《GNSS发展与应用》课程教学改革探讨

常亮　郭立新　冯贵平

【摘 要】通过近几学期上海海洋大学全校公共选修课程《GNSS发展与应用》的教学实践，从授课内容、激发学生积极性以及授课方式等方面进行了初步总結，提出总结了课程教学中存在的一些问题，并提出了今后的改进方法。

【关键词】GNSS；教学改革

0 前言

近年来，全球定位系统（GPS）的应用应拓展至人们生活的各个领域，包括大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学等领域，涵盖了军事国防、智能交通、邮电通信、矿业、石油、建筑、农业、气象、土地管理、环境监测、金融、公安等部门和行业[1]。特别地，随着包括俄罗斯GLONASS系统的复苏，欧盟GALILEO系统的强势发展，以及我国北斗卫星导航系统（BDS）的日趋完善，主要包括GPS、GLONASS、GALILEO和BDS等的全球卫星导航系统（GNSS）越来越受到人们的关注。为了进一步宣传GNSS的广泛应用，拓展和普及学生对GNSS技术的认识，上海海洋大学海洋科学学院于2015年开设了面向全校学生的《GNSS发展与应用》公共选修课。

开课4个学期以来，本课程受到全校学生的广泛关注。然而，由于该课程所涉及到的专业理论知识广泛且复杂，技术性较强，导致在课程的讲授过程中，学生们对相关知识点的接受程度差距较大。通过近几学期的教学思考，个人认为有必要总结与探讨教学中存在的问题，以期提高教学质量，让学生真正的熟悉、了解到卫星导航方面的基本知识，为今后的各种应用做充足储备。

1 教学内容及存在的问题

1.1 教学内容

《GNSS发展与应用》课程开设以来，除了第一次开课学期选课人数较少外（21人），其他学期的人数均为90人以上，且近两次学期均达到了100人。在第一次人数较少的教学中，主要是围绕进行了一下内容的讲授：

（1）绪论。了解卫星导航的诞生与发展（冷战时期美国GPS与前苏联GLONASS间博弈），以及其他导航系统的发展与现状（包括欧盟GALILEO、我国的北斗卫星导航系统等）；

（2）GNSS系统组成。了解GNSS系统的组成部分，以及每个部分的作用与功能。同时，比较不同GNSS系统之间的异同；

（3）GNSS卫星信号结构。主要是掌握GNSS卫星信号、结构以及传输特点。

（4）GNSS卫星定位基本原理。由于GPS系统是GNSS系统中发展最为完善的系统，在本部分内容的讲解时，选用GPS系统为例来介绍GNSS定位基本原理。

（5）GNSS应用的影响因素。GNSS的应用如此广泛的原因之一在于，GNSS系统受到多种因素的影响。比如：对流层、电离层延迟误差对于GNSS气象学的应用，多路径误差对应于GNSS反射信号的应用等。因此，理解和掌握GNSS的误差来源是非常重要的内容。

（6）GNSS的应用及我国北斗的现状。主要是学习与讨论GPS在测量领域（大地测量、工程测量、航测与遥感、地籍地形测量）、军事、交通运输、大气科学及其他领域的应用，以及介绍我国自主研发的北斗卫星导航系统在各行各业的应用现状和今后发展趋势。

1.2 存在问题

（1）针对非本专业的学生，如何进行讲授知识的筛选。由于选修本门课程的学生大都是外专业的，而且诸如经济、文学、外国语等文科专业的学生也占有很大比例，在进行GPS定位基本原理等相关理论知识讲授时，往往很多同学难以理解。但是如果不进行此部分的讲授，又会给人课程内容不完整的感觉。

（2）由于GNSS课程相关理论部分讲授时比较枯燥，利用讲授给本专业学生本课程的方法，进行公共选修课的讲授时，学生们往往不太容易集中注意力，严重影响了课堂教学效果。

（3）目前在理论部分的介绍中，更多的介绍是以GPS为例来进行讲授的，针对GLONASS，GALILEO和我国北斗系统的原理介绍相对较少，是否需要在今后的教学中进行扩充讲解。

2 教学改革方法

经过近几个学期的《GNSS发展与应用》课程的教学实践，以及课后与学生的交流，初步提出以下教学改革方法：

（1）针对GNSS定位及应用原理较复杂的现实，为提高学生对相关知识的理解能力，有必要进行适当的类比。比如：讲到利用C/A码伪距、P码伪距和L1、L2载波进行距离测量时，可以将这两类共四种观测值类比为两种测量距离的尺子，其中一把叫“皮尺”（伪距），一把叫“钢尺”（载波）。而这两种尺子类型的最小刻度又不一样，比如C/A码伪距的最小刻度是293m，P码伪距的最小刻度是29.3m，而L1、L2载波的最小刻度则是19cm和24cm。很明显，最小刻度越小，用来测量距离时精度越准确。如果通过这种方式进行类比，在课堂上讲授相关专业知识时，学生就更容易明白了。

（2）理论与实际应用相结合。在讲授理论部分比较复杂的内容时，可以先通过列举现实生活中GNSS系统的实际使用，然后以此为出发点，来介（下转第97页）（上接第83页）绍这种应用中对应的GNSS技术的理论知识。通过这种提出问题并发现问题的方式进行相关知识点的讲授，更能引起学生的兴趣，并让学生集中注意力。

（3）虽然目前GPS相关理论及应用的研究最为成熟，我们仍然需要通过查阅相关文献资料，弄清除GPS之外的GNSS系统的应用现状，以及认识它们与GPS进行导航定位等应用的不同。特别地，在2020年我国北斗卫星导航定位系统正式实现全球化即将到来前，我们更有必要进一步认识我们自己的北斗。今后我们将进一步将强对我国北斗卫星导航系统的讲授。

3 结论

在本文中，对上海海洋大学全校公选课程《GNSS发展与应用》的教学改革方法进行了探讨，并针对存在的一些问题进行了总结。其最终目的是为了改善《GNSS发展与应用》课程的教学效果，提高教学质量，进一步向全校学生普及GNSS的相关原理与知识，扩展相关方面的见识。特别是让更多学生认识我国北斗卫星导航系统的历史与发展，以及在各行各业的应用。

【参考文献】

[1]徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用（第三版）[M].武汉大学出版社，2008.endprint