地理信息系統(tǒng)專業(yè)開設(shè)“GPS 原理及應(yīng)用” 課程的思考Ξ.pdf

地理信息系統(tǒng)專業(yè)開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程的思考X李天文吳琳龍永清(西北大學(xué)城市與資源學(xué)系,陜西西安710069)摘要針對“GPS原理及應(yīng)用”課程特點,論證了在地理信息系統(tǒng)(簡稱GIS)專業(yè)開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程的必要性,在調(diào)查國內(nèi)外GIS專業(yè)開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程情況的基礎(chǔ)上,對設(shè)置“GPS原理及應(yīng)用”課程的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析、探討。并針對在GIS專業(yè)中開設(shè)該課程的若干問題提出了解決措施,為更好地開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞GPS課程教材師資中圖分類號G64210文獻(xiàn)標(biāo)識碼A一、“GPS原理及應(yīng)用”課程的特點(一)內(nèi)容新穎且知識面寬由于“GPS原理及應(yīng)用”課程是一門新興的學(xué)科,它從根本上突破了傳統(tǒng)大測量的時空局限性,實現(xiàn)無人工干預(yù)的自動連續(xù)觀測和數(shù)據(jù)預(yù)處理的精密技術(shù)系統(tǒng),可提供幾乎是任意時刻分辨率的觀測序列,并具有檢測瞬時地學(xué)事件和解決眾多與時間相依的科學(xué)工程問題的能力。該門課程無論是理論的發(fā)展上,還是技術(shù)設(shè)備的更新上,都具有較快的發(fā)展速度。因此,只有保持GPS教材內(nèi)容的不斷更新,才能滿足科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求。該課程涉及的知識面廣,其內(nèi)容涵蓋天文學(xué)、信息科學(xué)、測繪及遙感科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子電工學(xué)等多門學(xué)科。(二)課程實踐性強“GPS原理及應(yīng)用”是一門理論與技術(shù)相結(jié)合的學(xué)科,它不但是一門理論性較強的學(xué)科,而且也是一門實踐性極強的學(xué)科。不但要注重理論教學(xué)環(huán)節(jié),而且也應(yīng)重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。因此,在“GPS原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)中,實踐和野外實習(xí)占總課時的40%以上。通過基本原理與實踐并重的教學(xué)方法,首先使學(xué)生對GPS定位技術(shù)的基本原理有所了解,再結(jié)合專業(yè)特點進(jìn)行野外實踐,了解GPS信號接收機的構(gòu)造、性能和使用方法。在此基礎(chǔ)上,再回到課堂結(jié)合基本理論進(jìn)行總結(jié)。然后,讓學(xué)生自己設(shè)計實驗項目,利用該技術(shù)解決實際問題。(三)課程應(yīng)用面廣GPS測量技術(shù)的發(fā)展,從根本上解決了傳統(tǒng)測量手段所存在的缺點,不但極大地提高了數(shù)據(jù)采集的效益,而且也拓寬了GPS的應(yīng)用領(lǐng)域。目前GPS測量技術(shù)已廣泛應(yīng)用到:控制測量、精密工程測量、變形監(jiān)測、土地資源調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、地形測量、地籍測量、水深測量、海洋測繪、地震監(jiān)測、氣象信息測量等領(lǐng)域。在公安、交通系統(tǒng)管理、航空導(dǎo)航、航海導(dǎo)航、城市規(guī)劃、地球動力學(xué)、環(huán)境監(jiān)測及水土保持等方面,GPS測量技術(shù)也越來越多地發(fā)揮作用。07高等理科教育2005年第4期(總第62期)X收稿日期20031215資助項目西北大學(xué)211教學(xué)改革項目1作者簡介李天文(1957-)男,陜西戶縣人,副教授,主要從事GPS與GIS教學(xué)與研究1二、GIS專業(yè)開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程的意義(一)地理信息采集的重要手段地理信息系統(tǒng)(GIS)是集計算機科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)、測繪及遙感科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和管理科學(xué)等學(xué)科為一體的新興邊緣科學(xué)。