《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程互動教學(xué)探討

常亮 馮貴平 朱衛(wèi)東 張進

【摘 要】面對上海海洋大學(xué)全校本科生的公共選修課程《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》至今已開設(shè)近三年，通過前期的教學(xué)總結(jié)和學(xué)生反饋，總結(jié)了存在的問題，并針對這些問題，探討課程互動的教學(xué)方法，以期提高教學(xué)效率。

【關(guān)鍵詞】GNSS；互動教學(xué)

中圖分類號： G633.6 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）13-0179-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.082

0 前言

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的發(fā)展最早起源于上世紀美國的全球定位系統(tǒng)（GPS），以及“冷戰(zhàn)”時期與之“對抗”和“競爭”的俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)。進入21世紀后，歐盟深刻意識到擁有自主設(shè)計的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的需要，于是開始著手建立GALILEO系統(tǒng)。在歐盟的GALILEO系統(tǒng)建設(shè)初期，中國本著和歐盟一起共同建設(shè)、開發(fā)和利用GALILEO系統(tǒng)的初衷，嘗試與歐盟加入同一陣營。然而，由于花費大量投資后，卻并未在歐盟GALILEO系統(tǒng)的建設(shè)與開發(fā)中獲得相應(yīng)的話語權(quán)，中國開始正式轉(zhuǎn)向研究自己的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，這便是中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）產(chǎn)生的重要原因之一。自中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)穩(wěn)步實施“三步走”策略至今，已逐步向全球覆蓋和高精度定位應(yīng)用方面不斷靠攏。盡管全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)在建立的初期均帶有軍事目的與背景，但隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)在民用領(lǐng)域也發(fā)揮了越來越重要的作用。目前，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用幾乎涵蓋我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域。為了提前適應(yīng)我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)即將實現(xiàn)的全球覆蓋，以及今后越來越多的應(yīng)用，上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院于2015年面向全校本科生開設(shè)了《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》公共選修課，旨在普及衛(wèi)星導(dǎo)航的相關(guān)知識，并擴展學(xué)生在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的見識。

自《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程開設(shè)接近三年以來，該課程在每學(xué)期都受到了全校學(xué)生的廣泛關(guān)注，每學(xué)期的選課人數(shù)均接近本課程容納人數(shù)的上限，這從另一角度也反應(yīng)了開設(shè)本門課程得必要性。然而，由于GNSS技術(shù)的應(yīng)用原理涉及到的專業(yè)知識較為復(fù)雜，包括電子、大地測量、海洋等等多個領(lǐng)域的知識，使得本門課程在講授過程中，外專業(yè)（特別是文科專業(yè)）的學(xué)生在相關(guān)關(guān)鍵問題的理解上難度較大。這直接導(dǎo)致了在關(guān)鍵原理的講授過程中，學(xué)生們逐步尚失了對本門課原有的積極性和熱情。為此，本文著手探討《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》公共選修課程的互動教學(xué)模式，以期提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生在輕松熟悉、了解到衛(wèi)星導(dǎo)航方面的基本知識的同時，提高對常用GNSS應(yīng)用領(lǐng)域的認識。

1 教學(xué)內(nèi)容及存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容

在過去幾個學(xué)期的《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程的講授中，我們主要制定了以下幾個方面的教學(xué)內(nèi)容：

（1）緒論。以上世紀冷戰(zhàn)時期美國與蘇聯(lián)這世界兩極的軍事博弈作為出發(fā)點，探討以GPS和GLONASS衛(wèi)星的發(fā)展歷史和過程。并結(jié)合我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)初期，與歐盟在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的合作、談判破裂為線索，介紹同學(xué)們認識歐盟GALILEO和我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀。考慮到GNSS系統(tǒng)的更新在不斷進行中，這要求每學(xué)期及時查閱并了解跟蹤衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展近況，將衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域最新的發(fā)展情況反饋給學(xué)生?？紤]到本門課是公共選修課，以掌握背景知識為主，此部分內(nèi)容是需要重點掌握的內(nèi)容。

（2）GNSS系統(tǒng)組成。此部分講授時，將以GPS系統(tǒng)為例來進行學(xué)習(xí)。了解GPS系統(tǒng)的組成部分，以及每個部分之間的關(guān)系與協(xié)作。此部分內(nèi)容為熟悉程度即可。

