《GPS原理与应用》课程教学的思考

邹蓉，黄海军

(1.中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院，湖北武汉 430074;2.中国地质大学(武汉)信息工程学院，湖北武汉 430074)

1 引言

全球卫星导航定位系统在测绘等行业和领域中有着广泛的应用前景，因此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。该课程对于测绘工程专业而言，是一门专业必修课［1］;然而随着GPS的应用越来越广泛，遥感、地理信息系统、勘探地球物理、地质等专业也都相继开设了《GPS原理与应用》的选修课［2～5］。本文以中国地质大学(武汉)开设的《GPS原理与应用》为例，介绍该课程教学中，根据教学对象的专业背景不同，优化教学内容，合理安排教学实验，并针对性的设置课程设计。同时根据教学实验中遇到的若干问题，提出相应课程建设的教学改革意见，与相关教学同仁共同学习讨论。

2 课程教学改革的实践

2.1 针对培养目标，优化课堂教学内容

对于测绘工程专业的学生，本课程有40课时的课程讲授和一周的教学实习;对非测绘工程专业(遥感、地理信息系统、勘探地球物理等)学生，本课程含32课时的课程讲授和8课时的教学实习。课程讲授内容主要涉及各种全球卫星导航定位系统的产生、发展、前景;GPS测量中涉及的坐标系统和时间系统;卫星运动的基础知识;GPS系统的组成与卫星信号;GPS定位的误差源;距离测量与定位方法原理;GPS测量的设计与实施;GPS数据采集与GPS数据处理;GPS在各领域中的应用。课程讲述的难点主要在载波相位测量的原理和观测值的线性组合;对于测绘工程专业的学生，还需重点讲述周跳的探测和修复、整周模糊度的确定等难度较深的内容;对非测绘工程专业，则重点讲述GPS与其专业的结合以及在相关领域的应用。对于测绘工程专业的学生，除了开设GPS原理与应用，还开设了相应的配套课程，例如GPS测量数据处理、GPS测量与数据处理实习及卫星导航定位算法与程序设计等;对非测绘工程专业的学生而言，不仅需要在有限的32课时课堂教学中讲授GPS原理与方法，还需补充讲述GPS测量与数据处理，并安排外业观测和内业数据处理实习。

2.2 根据专业特色，合理安排实验教学

测绘工程专业学生的GPS教学实习为期一周，在中国地质大学(武汉)秭归实习基地进行，该基地布设有GPS实习控制网，是一个涵盖测绘学科多门专科课的综合实习基地。目前秭归实习基地有覆盖三峡大坝库区的14个GPS观测墩组成的GPS实习控制网，是GPS静态测量实习的主要场地;同时还开展GPS实时动态测量(RTK)，进行地形图测绘和放样;上机数据处理实习包括GPS静态数据的预处理和高精度的数据处理。

非测绘专业的学生GPS教学实习在中国地质大学(武汉)校园内进行，一共有8课时，其中4课时用于野外实习，另外4课时用于上机数据处理实习。野外实习以GPS认知实习和简单的操作为主，静态观测主要包括GPS接收机的选点、架设、开机测量、关机等基本操作;动态实习主要包括基准站系统的架设、基准站的设置、流动站系统的安装、流动站的启动、独立点测量和连续采集地形点等简单操作。由于时间有限，非测绘工程专业的外业实习不像测绘工程专业的外业实习那么仔细和全面。其相应的内业数据处理实习，主要采用TEQC软件进行GPS数据质量的检测和用商业软件进行简单的数据处理，野外实习目的是了解GPS野外作业的方式和模式和用商业数据处理软件进行GPS数据质量检测和基本的数据处理方法。

实践教学均以小组为单位进行，每个小组5人～6人，要求小组成员之间团结协作、共同完成实习任务，进而培养和提高利用所学理论知识解决实际问题以及通过团队协作完成复杂项目的能力。

2.3 结合学生兴趣，设置课程设计内容

本课程的教学内容中，增加了课程设计，这是相对传统教学的创新之处，目的是为了充分调动不同专业学生学习本课程的积极性。课程设计以5人～6人的小组为单位，成员自由组合，分成两种形式:形式Ⅰ是搜集自己感兴趣的GPS应用方面的资料，制作幻灯片，选派一名代表在课堂上进行演讲(15 min以内)，小组全体成员共同回答其他同学和老师的提问，每小组提交一篇与演讲内容相关的GPS应用综述论文;形式Ⅱ是结合自己的兴趣点与专业特长，基于某个开发平台，完成GPS应用的实例并进行演示，每小组提交一份课程设计报告，内容涵盖每个小组成员的分工、设计架构、完成效果等内容。从提交的课程报告来看，选择上述两种形式的学生各占一半，选取形式Ⅰ的小组查阅了大量文献资料，分析了国内外的应用研究现状，并进行全面的归纳总结;选取形式Ⅱ的小组普遍具有较强的动手能力，基于遥感、地理信息系统等相关平台，自己编程实现了GPS在旅游、物流、公共安全、智能公交、车载定位、寻人系统、管线巡检、车辆监控调度、导航电子地图、农田洪涝灾害、暴雨预报、水质污染监测、时间同步系统等多领域的应用。新采用的课程设计内容，极大地调动了学生主动学习的热情，通过查阅资料或者动手编程，很直观地将GPS应用到所学的或者感兴趣的领域。