雖然GIS從20世紀(jì)60年代出現(xiàn),至今僅有短短的三十余年時間,但它已成為多學(xué)科集成并應(yīng)用于各領(lǐng)域的基礎(chǔ)平臺,成為地學(xué)空間信息分析的基本手段和工具?？偠灾?GIS反映了人們賴以生存的客觀世界現(xiàn)勢和變遷。眾所周知,反映客觀世界的現(xiàn)勢和變遷有賴于各類空間數(shù)據(jù),空間數(shù)據(jù)是建立地理信息框架的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對這些數(shù)據(jù)獲得手段的要求也越來越來高,同時也對數(shù)據(jù)獲得的速度提出了更高的要求。為了實時反映客觀世界的現(xiàn)勢和變遷,單靠傳統(tǒng)的測量手段來采集數(shù)據(jù)是無法滿足其要求的,這是因為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集手段不但速度慢、代價高,而且也很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動傳輸。GPS測量技術(shù)的發(fā)展,從根本上解決了傳統(tǒng)測量手段所存在的缺點,不但極大地提高了數(shù)據(jù)采集的效益,而且也拓寬了數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域。(二)有利于強化GIS專業(yè)學(xué)生的技能訓(xùn)練由于“GPS原理及應(yīng)用”課程是一門技術(shù)性要求極強的學(xué)科,它不但要求學(xué)生掌握好基礎(chǔ)理論知識,而且也要求學(xué)生具有熟練的操作技能。為此,在該課程中安排了大量的野外實習(xí),要求學(xué)生通過野外實習(xí),加強對課堂所學(xué)的基本理論、基本知識的理解,掌握GPS信號接收機的構(gòu)造、性能和使用方法。同時,還要求學(xué)生利用GIS軟件的空間分析功能對GPS所采集的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以獲得滿足生產(chǎn)和科研要求的數(shù)據(jù)。通過這些實踐,無疑將顯著提高學(xué)生的動手能力和測量技能。也對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力將會起到事半功倍的效果。(三)拓寬了GIS的應(yīng)用領(lǐng)域GIS的應(yīng)用是以空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的,而GPS具有實時、連續(xù)地提供地球表面任意點上三維坐標(biāo)和精確時間的能力。因此,使GIS的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓寬,進(jìn)而促使GIS技術(shù)在車輛導(dǎo)航、車輛監(jiān)測、海洋漁業(yè)資源開發(fā)、精細(xì)農(nóng)業(yè)調(diào)查等領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。所以,在GIS專業(yè)中開設(shè)GPS課程,對拓寬學(xué)生就業(yè)領(lǐng)域,提高就業(yè)率具有重要的現(xiàn)實意義。(四)是GIS學(xué)科體系的有機組成部分GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),具有采集、存儲、管理、分析和輸出空間信息能力,能適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息,為地理研究和地理決策服務(wù)的計算機技術(shù)系統(tǒng)。從這個定義中就可以看出,空間數(shù)據(jù)的采集是GIS組成不可缺省的部分。GPS是現(xiàn)代空間數(shù)據(jù)采集的主要技術(shù),它不僅可以全天候的進(jìn)行觀測,而且精度高。特別是適時動態(tài)差分GPS(RTK)技術(shù)的發(fā)展,為空間數(shù)據(jù)的適時動態(tài)的獲取提供了廣闊的空間和應(yīng)用前景。目前在制約GIS的應(yīng)用方面由于數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性差和數(shù)據(jù)精度不高,限制了GIS在為一些高精度的空間數(shù)據(jù)分析和動態(tài)監(jiān)測(滑坡監(jiān)測、地殼形變監(jiān)測)方面的應(yīng)用。由此可見,由于GPS在獲取數(shù)據(jù)方面的特點和GIS技術(shù)發(fā)展的要求,GPS為GIS這種交叉性學(xué)科的發(fā)展提供了更為廣闊的前景。