ABSTRACT

“GPS surveying and data processing” is one of the most important courses of surveying and mapping engineering and related majors’ students. Combined with the technology development of global navigation satellite system, the paper discusses the existing problems on teaching contents, teaching methods, teachers’ quality, practice, research and innovation, then puts forward the views of the corresponding teaching reform.

Keywords:GNSS, GPS Surveying, Teaching Reform

关于《GPS测量与数据处理》课程教学的思考

耿涛，张鹏

武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北 武汉

收稿日期：2017年10月27日；录用日期：2017年11月8日；发布日期：2017年11月15日

摘 要

“GPS测量与数据处理”是高等学校测绘工程及相关专业的重要课程之一。本文结合全球卫星导航系统的发展趋势，从教材内容、教学手段、教师素质、实习实践、科研创新等方面探讨了该课程存在的问题，并提出相应的教学改革意见。

关键词 :GNSS，GPS测量，教学改革

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1. 引言

全球卫星导航系统GNSS (Global Navigation Satellite System)的出现使导航技术和定位技术产生了一场深刻的变革，促进了相关行业的整体技术进步，已经成为高等学校测绘工程及相关专业的一门重要课程 [1] 。《GPS测量与数据处理》这本教材，主要讲述了GPS定位原理、方法和数学模型、技术设计与数据采集、数据处理方法，主要教授的对象是高等学校中测绘、遥感、导航、地理信息系统以及其他相关专业的学生。此教材已经修订到第三版，主要是添加和补充了GNSS导航定位技术新发展的部分内容并对陈旧的内容做了删减。本文以武汉大学开设的《GPS测量与数据处理》课程为例，结合全球卫星导航系统的发展趋势，从教材内容和手段、教师素质、实习实践、科研创新等方面，提出相应的教学改革意见。

2. 卫星导航系统的发展趋势

多卫星导航系统兼容互操作是GNSS发展的重要特征之一。美国GPS系统从1973年历经几十年的发展，逐步成为最稳定、最广泛使用的卫星导航系统；俄罗斯GLONASS经过系统重建，目前已全面运行；GPS和GLONASS系统都正在实施现代化计划 [2] 。欧盟Galileo系统目前已经完成在轨验证阶段，并转入全面运行能力阶段，预计2020年完成30颗卫星的组网工作 [3] 。中国自主研制、独立运行的北斗卫星导航系统BDS，已经完成试验阶段和区域导航系统建设，计划2018年面向“一带一路”沿线及周边国家提供基本服务，2020年完成35颗卫星发射组网，为全球用户提供服务 [4] 。除上述的四大全球卫星导航系统，区域卫星导航系统包括印度IRNSS和日本QZSS系统也在快速建设中。多卫星导航系统兼容互操作将能够提供精度更高、可靠性更好、应用范围更广的导航定位服务。此外，OneWeb、SpaceX、Samsung和Boeing等公司计划发射600到4000个不等数量的低轨卫星进行组网，这不仅能为全球用户提供因特网服务，更能成为一个全新的平台来提供全球导航定位服务 [5] 。

实时、高精度是GNSS发展的另一重要特征，许多国家和省市不断建设和发展自己的空基增强系统、地基增强系统，智能化测绘、泛在测绘等新概念和网络RTK (Real-Time Kinematic)、精密单点定位PPP (Precise Point Positioning)、PPP-RTK融合等新技术层出不穷 [6] ，这些新技术日趋成熟，已经可以实现静态毫米至厘米级、动态厘米至分米级的定位精度，广泛应用于大地测量、工程测量、高精度导航和位置服务、航空摄影测量等领域。

3. 教学中存在的几点问题

3.1. 教材内容方面

《GPS测量与数据处理》教材内容和GNSS发展趋势存在部分脱节。正如第二部分所介绍的卫星导航系统的发展已呈现多导航系统并存、新兴技术层出不穷的态势，同时现在测量技术更加注重实时性、精确性和多系统兼容互操作等。然而，教材内容更新不及时，且与科研联系不紧密，可能导致学生无法及时的融入到后续工作或学习深造中。此外，这本教材的应用范围广，不单单是测绘工程专业的必修课之一，同时不少学校开设的土木专业、导航专业等都会学习这门课程，对于不同专业的学生，这本教材的内容针对性不强。

3.2. 教师自身素质方面

《GPS测量与数据处理》涉及的基础知识范围广，不仅仅需要高等代数、线性代数和概率论等数学方面的知识，更有一部分知识跟另外两门专业课——《测量理论与测量平差基础》和《大地测量学》联系紧密。不同专业的教师由于自身专业基础的限制很难在教学上做到面面俱到。同时由于课时较紧，教师们在教学前也很难充分地复习大量知识点，从而对不同专业背景的学生难以深入简出，因材施教。

3.3. 教学手段方面

由于多媒体教学生动形象、内容丰富，课堂的教学形式通常已从板书式教学过渡到多媒体教学上，然而《GPS测量与数据处理》是原理知识和实践操作相辅相成的一门专业课，存在大量的公式推导。当这些公式在多媒体上一闪而过的时候，学生们很难快速理解。同时在教学上教师依然是“填鸭式”教学为主，课堂中缺少师生之间的互动，学生的自主学习能力差，学习兴趣不强。这不仅会影响学生在课堂上的学习效率，更使得学生们在课外时间中没有兴趣去主动的学习相关专业知识。

