“GPS测量与数据处理”课程教学探讨 Discussion on Teaching of “GPS Measurement and Data Processing”

doi:10.12677/GST.2014.21002

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Geomatics Science and Technology 测绘科学技术, 2014, 2, 6-8

http://dx.doi.org/10.12677/gst.2014.21002 Published Online January 2014 (http://www.hanspub.org/journal/gst.html)

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Discussion on Teaching of “GPS Measurement and

Data Processing”

Mi n Li , Xiangxin Guo

Wuhan University, Wuhan

Email: ilym55@163.com

Received: Nov. 14th, 2013; r evised: Nov. 30th, 2013; ac c e pt e d: Dec. 4th, 2013

distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. In accordance of the Creative Commons Attribution Li-

Hans as a guar d ia n.

Abstract: According to the development and application of GPS, “GPS mea sure me nt and d ata pr oce ssing” has become

a compulsory of Surve ying E ngineer ing und ergrad uate students . The main co ntent a nd fea tures taught in the process of

theory and practice of “GPS measurement and data processing” are analyzed. Specifically, some problems of the course

are discussed , while some teaching reform proposals are broug ht up.

Keywords: GPS; Tea ching C o nte nt; Di scussion

“GPS 测量与数据处理”课程教学探讨

李敏，郭向欣

武汉大学，武汉

Email: ilym55@163.com

收稿日期：2013 年11月14 日；修回日期：2013 年11月30 日；录用日期：2013 年12日

摘要：随着 GPS 在测绘领域的广泛应用，目前 “GPS 测量与数据处理”已成为测绘工程本科专业的必修课程，

论文分析了“GPS 测量与数据处理”课程在理论与实践教学过程中的主要内容和特点，针对性地探讨了该课程

存在的问题，并提出一些教学改革建议。

关键词：GPS；课程教学；探讨

1. 引言

GPS (global positioning system, GPS)是19 世纪 70

年代由美国研究和发展起来的全球导航卫星系统，它

具备全球覆盖，全天候，不间断，精度高等特点，随

着卫星导航技术的突飞猛进，其应用面也大大增加，

在交通导航、军事、测绘以及地球科学等社会、经济、

军事多个领域发挥着重要作用[1]。

目前，国内很多大学对于测绘工程、导航工程、

遥感信息工程、地理信息系统等专业的学生均开设了

“GPS 原理及应用”和“GPS测量与数据处理”这 2

门课程。其中，“GPS 原理及应用”作为相关专业学

生的专业必修课，为其今后学习研究提供夯实的理论

基础；而“GPS 测量与数据处理”作为相关专业学生

的方向必修课，可以提高学生的实践操作能力。“GPS

测量与数据处理”重在培养学生的综合能力，既需要

理解和掌握 GPS 测量与数据处理的具体要求、方法和

步骤，又需要设计并完成实验、分析数据和解决实际

问题。与此同时，考虑到课程的专业性内容的丰富和

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复杂程度，其理论、技术和应用均在迅速发展，因此

关于“GPS 测量与数据处理”课程的教学内容和方式

方法有必要进行探讨，有利于激发学生对课程的兴趣，

加强课程的教学效果。

2. 教学目标与特点

2.1. 教学目标

“GPS 测量与数据处理”对我校测绘学院本科生

开设于第 5学期，是专业方向必修课，其理论课时为

32 节，实验课时为 4节，考核为平时作业和期末考试

相结合的形式，所用教材为《GPS 测量与数据处理(第

二版)》(李征航，黄劲松编著)。“ GPS 测量与数据处

理”在理论课时中，主要介绍 GPS 网及其建立、GPS

测量的技术设计、GPS 测量的外业、GPS 测量中的数

据格式、GPS 基线解算和 GPS 网平差等内容；在实验

课时中，主要介绍 GPS 静态测量的设计、测量操作及

数据处理方法，GPS 动态测量和放样的操作设置及数

据处理方法以及采用 GPS 动态测量数据绘制地形图

的基本方法和过程。通过理论讲解和课间实习，学生

可以加深对 GPS 静态定位理论基础的理解，掌握 GPS

外业测量的步骤流程，并且熟悉相关软件和硬件的使

用方法[2]。本课程理论联系实际，在强调理论方法讲

授的同时也兼顾学生实践能力的培养，使学生能更好

地掌握所学的知识，也为学生将来从事相关领域的工

作或进一步深造打下坚实的实践基础。

2.2. 教学特点

1) 学科交叉，教学内容广泛。GPS 是在数学、计

算机、大地测量学等多种学科基础上建立起来的交叉

学科，同时它又应用于工程测量、导航工程、土木建

设等各种工程应用类学科。这要求教师和学生必须掌

握良好的天文学、时空系统等多方面的基础知识和广

泛的知识层面。

2) 技术发展迅速，教学内容更新快。GPS 起源于