（3）GNSS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)。主要是掌握GNSS衛(wèi)星信號、結(jié)構(gòu)以及傳輸特點。由于此部分內(nèi)容涉及大量的電子信息工程專業(yè)的知識，針對上課的很多學(xué)生都是文科生而言，此部分內(nèi)容僅做適當了解即可。

（4）GNSS衛(wèi)星定位基本原理?？紤]到GPS系統(tǒng)是GNSS系統(tǒng)中發(fā)展最為完善，也是目前最成熟的系統(tǒng)，因此在本部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)時，我們以GPS系統(tǒng)為例來學(xué)習(xí)GNSS定位基本原理，并通過與我國北斗系統(tǒng)的比較，讓學(xué)習(xí)了解到我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比GPS的優(yōu)勢。此部分內(nèi)容需要重點掌握。

（5）GNSS應(yīng)用的影響因素。在此部分的學(xué)習(xí)中，可采用逆向思維的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生認識到GNSS的應(yīng)用如此廣泛的重要原因就在于其受到的多種誤差因素的影響。以GPS觀測過程中受到的對流層、電離層延遲誤差為例，再求解出這些誤差后，可進行氣象學(xué)方面的應(yīng)用，并衍生了一門新的學(xué)科——《GNSS氣象學(xué)》。再如：多路徑誤差也是GNSS應(yīng)用的重要誤差源，再采用模型等方法進行估計后，則可用于土壤濕度等領(lǐng)域的應(yīng)用與研究。因此，理解和掌握GNSS的誤差來源是非常重要的內(nèi)容。

（6）GNSS的應(yīng)用及我國北斗的現(xiàn)狀。此部分主要是了解GNSS在軍事、科學(xué)研究、民間應(yīng)用等各個領(lǐng)域的情況，可考慮讓學(xué)習(xí)通過查閱資料的方式，來進行匯報學(xué)習(xí)，這樣同時可以激發(fā)出學(xué)生的積極性。此部分內(nèi)容與生活多個領(lǐng)域息息相關(guān)，因此需要重點掌握。

1.2 存在問題

（1）針對非理工類的本科生，進行原理部分的講授時，因涉及多個專業(yè)的知識，且理論化程度較高，導(dǎo)致相關(guān)概念難以理解，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，上課注意力不集中；

（2）在課程末期進行的PPT集中匯報中，存在網(wǎng)上搜集他人作品的現(xiàn)象，而自身對相關(guān)內(nèi)容并不熟悉，使得課程教學(xué)的效果大打折扣。

3 教學(xué)改革方法

考慮到近幾個學(xué)期的《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程的教學(xué)實踐中存在的問題，通過課后與學(xué)生的交流與學(xué)生的反饋，初步提出了互動教學(xué)的改革方法：

（1）以往的教學(xué)中，我們先進行了理論知識的講授，然后在最后兩節(jié)課集中進行PPT的匯報，這不僅導(dǎo)致很多同學(xué)做的報告ppt內(nèi)容重復(fù)，甚至直接用他人作品冒充的行為，大大降低了教學(xué)效率。為此，我們將在課程講授中期分批進行PPT匯報，并且分批指定匯報學(xué)生的名單，和劃定匯報的大致內(nèi)容。

（2）進行GNSS應(yīng)用實例講解。由于理論部分的介紹較為枯燥，部分學(xué)生也不太感興趣。在今后的教學(xué)中，我們將增加應(yīng)用部分的講授比例，除了采用常用的PPT教學(xué)外，還將結(jié)合部分應(yīng)用實例的視頻資料進行講授。講授完畢后，可以讓學(xué)習(xí)根據(jù)視頻內(nèi)容談?wù)勛约旱睦斫馀c認識，這樣可以更好地調(diào)動學(xué)生積極性。

4 結(jié)論

本文主要通過總結(jié)過去幾個學(xué)期的《GNSS發(fā)展與應(yīng)用》課程教學(xué)的教學(xué)訪學(xué)和學(xué)生反饋，針對教學(xué)時學(xué)生積極性不高的主觀原因，以及課程部分內(nèi)容理論難度相對較大的客觀原因，進行了思考和總結(jié)。旨在通過課程互動教學(xué)，來進一步培養(yǎng)學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的積極性，并加大認識與GNSS相關(guān)的理論與應(yīng)用知識。此外，通過此次探討，希望在今后的教學(xué)過程中，能進一步改善課堂教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的接收知識效率，讓更多的學(xué)生認識和了解GNSS。