3.4. 实习实践方面

《GPS测量与数据处理》最重要的还是将所学的理论知识运用到实践方面，为日后从事相关行业打下基础。从认识仪器、熟悉仪器到运用仪器，实习实践在这门专业课中扮演了重要的角色。实习实践的时间通常是集中安排在课程结束后的一段时间内，以小组形式完成并撰写实习报告。一般而言，时间紧，任务重，学生一般是草草了事。而且，实习实践的时间和课程结束相隔较久，学生们对课堂知识早已模糊，造成实习中操作模糊不清，错误频发。这一切是源于实习实践的时间和进程安排不够合理。

实习实践中需要注意的地方很多，不少微小细节都会使得实验结果偏差很大。学生以小组形式进行，独立完成作业，小组与小组之间常常没有沟通，遇到相同错误的情况不能及时处理，在排查错误的时候又无法及时找出问题，最后不了了之的情况普遍存在。

3.5. 科研创新方面

如第二部分介绍，GNSS技术发展日新月异。但是目前课堂中教学与学科的前沿发展没有有效的结合，无法激发学生对科研创新的兴趣。在教学中，我们发现不少学生有着很强的科研创新能力，但是这些学生没有深入科研的途径。现在的教学手段对学科科研方面的延伸很少，无法真正的在科研创新方面给学生搭建有效的平台。

4. 对教学改革的几点思考

4.1. 优化教学内容和手段

教师在教学中应适当加入教材中没有的但代表当前GNSS测量发展的前沿内容，定期的让学生参加相关的前沿科学讲座，激发学生学习的兴趣和热情。例如，在每节课最后10分钟加入最新学科发展前沿内容，也可以让学生自己分组查阅资料，以小组形式讨论自己的心得；定期参加前沿科学讲座，结合GPS测量的发展，撰写心得报告。

在教学中，多媒体和板书教学相结合，既做到生动形象也留给学生自主思考的时间，循序渐进，让学生理解更深刻，掌握更牢固；变“填鸭式”教学为“反转式”教学，变以教师为中心为学生为中心，课堂上增加学生讨论环节，学生提问环节，提高学生的表达能力，相互学习能力；鼓励学生自主学习，高效学习，使得学生不再是被动学习，而是自主的尝试不同的学习手段，提高学习能力。

4.2. 教师团队建设

作为一名教师，对一批又一批的学生传道、授业、解惑，在三尺讲台上体现自己的人生价值，更要讲究教学基本功。对教学内容的精准把握、对难点重点得当处理、讲授的逻辑与层次、表达的清晰与生动乃至仪态举止等方方面面，都是教学的基本功，也都会一定程度上影响教学的效果。因此要求教师时时关注学科前沿动态，多结合学生的兴趣讲解课程内容；为教师提供更多的外出学习交流机会，开阔教师眼界，加强教师教学能力；多给青年教师教学实践的机会，有经验的老教师和青年教师定期举行会谈，帮助青年教师快速融入学科教学中来，同样，青年教师的新思维也可以实现创新教学，大家相互学习，相互帮助，共同建设学科小组。

4.3. 实习实践改革

妥善安排实习时间，将认识仪器、熟悉仪器等周期短的实习工作穿插安排在课程中，尽量使得学生在最终测量实习的时候有充足的时间；在原理的教学之中加入程序编写、软件使用的内容，让学生在原理学习中不感觉枯燥，更能加强学生对GPS测量原理的理解和数据处理能力；在实习时，建立每周的汇报工作并组织讨论，详细了解学生的实习进度，解答学生的困惑，集中讲解实习中遇到的问题，让相同问题不再重复发生；建立校外的专业实践基地，让学生感受真实的测量工作，并且集中学生的实习成果，实现教学科研数据共享，真正实现教学科研相结合。

4.4. 建立科研创新平台

当今社会正处在先进信息技术推动的新一轮技术革命的过程中，以传感器技术、物联网、大数据技术、移动技术、云计算、人工智能为代表的新一代信息技术快速发展，正在掀起一场全新的智能化科技革命。测绘学科专业教学也应该主动适应这种发展趋势，不断丰富教学内涵。建立科研小组，由研究生和本科生组成，共同完成一些工作，相互学习，让本科生感受科研的魅力；建立导师创新团队，组织学生参加学科竞赛、测绘技能大赛等，导师作为有力的后盾给学生提供相应的设备、软件等；建立校内外科研合作小组，实现校内外资源整合，相互合作，共同进步。从真正意义上实现学生与学生、教师与学生、教师与教师的教学科研创新平台建设。

5. 结语

当前卫星导航定位技术蓬勃发展，我国独立自主的北斗卫星导航系统正处于积极建设之中。如何培养高素质、宽口径的学生是我们应该重视和解决的问题。《GPS测量和与数据处理》课程改革的道路任重而道远，必须紧跟学科发展前沿，加强师资队伍建设，共建教学科研创新平台。

基金项目

国家自然科学基金项目(编号：41404032)资助。

文章引用

耿 涛,张 鹏. 关于《GPS测量与数据处理》课程教学的思考
Discussions on Teaching of “GPS Surveying and Data Processing”[J]. 教育进展, 2017, 07(06): 372-375. http://dx.doi.org/10.12677/AE.2017.76058

参考文献 (References)