上世纪 70 年代，在短短的 30 多年间，随着定位技术

和软硬件产品的迅猛发展，以及“3S”(全球定位系统

GPS、遥感技术 RS、地理信息系统 GIS)高新技术的

融合，GPS 已经成为生产生活中不可或缺的信息来源

[3]。因此，GPS 技术与内容的快速更新要求教师跟踪

学科的前沿发展，在讲授传统理论基础的同时，增加

学生对新兴技术和应用的了解。

3) 难点突出，公式复杂。GPS 数据处理的难点在

于GPS 网平差，由于基线解算得到的基线向量无法提

供网中点的绝对坐标所需的绝对位置基准，只能确定

网的几何形状，故而需要在网平差中通过起算点的坐

标来引入绝对基准，它包括无约束平差、约束平差和

联合平差[4]。这些都涉及大量的公式推导和矩阵运算，

对学生数学基础有着极高的要求。

4) 工程应用类学科，强调实践性。由于 GPS 的

应用领域非常广泛，这要求学生不仅要掌握基础理论，

了解项目实施的外业步骤和数据处理流程，还应具备

较强的实践能力，在实验课程中加深对 GPS 控制网外

业实施过程的认识，并且具备利用相关软件进行 GPS

测量数据的基线解算和网平差等基本操作能力。

3. 当前教学中存在的主要问题

3.1. 教学内容的问题

“GPS 测量与数据处理”理论较深，涉及内容非

常广泛，针对不同专业、不同学生，其内容与侧重点

存在极大的差异。由于教师自身的知识背景和理解水

平不尽相同，导致课程教授过程的重点和难点混杂不

清，从而使得学生的学习效果不佳[5] 。此外，GPS 还

处于快速发展阶段，目前的教学内容仍然偏重于传统

的GPS 测量和数据处理，对新兴的 GPS 技术方面涉

及不多。这导致教学内容与实际发展不相符合，不利

于学生今后对 GPS 的深入学习研究和实际工程应用。

3.2. 实验内容的问题

实验课程是“GPS 测量与数据处理”教学内容的

重要组成部分之一，但由于课时紧张，实践环节往往

被压缩很多。同时，因为仪器设备和测量环境条件一

般，这导致学生在野外仪器操作和数据处理过程中蒙

混过关，不求甚解。特别是在软件操作的过程中，部

分学生尚未清楚掌握 GPS 基线处理和网平差的数据

处理原理，对处理结果的质量评估要求也一知半解。

3.3. 教学方法的问题

传统的“GPS 测量与数据处理”教学方法是“教

师讲授，学生接受”模式，本质是以教师为中心的教

学方法。这种方法的优点是充分发挥教师的主导作用，

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有利于教师对教学内容的安排和教学进程的掌控。但

是，学生作为拥有自我思想的独立个体，这种填鸭式

教学显然不能满足学生的求知欲望，也无法调动学生

的学习热情和对专业知识的兴趣，导致学生一味的接

受和理解教师的讲授内容，不会问问题、不会质疑，

严重阻碍了学生的思考能力和创新精神。

4. 教学改革的思路与方法

4.1. 合理安排并丰富教学内容

“GPS 测量与数据处理”教学内容详实，而教学

课时相对较少，因此需要根据专业特点，来安排合理

的教学内容，知识结构需清晰，重点难点需突出。由

于GPS 已经深入人们的日常生活之中，在讲授理论基

础的同时，还可以与实际工程相结合，用实例来说明

理论，把枯燥的理论基础知识转化为可见可知的工程

应用，提高学生对专业知识的理解能力。在教学过程

中，还应注意与已学课程和相关课程的交叉融合，例

如，可以简要介绍“3S”集成技术的基本原理和技术

应用。此外，将新兴或者热门技术应用及时向学生描

述，如在定位基础上发展出来的 LBS(基于位置服务)

等热点问题，保证学科的前沿性和综合性，加深学生

对专业的兴趣。

4.2. 外业实践教学和计算机教学相结合

“GPS 测量与数据处理”课程是建立在“GPS 原

理及应用”课程的学习基础上，对学生的外业观测和

数据处理能力有着更高的要求。在外业教学的过程中，

教师需要合理分配学生的任务，及时解决在实际过程

中出现的问题。为了能够顺利完成集中外业实践任务，

还可以提前将实习任务书发给学生，让学生提前熟悉

外业实践流程和步骤。在计算机教学的过程中，强调

基线解算和网平差的基础知识理论，使学生对 GPS

数据处理流程有全面、深刻、系统的认识和掌握。同

时不断完善考核制度，要求学生做好外业测量的记录、

上机实习报告等各项内容，并根据仪器操作、软件操

作熟练程度等综合评定学生的学习效果。

4.3. 改进教学方式方法

改变单一的“教师讲授，学生接受”教学模式，

转变为听课和讨论相结合的方式。如在授课期间，预

留一部分课时给学生，一起讨论 GPS 技术的难点、热

点问题，并让学生进行总结发言或者结果展示。这个

过程不仅有利于培养学生的自学能力，还可以激发学

生的创新意识。与此同时，充分利用多媒体教学的资

源，对“GPS 测量与数据处理”课程中含有大量文字

和图像的内容，采用视频、PPT 等演示方法展示，形

象生动的讲授专业知识[6]。需要注意的是，对于公式

推导等基本理论内容，应采用板书方法教学，这样条

理清晰、速度适中，有助于学生对知识点的理解和思

考。

5. 结语

随着中国北斗系统的逐步完善，GPS 技术在飞速

发展，其应用也将更加广泛，大学教育是促进这一行

业发展的坚实基础。针对目前“GPS 测量与数据处理”

课程教学中的特点和问题，有必要采取多种手段进行

改进，从而继续提高教学质量，培养出专业素质和综

合能力较强的优秀测绘人才。

参考文献 (References)

[1] 李征航, 黄劲松 (2005) GPS 测量与数据处理. 武汉大学出

版社, 武汉.

[2] (2013) GPS 测量与数据处理.

http://ipane.sgg.whu.edu.cn/jiaoxue/benke/lilun/28.html

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[4] 陶本藻, 邱卫宁 (2003) 误差理论与测量平差基础. 武汉大

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[6] 郭秋英, 赵吉涛 (2008) “GPS 原理及应用”课程教学实践与探

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