《GPS組成及其工作原理》導(dǎo)學(xué)案

《GPS組成及其工作原理》導(dǎo)學(xué)案一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知識與技能目標(biāo)能夠準(zhǔn)確說出GPS的三大組成部分及其各自的功能。理解GPS衛(wèi)星星座的構(gòu)成和工作特點(diǎn)。掌握地面監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程和對GPS衛(wèi)星的作用。清晰闡述GPS接收機(jī)的類型和基本工作原理。學(xué)會運(yùn)用GPS的工作原理解決一些簡單的定位和導(dǎo)航相關(guān)問題，比如估算一個(gè)簡單行程中GPS可能的定位次數(shù)等。2、過程與方法目標(biāo)通過觀看動畫演示（如果教材有配套動畫或者網(wǎng)絡(luò)上有合適的動畫資源）、分析圖表（如果教材中有相關(guān)圖表）等方式，提高觀察能力和分析問題的能力。小組討論GPS在現(xiàn)代生活中的各種應(yīng)用實(shí)例，如智能手機(jī)中的GPS功能、車載導(dǎo)航等，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和交流能力。進(jìn)行簡單的模擬定位實(shí)驗(yàn)（如果條件允許，例如利用一些GPS模擬軟件或者在戶外安全區(qū)域使用簡易GPS設(shè)備），體驗(yàn)GPS的工作過程，提升動手實(shí)踐能力和科學(xué)探究能力。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)感受GPS技術(shù)對現(xiàn)代社會發(fā)展的巨大推動作用，如在交通、物流、旅游等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，激發(fā)對科學(xué)技術(shù)的熱愛之情。了解我國在GPS相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，增強(qiáng)民族自豪感和責(zé)任感，鼓勵(lì)學(xué)生為我國的科技發(fā)展貢獻(xiàn)力量。二、學(xué)習(xí)重難點(diǎn)1、學(xué)習(xí)重點(diǎn)GPS的三大組成部分（空間部分、地面監(jiān)控部分、用戶設(shè)備部分）及其功能。GPS衛(wèi)星星座的分布和運(yùn)行軌道特點(diǎn)。地面監(jiān)控系統(tǒng)對衛(wèi)星的監(jiān)測和控制過程。GPS接收機(jī)接收信號并進(jìn)行定位的基本原理。2、學(xué)習(xí)難點(diǎn)GPS衛(wèi)星的軌道參數(shù)與定位精度之間的關(guān)系。地面監(jiān)控系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的協(xié)同工作原理。GPS接收機(jī)如何通過多顆衛(wèi)星的信號進(jìn)行精確的三維定位計(jì)算。三、學(xué)習(xí)過程（一）課前預(yù)習(xí)1、知識梳理同學(xué)們，今天我們要學(xué)習(xí)GPS這個(gè)超級厲害的東西。那在上課之前呢，大家先去翻翻課本，找找GPS的空間部分都有啥。它就像在天上的一群小助手，那這些小助手到底有多少個(gè)呢？它們又在什么樣的軌道上飛呢？還有啊，地面監(jiān)控部分就像地面上的指揮官，那這個(gè)指揮官都要做哪些指揮工作呢？最后就是我們能看到的GPS接收機(jī)啦，它在我們生活里到處都是，像手機(jī)里就有，那它是怎么把天上衛(wèi)星的信號變成我們能看懂的位置信息的呢？大家把這些問題在課本里找一找答案，先有個(gè)大概的了解。2、趣味小調(diào)查大家可以在生活中做個(gè)小小的調(diào)查?？纯瓷磉呌卸嗌贃|西是用到GPS功能的。是爸爸開車時(shí)用的車載導(dǎo)航？還是媽媽跑步時(shí)帶的運(yùn)動手環(huán)？或者是自己手機(jī)里的某些APP？把你發(fā)現(xiàn)的這些東西記下來，上課的時(shí)候我們一起分享。（二）課堂學(xué)習(xí)1、GPS空間部分衛(wèi)星星座首先呢，咱們來看看GPS的空間部分，也就是那些在天上飛的衛(wèi)星組成的星座。同學(xué)們可以想象一下，在高高的天空中有好多好多的衛(wèi)星在按照特定的軌道繞著地球轉(zhuǎn)呢。那這些衛(wèi)星到底有多少顆呢？課本上告訴我們，GPS衛(wèi)星星座是由24顆衛(wèi)星組成的（這里的數(shù)字很關(guān)鍵哦，就像一個(gè)密碼一樣）。這些衛(wèi)星分布在6個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道平面上有4顆衛(wèi)星。它們就像一群小衛(wèi)士，把地球包圍起來。衛(wèi)星的軌道高度大概是20200千米（這個(gè)數(shù)字也很重要呢），這個(gè)高度可不是隨便定的，它保證了衛(wèi)星能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，并且能夠覆蓋到地球的大部分地區(qū)。那同學(xué)們想一想，如果衛(wèi)星的軌道高度變低或者變高會怎么樣呢？衛(wèi)星的運(yùn)行周期大概是11小時(shí)58分（這又是一個(gè)神奇的數(shù)字）。這意味著它們在天空中不停地轉(zhuǎn)啊轉(zhuǎn)，時(shí)刻為我們提供定位信息?，F(xiàn)在咱們來做個(gè)小練習(xí)：如果一顆GPS衛(wèi)星從我們頭頂正上方經(jīng)過，然后繞地球一圈后再次經(jīng)過我們頭頂正上方，大概需要多長時(shí)間呢？（答案：大概11小時(shí)58分）2、地面監(jiān)控部分接下來就是地面監(jiān)控部分啦。