蒙琳 胡寶清 劉彥花

［摘要］GPS原理的理論知識(shí)抽象復(fù)雜，且對(duì)實(shí)踐操作能力要求高。這使得大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)《GPS原理與應(yīng)用》課程過(guò)程中會(huì)遇到一定的困難。本文從GPS理論教學(xué)、競(jìng)賽活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)踐三個(gè)方面對(duì)《GPS原理與應(yīng)用》教學(xué)問(wèn)題進(jìn)行探討。

［關(guān)鍵詞］教學(xué)GPS原理GPS應(yīng)用

［中圖分類號(hào)］G642［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］2095-3437（2012）04-0044-03

近年來(lái)，許多高校的工學(xué)專業(yè)在GPS課程教學(xué)中，從構(gòu)建GPS定位技術(shù)課程教學(xué)體系、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法和手段、注重實(shí)踐教學(xué)等方面做了深入的研究和探索：黃聲享[1]以GPS測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)實(shí)習(xí)、GPS RTK技術(shù)應(yīng)用實(shí)習(xí)、GPS導(dǎo)航與動(dòng)態(tài)定位的教學(xué)實(shí)習(xí)作為GPS系列化教學(xué)實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容。劉三枝[2]提出以《測(cè)繪學(xué)概論 》、《測(cè)量平差基礎(chǔ) 》、《GPS定位技術(shù)與應(yīng)用 》、《工程測(cè)量 》等課程建立測(cè)繪專業(yè)的GPS定位技術(shù)課程教學(xué)體系；吳繼忠[3]由GPS接收機(jī)認(rèn)識(shí)觀測(cè)與通訊、利用廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星概略位置、精密星歷的下載和認(rèn)識(shí)、載波相位觀測(cè)值的周跳探測(cè)、GPS靜態(tài)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理、GPS RTK測(cè)量與數(shù)據(jù)處理構(gòu)建GPS課程實(shí)踐教學(xué)體系。以上的研究主要針對(duì)有較強(qiáng)工學(xué)背景的專業(yè)，而且雖然在GPS測(cè)量的設(shè)計(jì)與實(shí)施、GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理方面的實(shí)踐性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究較多，但是在配合GPS測(cè)量原理知識(shí)講解的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段方面的研究略顯不足。相對(duì)于工科院校而言，本校地理信息系統(tǒng)和土地資源管理專業(yè)學(xué)生在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（如線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)），知識(shí)結(jié)構(gòu)面（如《測(cè)量平差基礎(chǔ) 》知識(shí)），實(shí)踐動(dòng)手能力等方面都有一定程度的欠缺。本文根據(jù)《GPS 原理及應(yīng)用》課程涉及知識(shí)面廣、內(nèi)容專業(yè)性強(qiáng) 、實(shí)踐操作能力要求高的特點(diǎn)，從理論教學(xué)、競(jìng)賽活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)踐三個(gè)方面探討了該課程的教學(xué)問(wèn)題。

一、當(dāng)前《GPS原理與應(yīng)用》教學(xué)中存在的主要問(wèn)題及分析

（一）教師傳授與學(xué)生學(xué)習(xí)兩難并存

GPS測(cè)量原理中的偽距單點(diǎn)定位、載波相位相對(duì)定位測(cè)量、GPS基線向量解算、基線向量網(wǎng)平差等內(nèi)容，涉及了矩陣運(yùn)算，向量運(yùn)算、最小二乘法、誤差傳播定律等等知識(shí)點(diǎn)；它要求學(xué)生對(duì)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)學(xué)、測(cè)量平差等有較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

單單學(xué)習(xí)這些基礎(chǔ)知識(shí)本身就存在很大的難度，而在《GPS原理與應(yīng)用》一門課程中要結(jié)合它們起來(lái)進(jìn)行講解，其難度可想而知。對(duì)教師的施教而言，在有限的課時(shí)內(nèi)融會(huì)貫通、深入淺出地講解GPS測(cè)量原理實(shí)屬不易；對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)而言，由于相關(guān)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)不易理解，或是由于沒(méi)有開設(shè)相關(guān)課程（如測(cè)量平差基礎(chǔ)），這使學(xué)生在GPS測(cè)量理論學(xué)習(xí)過(guò)程中顯得比較茫然，不知所措。此外，由于高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)學(xué)、測(cè)量平差等知識(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)間相隔已久，學(xué)生往往出現(xiàn)或是記憶模糊，有些淡忘，或是基礎(chǔ)未打好等狀況。與此同時(shí)，在《GPS原理與應(yīng)用》的授課中，授課教師由于課時(shí)的關(guān)系一般不會(huì)花太多時(shí)間回顧相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，這就使學(xué)生很難真正體會(huì)GPS原理體現(xiàn)出來(lái)的數(shù)學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，也沒(méi)辦法真正理解GPS測(cè)量原理的知識(shí)。因此，這些因素在GPS測(cè)量原理的理論知識(shí)的教學(xué)過(guò)程中對(duì)教師和學(xué)生都會(huì)帶來(lái)困擾，影響教學(xué)質(zhì)量。