(五)從學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)上看從目前GIS專業(yè)的學(xué)生的課程設(shè)置來看,一般都是從數(shù)據(jù)管理、分析、圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)結(jié)合和GIS的應(yīng)用等角度來培養(yǎng),而對數(shù)據(jù)的采集方面主要是以圖像的形式來獲得,特別是受儀器設(shè)備的影響,對這種純野外的方式快速獲取高精度的空間數(shù)據(jù)的方法了解甚少。GPS作為野外快速獲取高精度空間數(shù)據(jù)的有效手段,“GPS原理與應(yīng)用”課程的開設(shè)不僅使學(xué)生了解目前獲取空間數(shù)據(jù)的新技術(shù),而且完善了學(xué)生在GIS知識上的結(jié)構(gòu)體系。17高等理科教育地理信息系統(tǒng)專業(yè)開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程的思考三、“GPS原理及應(yīng)用”課程開設(shè)的現(xiàn)狀與問題(一)開設(shè)的現(xiàn)狀GIS專業(yè)是一門較新的學(xué)科,而且發(fā)展速度極快,但由于受到師資、設(shè)備等因素的影響,各校在課程設(shè)置上存在著顯著的差異。測繪類專業(yè)發(fā)展起來的GIS專業(yè),其課程的設(shè)置多以測繪課程為主；而地理類專業(yè)發(fā)展起來的GIS專業(yè),其課程的設(shè)置多以地理課程為主。另外在開設(shè)課程的內(nèi)容上也存在著較大的差異,尤其是在“GPS原理及應(yīng)用”課程的開設(shè)與教學(xué)內(nèi)容問題上,存在著極大的差異。針對GIS專業(yè)在開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程上的差異問題,我們對國內(nèi)88所有GIS專業(yè)的學(xué)校通過學(xué)術(shù)交流會和通訊來往等進(jìn)行了調(diào)查,其調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計如表1。表1“GPS原理及應(yīng)用”課程開設(shè)情況統(tǒng)計表開設(shè)情況已經(jīng)開設(shè)由于缺乏設(shè)備沒有開設(shè)由于缺乏教材沒有開設(shè)由于缺乏師資沒有開設(shè)不準(zhǔn)備開設(shè)GIS專業(yè)數(shù)461216104所占百分比52%14%18%11%5%從表中可見,在GIS專業(yè)中已開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程學(xué)校占調(diào)查總數(shù)的52%,沒有開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程學(xué)校占調(diào)查總數(shù)的48%。其中認(rèn)為應(yīng)該開設(shè)而沒有開設(shè)的學(xué)校占調(diào)查總數(shù)的43%,不準(zhǔn)備開設(shè)的學(xué)校僅占調(diào)查總數(shù)的5%。從國外部分學(xué)校的GIS專業(yè)開設(shè)課程情況調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果來看,在GIS專業(yè)開設(shè)GPS原理及應(yīng)用課程的占90%,其余部分則是由于種種原因而沒有開設(shè),但它們都在積極準(zhǔn)備開設(shè)。(二)教材問題由于GIS專業(yè)是在測繪、地理、工程測量學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新專業(yè),不同類型的院校,在GIS專業(yè)課程設(shè)置上形成了自己的特點。因此,應(yīng)根據(jù)不同類型院校的特點合理地安排“GPS原理及應(yīng)用”課程的內(nèi)容,對于理學(xué)GIS專業(yè)的學(xué)生來說,所學(xué)測量知識較少,如果仍然按給測繪專業(yè)的學(xué)生那樣講授GPS測量課程,不但不能使學(xué)生掌握GPS測量定位的基本原理,也無法應(yīng)用這門技術(shù)來采集空間數(shù)據(jù),更不能將GPS與GIS很好的結(jié)合起來而服務(wù)于相關(guān)領(lǐng)域。為此我們對測繪專業(yè)、理科GIS專業(yè)、工科GIS專業(yè)在講授GPS課程的內(nèi)容上進(jìn)行了調(diào)查,其結(jié)果如表2。表2不同類型GIS專業(yè)開設(shè)“GPS原理及應(yīng)用”課程內(nèi)容調(diào)查表專業(yè)名稱基本理論部分外業(yè)實施和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理部分GPS技術(shù)應(yīng)用部分實習(xí)測繪專業(yè)(%)5624911理科GIS專業(yè)(%)19212634工科GIS專業(yè)(%)21242332根據(jù)以上調(diào)查結(jié)果,并針對GIS專業(yè)的特點,對GIS專業(yè)的GPS測量課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。