這部分就像衛(wèi)星的大管家一樣。地面監(jiān)控系統(tǒng)主要包括1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測站（這些數(shù)字也要記住哦）。主控站就像大腦，它要做很多重要的工作。它要收集各個(gè)監(jiān)測站傳來的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，就像收集情報(bào)一樣。然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，看看衛(wèi)星有沒有什么異常情況。如果發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星軌道有點(diǎn)偏差了，它就要發(fā)出指令來調(diào)整衛(wèi)星的軌道。注入站呢，就像快遞員。它的任務(wù)是把主控站計(jì)算出來的一些控制信息，像軌道調(diào)整指令等，發(fā)送給衛(wèi)星。監(jiān)測站就像小偵察兵。它們分布在不同的地方，時(shí)時(shí)刻刻盯著衛(wèi)星，監(jiān)測衛(wèi)星發(fā)送的信號，然后把這些信號數(shù)據(jù)傳給主控站。咱們來個(gè)小討論：如果監(jiān)測站監(jiān)測到衛(wèi)星信號突然變?nèi)趿耍堑孛姹O(jiān)控系統(tǒng)會怎么處理呢？（同學(xué)們可以根據(jù)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的功能來思考答案哦）3、用戶設(shè)備部分GPS接收機(jī)最后就是我們最熟悉的GPS接收機(jī)啦。它可是我們和GPS衛(wèi)星聯(lián)系的小窗口呢。GPS接收機(jī)有很多種類型，有車載的、手持的，還有內(nèi)置在手機(jī)里的。不管是哪種類型，它們的基本工作原理都是接收衛(wèi)星信號。當(dāng)GPS接收機(jī)打開的時(shí)候，它就開始搜索衛(wèi)星信號了。它要同時(shí)接收到至少4顆衛(wèi)星的信號（這里的4顆衛(wèi)星是很關(guān)鍵的哦，為什么是至少4顆呢？這是因?yàn)橐M(jìn)行三維定位，需要4個(gè)方程來求解）。接收到衛(wèi)星信號后，接收機(jī)就開始計(jì)算自己的位置了。它根據(jù)衛(wèi)星信號中包含的時(shí)間信息、衛(wèi)星的位置信息等，通過一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算（這里涉及到一些數(shù)學(xué)知識，不過大家現(xiàn)在只要知道它很復(fù)雜就好啦），就能算出自己在地球上的位置，比如經(jīng)度、緯度和高度。那咱們來做個(gè)小實(shí)驗(yàn)（如果條件允許的話）。用手機(jī)上的GPS功能（可以下載一個(gè)顯示GPS信號和定位信息的APP），看看在不同的環(huán)境下，比如在開闊的操場和在高樓林立的城市街道，手機(jī)接收到的衛(wèi)星數(shù)量和定位精度有什么不同呢？（答案：在開闊操場可能接收到更多衛(wèi)星信號，定位精度更高；在高樓林立的街道，衛(wèi)星信號可能會被遮擋，接收到的衛(wèi)星數(shù)量可能減少，定位精度可能降低）4、GPS工作原理整體理解現(xiàn)在我們把GPS的三個(gè)組成部分聯(lián)系起來看它的工作原理。衛(wèi)星在天上不斷地發(fā)送信號，地面監(jiān)控系統(tǒng)保證衛(wèi)星正常運(yùn)行并且發(fā)送準(zhǔn)確的信號，然后我們的GPS接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號后進(jìn)行計(jì)算得出位置信息。咱們來個(gè)小組活動。每個(gè)小組討論一下，如果沒有地面監(jiān)控系統(tǒng)，GPS還能不能正常工作呢？為什么？（答案：不能正常工作。因?yàn)闆]有地面監(jiān)控系統(tǒng)，衛(wèi)星的軌道可能會出現(xiàn)偏差，信號可能不準(zhǔn)確，GPS接收機(jī)接收到的信號就不可靠，無法準(zhǔn)確計(jì)算位置）（三）課后鞏固1、知識點(diǎn)總結(jié)同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了GPS的組成及其工作原理。咱們再來回顧一下重點(diǎn)內(nèi)容。GPS由空間部分（24顆衛(wèi)星組成的星座）、地面監(jiān)控部分（1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測站）和用戶設(shè)備部分（各種類型的GPS接收機(jī)）組成。衛(wèi)星星座為我們提供信號，地面監(jiān)控系統(tǒng)管理衛(wèi)星，接收機(jī)接收信號計(jì)算位置。2、課后作業(yè)第一題：畫一個(gè)簡單的示意圖，展示GPS衛(wèi)星星座的分布和地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分之間的關(guān)系。（同學(xué)們可以發(fā)揮自己的想象，用簡單的圖形來表示哦）第二題：假設(shè)你正在使用一個(gè)GPS接收機(jī)，但是只接收到了3顆衛(wèi)星的信號，會出現(xiàn)什么情況呢？為什么？（答案：無法進(jìn)行精確的三維定位。因?yàn)檫M(jìn)行三維定位需要至少4顆衛(wèi)星的信號來求解相關(guān)的方程）第三題：查閱資料，了解一下目前我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)在組成和工作原理上有哪些相似之處和不同之處。寫一篇300~500字的