（二）課程教學(xué)形式不夠豐富，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高

《GPS原理與應(yīng)用》課程教學(xué)一般有課堂講解和野外實(shí)習(xí)等教學(xué)形式。這些教學(xué)形式有些呆板不夠活躍，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。GPS課程理論知識(shí)部分公式眾多，推導(dǎo)也很繁雜，通過(guò)課堂講解形式進(jìn)行教學(xué)時(shí)，灌壓式教學(xué)會(huì)使學(xué)生多少產(chǎn)生厭煩的情緒，提不起學(xué)習(xí)興趣；野外實(shí)習(xí)的教學(xué)形式雖然較為靈活，但是同樣存在學(xué)生只懂操作不懂原理，以及學(xué)習(xí)積極性不高等情況。在教學(xué)過(guò)程中，教與學(xué)相互聯(lián)系，學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)組織的出發(fā)點(diǎn)。只有真正激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生由被動(dòng)地接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地獲取知識(shí)，使GPS課程的教學(xué)工作收到事半功倍的效果。

（三）生產(chǎn)實(shí)踐能力的培養(yǎng)仍有欠缺

《GPS 原理及應(yīng)用》是一門實(shí)踐操作能力要求高的課程，學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)踐能力的強(qiáng)弱是檢驗(yàn)《GPS 原理及應(yīng)用》教學(xué)成功與否的重要標(biāo)準(zhǔn)。《GPS 原理及應(yīng)用》教學(xué)中，雖然設(shè)置了課程實(shí)習(xí)這一環(huán)節(jié)，學(xué)生在課程實(shí)習(xí)中也掌握了GPS儀器使用、GPS軟件解算等一些GPS應(yīng)用方面的基本技能，但是這與真正的生產(chǎn)實(shí)踐要求仍有較大的差距，學(xué)生沒(méi)法學(xué)到解決實(shí)際工作中復(fù)雜問(wèn)題的方法，沒(méi)法獲得實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)。教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐未能緊密聯(lián)系，有所脫節(jié)，因此學(xué)生的GPS測(cè)量生產(chǎn)實(shí)踐能力的培養(yǎng)有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

二、優(yōu)化教學(xué)的策略

（一）利用MATLAB軟件輔助教學(xué)，深入淺出地講解理論知識(shí)

利用MATLAB軟件輔助理論教學(xué)，不僅有助于降低教師傳授GPS測(cè)量原理知識(shí)的難度，而且有助于學(xué)生直觀地理解掌握理論知識(shí)。MATLAB軟件是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，而且簡(jiǎn)單易學(xué)。MATLAB可以用變量來(lái)描述矩陣，而且其對(duì)矩陣的操作、線性方程組的求解都非常簡(jiǎn)單。例如，若用A、B來(lái)代表矩陣，則A矩陣轉(zhuǎn)置、逆矩陣、特征値可以方便地用A、INV（A）、eig（A）表示；A、B矩陣相乘可以用A*B表示。在GPS測(cè)量理論學(xué)習(xí)方面，引入MATLAB軟件進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)設(shè)置一些針對(duì)性強(qiáng)，包含線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)、測(cè)量平差、GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理相關(guān)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，把抽象的理論學(xué)習(xí)變?yōu)榘咐膶?shí)驗(yàn)教學(xué)，把繁雜的GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理過(guò)程分解成若干簡(jiǎn)潔的實(shí)例化步驟，進(jìn)而輔助學(xué)生對(duì)GPS測(cè)量理論的認(rèn)識(shí)和理解，為后期的GPS測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)實(shí)習(xí)、GPS靜態(tài)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理等實(shí)驗(yàn)打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。在MATLAB平臺(tái)上進(jìn)行理論教學(xué)，使復(fù)雜難懂的GPS測(cè)量理論知識(shí)變得生動(dòng)有趣、條理清晰、淺顯易懂，它增強(qiáng)了教師的授課效果，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（二）開展競(jìng)賽活動(dòng)，激勵(lì)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)能力

