GPS 原理與應用課程教學與實踐探討.doc

更多測繪論文請登錄測繪網論文頻道查詢：客服熱線PS原理與應用課程教學與實踐探討吳學偉（東北林業(yè)大學土木工程學院，哈爾濱市香坊區(qū)和興路26號，150040，）Email:）周國君（東北林業(yè)大學土木工程學院，哈爾濱市香坊區(qū)和興路26號，150040）摘要：本文針對地理信息系統(tǒng)專業(yè)的GPS原理與應用課程教學過程中的一些問題進行了討論，并就教學實踐提出了自己的幾點看法。關鍵詞：全球定位系統(tǒng)教學探討1引言GPS是全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem-GPS)的英文縮寫，它的含義是利用衛(wèi)星的測時和測距進行導航，以構成全球定位系統(tǒng)。在地理信息系統(tǒng)、遙感技術和計算機軟硬件高速發(fā)展的今天，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得各行各業(yè)工作者的信賴，在其不長的發(fā)展歷史中，它為諸如軍事、國民經濟等多個領域發(fā)展做出了巨大貢獻。GPS與數(shù)學、物理學、生理學、心理學、電子學、計算機科學等學科相互交叉，是一門綜合性邊緣科學。正因為這樣，也給教學增加了難度，特別是對初次接觸GPS的學生來說。為了使學生學好GPS原理與應用這門課，我們應該加強課堂教學的質量控制，利用豐富多彩的多媒體課件，培養(yǎng)和激發(fā)學生的學習興趣和熱情，提高學習的主動性，并引導學生自學，使之有較強的后勁，發(fā)揮其潛力。2GPS課程教學的特點從我們的具體教學實踐來看，GPS原理與應用的教學存在著以下特點：21多學科交叉、相關性強。GPS技術是多學科、多技術交叉的空間定位系統(tǒng)。在理論上依托于數(shù)學、測量學、地學、計算機技術、地理信息系統(tǒng)、遙感技術等學科；在應用上則依賴于具體應用學科如導航、城市建設、交通工程、資源管理、生態(tài)監(jiān)測等理論和技術的發(fā)展。GPS技術的這種多元化多學科發(fā)展和集成特性，要求教師和學生具有較廣泛的知識面和扎實的基礎知識，同時要處理好廣度和深度的關系。22發(fā)展迅速與內容更新快從1973年GPS研制到現(xiàn)在只有30多年發(fā)展，但GPS卻從以空間定位為主，在測繪和少數(shù)部門應用初級發(fā)展階段，到現(xiàn)代GPS和地理信息系統(tǒng)、遙感技術的“3S”技術集成和實時動態(tài)定位技術（RTK）蓬勃發(fā)展階段。GPS內容和技術的快速更新特性，對教學方法和手段也提出了更高的要求。GPS原理與應用作為地理信息系統(tǒng)專業(yè)所開的一門專業(yè)課應該具有一般專業(yè)課所具有的特點，也就是教學目標的專業(yè)性、教學內容的探索性、教學形式的多樣性，確定了具體的教學內容和教學手段。即要不斷的學習，補充新的知識，掌握發(fā)展動態(tài)和趨勢，從而豐富教學內容和開拓學生視野。理論性和應用性并重。2.3空間抽象性GPS的課程從空間直角坐標系的建立到衛(wèi)星信號的組成，從定位原理到誤差精度分析以及數(shù)據處理，無論是可見的還是不可見的，都是建立在對空間坐標和衛(wèi)星信號的抽象和描述基礎上。針對這類較為抽象和難以理解的內容，宜采用接收機實物演示、多媒體等教學手段，使之直觀化、形象化和具體化，有助于對概念的掌握和內容的理解。3GPS課堂教學的主要思路3.1針對GPS課程特點，采用CAI教學與常規(guī)教學結合的方法更多測繪論文請登錄測繪網論文頻道查詢：客服熱線PS課程有四多，即專業(yè)知識多、數(shù)學公式多、圖形多，應用領域多，如果按常規(guī)教學方法，在黑板上書寫它們既費時，有時又表達不準確。而采用CAI教學可以使教師對某個問題的講解更直觀和全面，同時借助多媒體一些如動畫效果、3D虛擬現(xiàn)實等手段，還能把問題的實際操作過程更形象化地表現(xiàn)。如單點絕對定位可以用飛機飛行時不斷接受四顆以上衛(wèi)星信號而確定空間三維坐標，相對絕對定位可以用三個或四個靜態(tài)GPS接收機不斷接受衛(wèi)星信號，經過差分進行整體平差的經過，這些方法在GPS衛(wèi)星定位、GPS應用實例中效果明顯。因此我們可以借助CAI多媒體教學手段，能給同學留下更生動的印象。另外通過CAI實例輔助教學，還可以彌補林學、道路與鐵道工程等專業(yè)進行教學，使非測繪專業(yè)學生能以最直觀的方式了解GPS基本理論和應用，增強其學習本課程的興趣。3.2注意抽象與具體的結合，激發(fā)學生學習熱情由于GPS原理與應用課具有研究對象直觀以及理論基礎抽象的特點，所以筆者認為在教學中我們應該注意抽象與具體的結合，最大限度地調動學生的積極性，激發(fā)學生的學習熱情。在專業(yè)課教學過程中，講授一門課程首先就要講好緒論引起學生的興趣。如果緒論講不好，那就會導致學生對這門課印象不好，甚至失去興趣。所以對于緒論的教學便需要教師把握好才能掌握課程教學的主動權。又因為GPS原理與應用數(shù)學基礎要求較高，涉及很多的公式及計算，這難免會比較枯燥。