GPS 原理與應(yīng)用課程教學(xué)與實(shí)踐探討.doc

更多測(cè)繪論文請(qǐng)登錄測(cè)繪網(wǎng)論文頻道查詢：客服熱線PS原理與應(yīng)用課程教學(xué)與實(shí)踐探討吳學(xué)偉（東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，哈爾濱市香坊區(qū)和興路26號(hào)，150040，）Email:）周國(guó)君（東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，哈爾濱市香坊區(qū)和興路26號(hào)，150040）摘要：本文針對(duì)地理信息系統(tǒng)專業(yè)的GPS原理與應(yīng)用課程教學(xué)過程中的一些問題進(jìn)行了討論，并就教學(xué)實(shí)踐提出了自己的幾點(diǎn)看法。關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng)教學(xué)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(cè)時(shí)和測(cè)距進(jìn)行導(dǎo)航，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。在地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟硬件高速發(fā)展的今天，GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得各行各業(yè)工作者的信賴，在其不長(zhǎng)的發(fā)展歷史中，它為諸如軍事、國(guó)民經(jīng)濟(jì)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。GPS與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科相互交叉，是一門綜合性邊緣科學(xué)。正因?yàn)檫@樣，也給教學(xué)增加了難度，特別是對(duì)初次接觸GPS的學(xué)生來說。為了使學(xué)生學(xué)好GPS原理與應(yīng)用這門課，我們應(yīng)該加強(qiáng)課堂教學(xué)的質(zhì)量控制，利用豐富多彩的多媒體課件，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，使之有較強(qiáng)的后勁，發(fā)揮其潛力。2GPS課程教學(xué)的特點(diǎn)從我們的具體教學(xué)實(shí)踐來看，GPS原理與應(yīng)用的教學(xué)存在著以下特點(diǎn)：21多學(xué)科交叉、相關(guān)性強(qiáng)。GPS技術(shù)是多學(xué)科、多技術(shù)交叉的空間定位系統(tǒng)。在理論上依托于數(shù)學(xué)、測(cè)量學(xué)、地學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)等學(xué)科；在應(yīng)用上則依賴于具體應(yīng)用學(xué)科如導(dǎo)航、城市建設(shè)、交通工程、資源管理、生態(tài)監(jiān)測(cè)等理論和技術(shù)的發(fā)展。GPS技術(shù)的這種多元化多學(xué)科發(fā)展和集成特性，要求教師和學(xué)生具有較廣泛的知識(shí)面和扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)要處理好廣度和深度的關(guān)系。22發(fā)展迅速與內(nèi)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(cè)繪和少數(shù)部門應(yīng)用初級(jí)發(fā)展階段，到現(xiàn)代GPS和地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)的“3S”技術(shù)集成和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)（RTK）蓬勃發(fā)展階段。GPS內(nèi)容和技術(shù)的快速更新特性，對(duì)教學(xué)方法和手段也提出了更高的要求。GPS原理與應(yīng)用作為地理信息系統(tǒng)專業(yè)所開的一門專業(yè)課應(yīng)該具有一般專業(yè)課所具有的特點(diǎn)，也就是教學(xué)目標(biāo)的專業(yè)性、教學(xué)內(nèi)容的探索性、教學(xué)形式的多樣性，確定了具體的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段。即要不斷的學(xué)習(xí)，補(bǔ)充新的知識(shí)，掌握發(fā)展動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)，從而豐富教學(xué)內(nèi)容和開拓學(xué)生視野。理論性和應(yīng)用性并重。2.3空間抽象性GPS的課程從空間直角坐標(biāo)系的建立到衛(wèi)星信號(hào)的組成，從定位原理到誤差精度分析以及數(shù)據(jù)處理，無論是可見的還是不可見的，都是建立在對(duì)空間坐標(biāo)和衛(wèi)星信號(hào)的抽象和描述基礎(chǔ)上。針對(duì)這類較為抽象和難以理解的內(nèi)容，宜采用接收機(jī)實(shí)物演示、多媒體等教學(xué)手段，使之直觀化、形象化和具體化，有助于對(duì)概念的掌握和內(nèi)容的理解。3GPS課堂教學(xué)的主要思路3.1針對(duì)GPS課程特點(diǎn)，采用CAI教學(xué)與常規(guī)教學(xué)結(jié)合的方法更多測(cè)繪論文請(qǐng)登錄測(cè)繪網(wǎng)論文頻道查詢：客服熱線PS課程有四多，即專業(yè)知識(shí)多、數(shù)學(xué)公式多、圖形多，應(yīng)用領(lǐng)域多，如果按常規(guī)教學(xué)方法，在黑板上書寫它們既費(fèi)時(shí)，有時(shí)又表達(dá)不準(zhǔn)確。