普通的課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)形式不夠豐富，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣、挖掘?qū)W生的潛能。開展課外GPS競(jìng)賽活動(dòng)，有利于激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并培養(yǎng)他們多方面的能力。例如可以開展類似“GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)施”主題的競(jìng)賽活動(dòng)，使其在《GPS 原理及應(yīng)用》教學(xué)中發(fā)揮積極作用：其一，GPS競(jìng)賽活動(dòng)中的競(jìng)爭(zhēng)性調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使得學(xué)生由被動(dòng)接受教師講解的知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)課程知識(shí)。GPS課程涉及的公式、原理較多；這些復(fù)雜抽象的知識(shí)點(diǎn)容易讓學(xué)生感到枯燥無(wú)味，進(jìn)而挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和信心。GPS競(jìng)賽活動(dòng)既有趣味性又有競(jìng)爭(zhēng)性。它能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，發(fā)揮學(xué)生自身的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生的學(xué)與教師的教產(chǎn)生互動(dòng)的效果。其二， GPS課程重要的知識(shí)與GPS測(cè)量的行業(yè)規(guī)范在競(jìng)賽活動(dòng)中得到綜合的應(yīng)用，客觀上提升了學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)?！癎PS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)施”的競(jìng)賽活動(dòng)，要求嚴(yán)格按照國(guó)家的測(cè)繪規(guī)范執(zhí)行。這一競(jìng)賽任務(wù)過(guò)程涉及了GPS測(cè)量的外業(yè)準(zhǔn)備及技術(shù)設(shè)計(jì)書編寫、外業(yè)實(shí)施、GPS基線解算與網(wǎng)平差、觀測(cè)成果的質(zhì)量檢核、技術(shù)總結(jié)成果上交等諸多知識(shí)內(nèi)容。它既考查了學(xué)生對(duì)這些知識(shí)的理解和綜合應(yīng)用的能力，又從遵循測(cè)繪行業(yè)的規(guī)范進(jìn)行測(cè)量工作這樣的角度來(lái)提升了學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。其三，GPS競(jìng)賽活動(dòng)培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、鍛煉了組織協(xié)調(diào)的工作能力?！癎PS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)施”的競(jìng)賽任務(wù)是需要在小組組員積極配合下，才能順利完成的。GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形的設(shè)計(jì)、GPS外業(yè)觀測(cè)計(jì)劃的安排、數(shù)據(jù)的處理、技術(shù)總結(jié)與報(bào)告纂寫等工作都離不開小組組員們的集體討論與精誠(chéng)合作。

（三）聯(lián)系實(shí)踐、遷移應(yīng)用

除開展課程實(shí)習(xí)與GPS課程競(jìng)賽活動(dòng)外，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)校自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)盡量為學(xué)生創(chuàng)造生產(chǎn)實(shí)踐的條件和機(jī)會(huì)，以期鍛煉學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)踐能力、增強(qiáng)其就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。本校在GPS課程聯(lián)系實(shí)踐的教學(xué)過(guò)程中也取得了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)。例如，地理信息系統(tǒng)專業(yè)與土地資源管理專業(yè)學(xué)生，通過(guò)參與教師承接的電力線路放樣、公路放樣、土方測(cè)量等測(cè)量項(xiàng)目，親身體會(huì)在復(fù)雜情況下遇到的多種困難，使其學(xué)會(huì)如何靈活地完成GPS測(cè)量工作。此外，學(xué)生們還不定期地被推薦到廣西一些測(cè)繪院、國(guó)土資源局等相關(guān)部門進(jìn)行工作實(shí)習(xí)，在一線的生產(chǎn)實(shí)踐中鍛煉工作能力?？傊禛PS 原理及應(yīng)用》的教學(xué)目標(biāo)力求學(xué)以致用，因此生產(chǎn)實(shí)踐■對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的GPS測(cè)量實(shí)踐能力是非常重要的。

三、結(jié)論

《GPS 原理及應(yīng)用》課程有著理論知識(shí)抽象復(fù)雜、內(nèi)容專業(yè)性強(qiáng) 、實(shí)踐操作能力要求高的特點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，可從理論教學(xué)、競(jìng)賽活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)踐三個(gè)方面進(jìn)行行之有效的教學(xué)改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生的信心，這樣有助于學(xué)生理解GPS理論知識(shí)、提高GPS的生產(chǎn)實(shí)踐能力。

［參考文獻(xiàn)］

［1］黃聲享，向東. GPS系列化教學(xué)實(shí)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.測(cè)繪通報(bào)，2004（10）.

［2］劉三枝，李明峰， 馮寶紅.《GPS定位技術(shù)與應(yīng)用》課程教學(xué)改革研究［J］.礦山測(cè)量，2005（2）.

［3］吳繼忠，李明峰等.《GPS定位技術(shù)及其應(yīng)用》課程實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建［J］.全球定位系統(tǒng)，2007（3）.

［責(zé)任編輯：易志毅］