2.4 改变考核模式，全面提高教学质量

随着教学模式的调整，考核方式也需要随之改变，进而保证良好的教学效果。最终的课程成绩不再以单一的统考为标准，而是采取平时成绩、实习成绩和课程设计成绩相结合的方式，分别占20%，30%和50%的比例。平时成绩主要包括上课考勤、课堂纪律、课堂作业和课堂表现，其中课堂表现占平时成绩的一半，包括提问、回答问题和对课堂演讲的点评，鼓励学生在课堂上积极思考问题，增强主动学习意识;实习成绩包括GPS外业实习、GPS数据处理内业实习和实习报告;课程设计成绩占总成绩的一半，比重大幅度增加，该部分主要考查学生自主创新学习的能力，该部分成绩以小组为单位考核，根据课堂演示和课程报告综合给分，对于有突出表现的小组，实行加分制。考核模式的改变，可以调动学生的学习热情，有利于更好地发挥团队协作精神，更重要的是可以全面提高教学质量。

3 GPS原理与应用教学进一步改革的思考

通过近几年的教学实践，《GPS原理与应用》的教学改革在学生中引起了较大的反响，收到了明显的效果，但也存在一些问题，需要进一步加大改革的力度。

3.1 加强实习基地建设，实现教学科研资源共享

目前GPS实习的控制网主要集中在三峡大坝上游库区，计划在三峡大坝下游也建设相应的GPS观测敦，GPS埋石布点充分考虑结合利用中国大陆构造环境监测网络在秭归实习基地内的GNSS基准站。新的GPS实习控制网的建立，将对三峡大坝形成全覆盖，而三峡工程库区又是中国地质大学(武汉)的重要科研基地，其课题研究需要大量的测绘成果资料。实习成果资料不能局限于评定学生的成绩，合理利用学生的实习资料成果，将学生每年实习的成果数据累积起来，可用于三峡大坝变形监测和地质灾害等相关研究。因此加强实习基地建设，建立一个优化、实用、多功能、数字化、开放型的测绘实习基地，实现教学科研数据共享，真正做到教学科研相结合。

3.2 瞄准学科发展前沿，更新教学内容

全球卫星导航定位技术近几年的发展非常迅速，教材更新速度较慢，教师的讲述不能只局限于教材内容，尤其在GPS应用方面，因此要瞄准学科发展前沿，将全球卫星定位技术的最新进展引入教学。例如，中国自主发展的北斗二代卫星导航定位系统，其在轨卫星每年都在增加，相应的应用也不断更新，这就要求将教学与学科发展前沿有效地进行衔接。鼓励老师在备课中，结合GPS最新的技术与应用给学生讲解，及时更新教学内容;同时也应该激发学生的学习热情，鼓励学生利用网络、图书馆等平台查阅相应的补充知识。

3.3 提高教师综合素质，改善教师梯队

《GPS原理与应用》课程的讲述对教师的要求比较全面，其中GPS原理部分的讲授涉及较多公式推导，如载波相位测量的原理、观测值的线性组合等内容，这些既是难点也是重点，教师不容易清晰表述，学生也难以掌握;GPS应用方面，要求教师关注研究动态，能结合学生的兴趣点将最新的应用以学生能接纳的形式讲好。因此，教师综合素质的提高，对于课程教学有着相当重要的意义。充分发挥老教师在教学方面的优势，建设好课程小组，加强对青年教师的培养，以老带新，建立完善的教师梯队，全面提升青年教师的指教能力，为教师提供更多外出交流学习的机会，全面提高老师的整理理论和教学水平。

4 结语

当前全球卫星导航定位系统发展迅猛，尤其是中国北斗二代卫星导航定位系统的迅速发展，全球卫星导航定位系统多个领域发挥越来越重要作用。《GPS原理与应用》课程教学需要不断改革创新，紧跟行业和时代发展的需要，为社会培养更多“基础厚、素质高、能力强”的人才作贡献。

［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］魏二虎，黄劲松.GPS测量操作与数据处理［M］.武汉:武汉大学出版社，2008.

［3］李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理［M］.武汉:武汉大学出版社，2009.

［4］徐绍铨，张华海，杨志强等.GPS测量原理及应用［M］.武汉:武汉大学出版社，2004.

［5］李征航，魏二虎，黄劲松.关于卫星应用专业设置及其定位的若干思考［J］.测绘信息与工程，2005，30(2):49～51.