而采用CAI教學(xué)可以使教師對(duì)某個(gè)問題的講解更直觀和全面，同時(shí)借助多媒體一些如動(dòng)畫效果、3D虛擬現(xiàn)實(shí)等手段，還能把問題的實(shí)際操作過程更形象化地表現(xiàn)。如單點(diǎn)絕對(duì)定位可以用飛機(jī)飛行時(shí)不斷接受四顆以上衛(wèi)星信號(hào)而確定空間三維坐標(biāo)，相對(duì)絕對(duì)定位可以用三個(gè)或四個(gè)靜態(tài)GPS接收機(jī)不斷接受衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過差分進(jìn)行整體平差的經(jīng)過，這些方法在GPS衛(wèi)星定位、GPS應(yīng)用實(shí)例中效果明顯。因此我們可以借助CAI多媒體教學(xué)手段，能給同學(xué)留下更生動(dòng)的印象。另外通過CAI實(shí)例輔助教學(xué)，還可以彌補(bǔ)林學(xué)、道路與鐵道工程等專業(yè)進(jìn)行教學(xué)，使非測(cè)繪專業(yè)學(xué)生能以最直觀的方式了解GPS基本理論和應(yīng)用，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)本課程的興趣。3.2注意抽象與具體的結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情由于GPS原理與應(yīng)用課具有研究對(duì)象直觀以及理論基礎(chǔ)抽象的特點(diǎn)，所以筆者認(rèn)為在教學(xué)中我們應(yīng)該注意抽象與具體的結(jié)合，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在專業(yè)課教學(xué)過程中，講授一門課程首先就要講好緒論引起學(xué)生的興趣。如果緒論講不好，那就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)這門課印象不好，甚至失去興趣。所以對(duì)于緒論的教學(xué)便需要教師把握好才能掌握課程教學(xué)的主動(dòng)權(quán)。又因?yàn)镚PS原理與應(yīng)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，涉及很多的公式及計(jì)算，這難免會(huì)比較枯燥。這個(gè)時(shí)候老師便要注意抽象與具體的結(jié)合，利用多媒體演示以及用生動(dòng)的語(yǔ)言便顯得比較重要了。比如在衛(wèi)星運(yùn)行的開普勒三定律這一節(jié)的講授中，我們用語(yǔ)言表達(dá)可能就沒有用圖表結(jié)合多媒體演示效果好。利用測(cè)距碼測(cè)定偽距一節(jié)中，用多媒體演示接收機(jī)在接收到測(cè)距碼時(shí)，能產(chǎn)生相同結(jié)構(gòu)的測(cè)距碼，并不斷變動(dòng)延遲時(shí)間，同時(shí)在演示的過程中加入講解就會(huì)讓學(xué)生對(duì)比較抽象的內(nèi)容有一個(gè)比較直觀的理解，也會(huì)有利于后期的繼續(xù)學(xué)習(xí)或自學(xué)。此時(shí)加以引導(dǎo)，便可以提高他們的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)信心。33面向?qū)ο蟮慕虒W(xué)，針對(duì)專業(yè)的手段在GPS原理與應(yīng)用課程中，相當(dāng)多的內(nèi)容是GPS的技術(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理，根據(jù)這一特點(diǎn)講，把地球坐標(biāo)參照系、GPS衛(wèi)星信號(hào)、衛(wèi)星定位和誤差分析等作為基本單元，以GPS的技術(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理為主線，在結(jié)合到不同專業(yè)所要面對(duì)的問題中講解，這種結(jié)合實(shí)際對(duì)比啟發(fā)式教學(xué)法，對(duì)非測(cè)繪專業(yè)的學(xué)生來說應(yīng)更容易接受。因此，強(qiáng)調(diào)GPS教學(xué)與所在專業(yè)的結(jié)合，盡量運(yùn)用所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)例來說明問題這也是GPS創(chuàng)新教育的要求。比如，對(duì)森林經(jīng)理學(xué)科，著重介紹GPS對(duì)林業(yè)調(diào)查和數(shù)據(jù)的管理、分析、決策支持等功能；對(duì)道路與鐵道工程學(xué)科，探討GPS測(cè)量對(duì)道路勘測(cè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用及精度分析。對(duì)大多數(shù)專業(yè)，還可以介紹GPS在社會(huì)生活中的各種應(yīng)用及其實(shí)現(xiàn)方法，怎樣利用GPS進(jìn)行定位導(dǎo)航，在公安、消防、運(yùn)鈔、航空航海等方面；更深一部講解可以重點(diǎn)講一下“3S”技術(shù)（全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS、遙感技術(shù)RS）的集成等內(nèi)容。