從最基本的測量原理講起,加強實踐教學(xué)內(nèi)容,進(jìn)而將其應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。這樣不但可以使學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)真正掌握這門課程的基本理論,而且掌握GPS接收機的使用和外業(yè)數(shù)據(jù)的采集,進(jìn)而將其靈活應(yīng)用于不同領(lǐng)域。從這一點來講,對“GPS原理及應(yīng)用”課程教材編寫應(yīng)有所側(cè)重。為此,我們編寫了一本適合GIS專業(yè)的“GPS原理及應(yīng)用”教材。(下轉(zhuǎn)第83頁)27高等理科教育2005年第4期(總第62期)科學(xué)課程中應(yīng)注重經(jīng)典導(dǎo)讀類課程的開設(shè),文化經(jīng)典是人類幾千年文明的智慧結(jié)晶。一個生活在現(xiàn)代、接受過現(xiàn)代教育的人,如果不讀上一些這樣的經(jīng)典,就不可能真正在精神上成人,就不能達(dá)到一定的境界,也不能稱為是有文化的人。所以,應(yīng)該大力倡導(dǎo)并切實落實經(jīng)典導(dǎo)讀。第二,全方位開設(shè)選修課。素質(zhì)教育把全面育人作為自己的根本,體現(xiàn)了教育價值的終極關(guān)懷。因此,在課程設(shè)置中應(yīng)充分滿足學(xué)生廣泛的興趣與要求,重視個性差異,因材施教。一條切實可行的措施就是增加選修課,使必修課與選修課的數(shù)量保持一定的合理比例,給學(xué)生較為充分的自由度,使他們根據(jù)自己的實際情況來選擇課程。選修課要注重開設(shè)學(xué)科前沿、研究熱點、發(fā)展趨勢、技能強化、提高品位、開拓思維等方面的課程,文理科滲透,打破專業(yè)壁壘,使學(xué)生能夠根據(jù)自己的興趣和職業(yè)志愿從中進(jìn)行選擇。8當(dāng)然,選修課的開設(shè)也并非多多益善,學(xué)校要對學(xué)生選課的范圍和門數(shù)作一定的限制。如清華大學(xué)開設(shè)的必修課與選修課的比例為73,目前這個比例基本上已得到認(rèn)可。第三,完善實踐教學(xué)體系。實踐教學(xué)體系是為了培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力而系統(tǒng)設(shè)計的各種實踐環(huán)節(jié),包括實驗、實習(xí)、課程設(shè)計、社會實踐和畢業(yè)設(shè)計等。各專業(yè)應(yīng)根據(jù)實際需要讓學(xué)生廣泛參加社會實踐活動,以促進(jìn)學(xué)生知識應(yīng)用能力和動手能力的培養(yǎng)。參考文獻(xiàn):1鐘啟泉1現(xiàn)代課程論M1上海:上海教育出版社,19891第156頁12黃濟1教育哲學(xué)通論M1太原:山西教育出版社,19981第214頁13潘懋元1新編高等教育學(xué)M1北京:北京師范大學(xué)出版社,19961第352頁14http:/www1lib1hstc1edu1cn/jyggzt/four/zjtg/21sj1htm156http:/www1ewe1com1cn/special/ouredu/391htm17唐國慶,米仁順1關(guān)于構(gòu)建素質(zhì)教育課程體系的思考J1江西教育科研,1998(1):19-2118http:/20211211151143:81/document/2001-8/gj0108121htm1(上接第72頁)(三)師資問題由于GPS測量定位技術(shù)的迅速發(fā)展,使得這一技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,各行業(yè)對其人才的需求也不斷增加,而GPS測量定位技術(shù)的專業(yè)人才相對短缺。再加之畢業(yè)的GPS專業(yè)人才在其它行業(yè)高薪誘導(dǎo)下,愿意到高校從事教育事業(yè)的人才越來越少,使得從事GPS測量定位技術(shù)的教育人才十分短缺。另外,目前高校從事GPS測量定位技術(shù)的教育人才大都是測繪專業(yè)出身,對GIS專業(yè)中GPS課程應(yīng)講授哪些內(nèi)容搞不清楚,不愿意從事GIS專業(yè)的GPS課程教學(xué)工作,這也是造成GIS專業(yè)中GPS課程教師短缺的重要原因。針對這一問題,在該專業(yè)中可以開設(shè)GPS課程教師培訓(xùn)班,建立GIS專業(yè)中的“GPS原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)基地,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué),從而達(dá)到設(shè)備、資源共享,以解決目前教師短缺,設(shè)備不足等問題。(四)理