這個時候老師便要注意抽象與具體的結合，利用多媒體演示以及用生動的語言便顯得比較重要了。比如在衛(wèi)星運行的開普勒三定律這一節(jié)的講授中，我們用語言表達可能就沒有用圖表結合多媒體演示效果好。利用測距碼測定偽距一節(jié)中，用多媒體演示接收機在接收到測距碼時，能產生相同結構的測距碼，并不斷變動延遲時間，同時在演示的過程中加入講解就會讓學生對比較抽象的內容有一個比較直觀的理解，也會有利于后期的繼續(xù)學習或自學。此時加以引導，便可以提高他們的學習熱情，增強他們的學習信心。33面向對象的教學，針對專業(yè)的手段在GPS原理與應用課程中，相當多的內容是GPS的技術設計、數(shù)據采集與數(shù)據處理，根據這一特點講，把地球坐標參照系、GPS衛(wèi)星信號、衛(wèi)星定位和誤差分析等作為基本單元，以GPS的技術設計、數(shù)據采集與數(shù)據處理為主線，在結合到不同專業(yè)所要面對的問題中講解，這種結合實際對比啟發(fā)式教學法，對非測繪專業(yè)的學生來說應更容易接受。因此，強調GPS教學與所在專業(yè)的結合，盡量運用所學專業(yè)領域的實例來說明問題這也是GPS創(chuàng)新教育的要求。比如，對森林經理學科，著重介紹GPS對林業(yè)調查和數(shù)據的管理、分析、決策支持等功能；對道路與鐵道工程學科，探討GPS測量對道路勘測設計的應用及精度分析。對大多數(shù)專業(yè)，還可以介紹GPS在社會生活中的各種應用及其實現(xiàn)方法，怎樣利用GPS進行定位導航，在公安、消防、運鈔、航空航海等方面；更深一部講解可以重點講一下“3S”技術（全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS、遙感技術RS）的集成等內容。34主次分明，實行開放式教學GPS原理與應用作為一門專業(yè)課，是多門學科在某一特定專業(yè)領域內的重新組合，由于學時數(shù)的限制，課堂教學中不可能面面俱到，應對內容作恰當?shù)陌才?；挑選若干重點內容作比較詳細的講解。在這方面主要是要求專業(yè)課教師要重視教學方法的研究和改進，要不斷擴展和更新自身的知識面，精心組織安排教材和課堂教學的內容，力求做到吐故納新、條理清晰、重點突出、詳簡得當，著力培養(yǎng)學生在本專業(yè)知識領域內能達到對總體布局和前后發(fā)展的脈絡有比較深入地理解。另外，由于GPS技術發(fā)展迅速，有很多內容不可能在課堂上具體討論，而是需要學生自己去把握。如目前的實時動態(tài)測量系統(tǒng)（RTK）發(fā)展很快，而最新的接收機已經能夠同時接收和處理美國GPS衛(wèi)星信號、俄羅斯的GLONASS信號和歐洲的伽俐略（GNSS）系統(tǒng)信號。就GPS課程本身特點說，它既是從屬服務于工程，本身又有獨立的體系。這種體系既更多測繪論文請登錄測繪網論文頻道查詢：客服熱線注重縱向知識的系統(tǒng)性，又要注重橫向知識的相互滲透。因此，除了課堂教學外，我們還要采取開放式的教學方式，在培養(yǎng)學生的過程中，要提高學生的自主性和參與意識，讓他們廣泛搜集相關資料，大膽提出自己的見解。通過寫讀書筆記，作專題報告等方式，可以使他們加深對專業(yè)知識的了解，還可以激發(fā)他們學習的興趣。4GPS實踐環(huán)節(jié)思路GPS原理與應用這門課程的內容上有許多的數(shù)學公式和圖表，尤其是天球坐標系以及衛(wèi)星信號和后面章節(jié)的GPS數(shù)據的平差處理，給人感覺理論性很強，數(shù)理知識要求較高。實質上它還有著很強的應用背景，是一門專業(yè)性和應用性都很強的課程。所以我們在教學的過程中不僅需要讓同學們對基本的理論有所認識，還要讓他們對基本的實踐有所掌握，這樣他們得到的知識才是全面的。在教學過程中，我們的實習包括了以下幾方面內容：序號實驗項目名稱學時實驗類型實驗類別每組學生數(shù)1動態(tài)手持GPS的認識與讀數(shù)練習2驗證性實驗必修12靜態(tài)單頻GPS接收機的認識與測量練習4設計性實驗必修43實時動態(tài)測量系統(tǒng)（RTK）的認識與測量練習4設計性實驗必修44GPS網的布設、觀測與平差計算練習6綜合性實驗必修4合計165結束語GPS原理與應用作為高校測繪專業(yè)和GIS專業(yè)必修的課程，而對其它專業(yè)一般都是選修課，因此要把握好教學方式教學內容的定位，以滿足所學專業(yè)培養(yǎng)人才的目標需求。在教學過程中，增加與學生的交流，也可以得到不少寶貴的啟發(fā)；而拓廣自身的知識面，也是使GPS教學生動豐富的手段，總之，不斷完善GPS專業(yè)教學模式，激發(fā)學生對GPS知識的探知興趣，應是教學法的最終目的。參考文獻1范文義、羅傳文，3S理論與技術，東北林業(yè)大學出版社，20042周忠謨、易杰軍、周琪，GPS衛(wèi)星測量原理與應用，北京：測繪出版社，19993GPS測量原理及應用張勤李家權等編著科學出版社2005年7月作者簡介吳學偉，男，1963年生，黑龍江人，碩士，副教授，1988年畢業(yè)于武漢測繪科技大學工程測量系，東北林業(yè)大學土木工程學院任教，從事“3S”技術教學與研究工作，發(fā)表論