?！×?，朱衛(wèi)東，馮貴平

(1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.遠(yuǎn)洋漁業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，上海201306)

淺析《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用》的“逆向思維”教學(xué)

常亮1,2，朱衛(wèi)東1,2，馮貴平1,2

(1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.遠(yuǎn)洋漁業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，上海201306)

摘要：討論了近年來在《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用》課程教學(xué)中對(duì)“逆向思維”教學(xué)方法的初步認(rèn)識(shí)，列舉了幾個(gè)“逆向思維”教學(xué)實(shí)例，總結(jié)了課程教學(xué)中存在的一些問題，并提出了今后的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：GPS；教學(xué)；逆向思維

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.023

中圖分類號(hào)：P228.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼： A

文章編號(hào)：號(hào)： 1008-9268(2015)03-0091-03

收稿日期：2015-02-10

作者簡介

Abstract:This paper discussed the initial understanding on 'reverse thinking' for 'GPS Surveying Principle and Applications' teaching from recently experiments, enumerated several examples on 'reverse thinking' teaching, summarized some problems on presented teaching, and proposed the corresponding improved methods.

0引言

GPS技術(shù)誕生于上世紀(jì)70年代初期，最早用于導(dǎo)航、收集情報(bào)等軍事目的。經(jīng)過40多年的發(fā)展，基于GPS技術(shù)的全能性(陸地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)功能[1]，其應(yīng)用已廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、地球物理學(xué)、天體力學(xué)、載人航天學(xué)、全球海洋學(xué)和全球氣象學(xué)等領(lǐng)域，涵蓋了軍事國防、智能交通、郵電通信、礦業(yè)、石油、建筑、農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、金融、公安等部門和行業(yè)。在測(cè)繪領(lǐng)域中,各種等級(jí)控制網(wǎng)的建立、變形監(jiān)測(cè)、工程放樣、地形圖測(cè)繪等越來越離不開GPS技術(shù)的應(yīng)用,GPS技術(shù)為測(cè)繪行業(yè)帶來了一場深刻的變革[2]。GPS定位技術(shù)的日益廣泛應(yīng)用，使它成為測(cè)繪類專業(yè)本科生和研究生的一門必修課程[3]，并逐漸成為相關(guān)專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。

為滿足人才培養(yǎng)目標(biāo)需求，各高校的測(cè)繪類專業(yè)在制訂培養(yǎng)計(jì)劃時(shí)，都將《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用》課程積極設(shè)置為必修課。然而，由于GPS測(cè)量的理論知識(shí)比較深，涉及的知識(shí)面廣，而且GPS定位技術(shù)本身也在不斷地快速發(fā)展中，相關(guān)課程內(nèi)容學(xué)生接觸起來往往難以準(zhǔn)確理解。因此，在《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)中，如何讓學(xué)生更好地理解并接受重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，不斷提高課程的教學(xué)質(zhì)量，是值得教師認(rèn)真思考的問題。通過本?！禛PS測(cè)量原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)踐，本文就實(shí)際教學(xué)中采用的“逆向思維”教學(xué)方法的幾個(gè)教學(xué)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行介紹，為下一步繼續(xù)開展教學(xué)改革打下基礎(chǔ)。

1“逆向思維”教學(xué)實(shí)例

1.1　GPS定位技術(shù)的應(yīng)用

在大多數(shù)與GPS相關(guān)的教科書中，為了方便讀者首先對(duì)GPS有所了解，均是以GPS的歷史發(fā)展、系統(tǒng)組成等內(nèi)容開始。但是通過幾學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，以及通過學(xué)生的反饋，在第一節(jié)課的教學(xué)中采用“逆向思維”，首先以GPS定位技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例作為開始。

在GPS應(yīng)用與日常生活緊密結(jié)合的今天，每個(gè)學(xué)生對(duì)GPS都有初步認(rèn)識(shí)。選取的GPS應(yīng)用實(shí)例包括：1) GPS在美軍軍事作戰(zhàn)中應(yīng)用；2) GPS在智能手機(jī)及出租車的導(dǎo)航地圖使用；3) GPS在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。選取實(shí)例1)是因?yàn)镚PS最初設(shè)計(jì)是處于軍事目的，通過相關(guān)視頻和圖片的介紹，在講授過程中穿插介紹上世紀(jì)冷戰(zhàn)時(shí)期，美國GPS和俄羅斯GLONASS在各自系統(tǒng)建設(shè)中的博弈，這樣既引起了學(xué)生的好奇心，又在實(shí)成了GPS系統(tǒng)歷史的學(xué)習(xí)。在實(shí)例2)中，選取日常生活中經(jīng)常遇到的“去哪？”和“怎么去？”來進(jìn)行介紹。同時(shí)，還要給學(xué)生們出“難題”：比如針對(duì)在城市郊區(qū)利用手機(jī)定位時(shí)定位精度比較差的導(dǎo)致原因，以及出租車通過隧道時(shí)無法定位，有沒有解決方法等，方便提前讓學(xué)生對(duì)課程中涉及的廣域差分、網(wǎng)絡(luò)RTK、偽衛(wèi)星等內(nèi)容提前有所期待。實(shí)例3)主要是選取學(xué)生不太了解的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行介紹，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本門課程學(xué)習(xí)的積極性。通過三個(gè)實(shí)例的介紹，達(dá)到讓學(xué)生初步了解GPS的目的，同時(shí)讓學(xué)生意識(shí)到GPS的應(yīng)用遠(yuǎn)比自身了解的多，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)接下來內(nèi)容的學(xué)習(xí)激情。