34主次分明，實(shí)行開放式教學(xué)GPS原理與應(yīng)用作為一門專業(yè)課，是多門學(xué)科在某一特定專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的重新組合，由于學(xué)時(shí)數(shù)的限制，課堂教學(xué)中不可能面面俱到，應(yīng)對(duì)內(nèi)容作恰當(dāng)?shù)陌才牛惶暨x若干重點(diǎn)內(nèi)容作比較詳細(xì)的講解。在這方面主要是要求專業(yè)課教師要重視教學(xué)方法的研究和改進(jìn)，要不斷擴(kuò)展和更新自身的知識(shí)面，精心組織安排教材和課堂教學(xué)的內(nèi)容，力求做到吐故納新、條理清晰、重點(diǎn)突出、詳簡(jiǎn)得當(dāng)，著力培養(yǎng)學(xué)生在本專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域內(nèi)能達(dá)到對(duì)總體布局和前后發(fā)展的脈絡(luò)有比較深入地理解。另外，由于GPS技術(shù)發(fā)展迅速，有很多內(nèi)容不可能在課堂上具體討論，而是需要學(xué)生自己去把握。如目前的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（RTK）發(fā)展很快，而最新的接收機(jī)已經(jīng)能夠同時(shí)接收和處理美國(guó)GPS衛(wèi)星信號(hào)、俄羅斯的GLONASS信號(hào)和歐洲的伽俐略（GNSS）系統(tǒng)信號(hào)。就GPS課程本身特點(diǎn)說，它既是從屬服務(wù)于工程，本身又有獨(dú)立的體系。這種體系既更多測(cè)繪論文請(qǐng)登錄測(cè)繪網(wǎng)論文頻道查詢：客服熱線注重縱向知識(shí)的系統(tǒng)性，又要注重橫向知識(shí)的相互滲透。因此，除了課堂教學(xué)外，我們還要采取開放式的教學(xué)方式，在培養(yǎng)學(xué)生的過程中，要提高學(xué)生的自主性和參與意識(shí)，讓他們廣泛搜集相關(guān)資料，大膽提出自己的見解。通過寫讀書筆記，作專題報(bào)告等方式，可以使他們加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的了解，還可以激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。4GPS實(shí)踐環(huán)節(jié)思路GPS原理與應(yīng)用這門課程的內(nèi)容上有許多的數(shù)學(xué)公式和圖表，尤其是天球坐標(biāo)系以及衛(wèi)星信號(hào)和后面章節(jié)的GPS數(shù)據(jù)的平差處理，給人感覺理論性很強(qiáng)，數(shù)理知識(shí)要求較高。實(shí)質(zhì)上它還有著很強(qiáng)的應(yīng)用背景，是一門專業(yè)性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程。所以我們?cè)诮虒W(xué)的過程中不僅需要讓同學(xué)們對(duì)基本的理論有所認(rèn)識(shí)，還要讓他們對(duì)基本的實(shí)踐有所掌握，這樣他們得到的知識(shí)才是全面的。在教學(xué)過程中，我們的實(shí)習(xí)包括了以下幾方面內(nèi)容：序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型實(shí)驗(yàn)類別每組學(xué)生數(shù)1動(dòng)態(tài)手持GPS的認(rèn)識(shí)與讀數(shù)練習(xí)2驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)必修12靜態(tài)單頻GPS接收機(jī)的認(rèn)識(shí)與測(cè)量練習(xí)4設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)必修43實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（RTK）的認(rèn)識(shí)與測(cè)量練習(xí)4設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)必修44GPS網(wǎng)的布設(shè)、觀測(cè)與平差計(jì)算練習(xí)6綜合性實(shí)驗(yàn)必修4合計(jì)165結(jié)束語(yǔ)GPS原理與應(yīng)用作為高校測(cè)繪專業(yè)和GIS專業(yè)必修的課程，而對(duì)其它專業(yè)一般都是選修課，因此要把握好教學(xué)方式教學(xué)內(nèi)容的定位，以滿足所學(xué)專業(yè)培養(yǎng)人才的目標(biāo)需求。在教學(xué)過程中，增加與學(xué)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(shí)面，也是使GPS教學(xué)生動(dòng)豐富的手段，總之，不斷完善GPS專業(yè)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生對(duì)GPS知識(shí)的探知興趣，應(yīng)是教學(xué)法的最終目的。參考文獻(xiàn)1范文義、羅傳文，3S理論與技術(shù)，東北林業(yè)大學(xué)出版社，20042周忠謨、易杰軍、周琪，GPS衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用，北京：測(cè)繪出版社，19993GPS測(cè)量原理及應(yīng)用張勤李家權(quán)等編著科學(xué)出版社2005年7月作者簡(jiǎn)介吳學(xué)偉，男，1963年生，黑龍江人，碩士，副教授，1988年畢業(yè)于武漢測(cè)繪科技大學(xué)工程測(cè)量系，東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院任教，從事“3S”技術(shù)教學(xué)與研究工作，發(fā)表論