GPS卫星运行轨迹、测距原理等内容，还可以直观地演示GPS后处理软件的数据处理过程。

实践教学在硬件方面和软件方面均还需要做较大投入，购买一些新型的GNSS接收机和高质量的GNSS数据后处理软件，并加多实践课课时和种类，才能取得更好的实践教学效果。

此外，《GPS测量原理与应用》课程主要强调基本理论和外业测量，没有程序设计方面的课程。考虑学生就业的因素，应该注重学生对程序设计的教学，并且通过程序设计能增进学生对理论和算法的理解。

参考文献：

[1]魏二虎，畅柳，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.

[2]刘智敏，阳凡林，独知行.卫星定位原理及应用的教学改革与实践[J].测绘工程，2010，19（3）：77-80.

[3][4]李黎，龙四春，张金平，等.GPS原理与应用课程教学改革探讨[J].当代教育理论与实践，2014，6（5）：118-119.

[5]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，2013，19（8）：94-97.

[6]周忠谟，易杰军.GPS卫星测量原理与应用[M]，北京：测绘出版社，1997.

[7]Teunissen P J G，Odolinski R，Odijk D.Instantaneous BeiDou+ GPS RTK positioning with high cut-off elevation angles[J].Journal of geodesy，2014，88（4）：335-350.

[8]Zumberge J F，Heflin M B，Jefferson D C，et al.Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks[J].Journal of Geophysical Research：Solid Earth，1997，102（B3）：5005-5017.

Abstract："GPS Principles and Applications" is a compulsory course for the specialty of engineering of Surveying and mapping，satellite navigation and positioning is widely used in surveying and mapping work. Characteristics of the course in the course of teaching，analysis of the status quo，and put forward a series of teaching reform measures to improve the quality of teaching.

Key words：surveying and mapping engineering；course teaching；teaching reform