資助項(xiàng)目： 上海市‘揚(yáng)帆計(jì)劃’(編號(hào)：14YF1410200)； 上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新項(xiàng)目(編號(hào)：14YZ118)； 上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃(編號(hào)：A1-2035-14-0010-12)； 上海海洋大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目 (編號(hào)：A-0209-13-0105395、A2-0302-14-300065)

聯(lián)系人： 常 亮 E-mail：lchang@shou.edu.cn

1.2　GPS觀測(cè)的誤差來源

利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位的過程中，會(huì)受到衛(wèi)星部分、信號(hào)傳播、信號(hào)接收和其他影響等誤差[1]，為了精確確定測(cè)量目標(biāo)的位置、速度等信息，需要消除或盡可能減弱這些誤差源的影響。然而，基于“逆向思維”考慮，正是由于GPS測(cè)量過程中的這些誤差影響，推進(jìn)了GPS技術(shù)的發(fā)展，使得GPS的及其相關(guān)的應(yīng)用越來越廣泛。

如針對(duì)GPS受到的電離層延遲誤差，可以采用雙頻電離層改正模型進(jìn)行消除。反過來，如果可以準(zhǔn)確估計(jì)GPS電離層受到的電離層延遲影響，就可以將GPS測(cè)量技術(shù)用于進(jìn)行與電離層相關(guān)的應(yīng)用中，比如太陽磁暴、地震前后的電離層異常等等。針對(duì)GPS受到的對(duì)流層延遲誤差，同樣通過“逆向思維”，已知對(duì)流層延遲大小，可以進(jìn)行大氣水汽含量的估計(jì)，并進(jìn)一步用于開展天氣預(yù)報(bào)、數(shù)據(jù)同化等氣象學(xué)研究。針對(duì)GPS多路徑效應(yīng)，是當(dāng)前GPS誤差消除的難點(diǎn)，但是反過來GPS多路徑效應(yīng)可以應(yīng)用于地表土壤濕度的估計(jì)、雪覆蓋厚度估計(jì)和海面波浪探測(cè)等方面的應(yīng)用。針對(duì)GPS受到的地球潮汐影響，反過來可以利用GPS觀測(cè)來進(jìn)行GPS驗(yàn)潮，并進(jìn)一步用于海洋測(cè)繪及海洋科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用與研究?；诘厍蜃赞D(zhuǎn)對(duì)GPS測(cè)量的影響，也可以“逆向”的利用這種誤差信息，來進(jìn)行地球自轉(zhuǎn)參數(shù)等研究。因此，對(duì)GPS觀測(cè)的誤差來源進(jìn)行“逆向思維”教學(xué)，有助于幫助學(xué)生深刻理解各種誤差源的性質(zhì)特點(diǎn)和作用規(guī)律，并進(jìn)一步拓展在GPS應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)面。

2存在問題和改進(jìn)

經(jīng)過幾個(gè)學(xué)期的“逆向思維”教學(xué)摸索，在《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用》的課程教學(xué)中提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，但是通過近幾年選取GPS相關(guān)內(nèi)容作為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的本科論文來看，學(xué)生在GPS具體理論和應(yīng)用方面的認(rèn)識(shí)還存在較明顯的不足，這就要求我們進(jìn)一步開展GPS實(shí)習(xí)課程的教學(xué)改革，以鞏固《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用》的課程教學(xué)中的理論知識(shí)。在后續(xù)的課程教學(xué)實(shí)踐中，還需要進(jìn)一步改進(jìn)存在的以下幾個(gè)問題：

1) 如何更好地促進(jìn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)與理解。比如進(jìn)行GPS定位原理的講授時(shí)，首先介紹后方交會(huì)，然后“逆向”地讓學(xué)生學(xué)習(xí)距離計(jì)算的方法，這其中就涉及到衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算，雖然課堂上也會(huì)講到衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算方法，但是期末檢驗(yàn)結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算的理解還不夠深刻。為了更好地理解教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)該布置小心課程設(shè)計(jì)，比如自己動(dòng)手完成數(shù)據(jù)采集，然后布置一個(gè)從采集到的導(dǎo)航文件中計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)的設(shè)計(jì)，這樣就能促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與吸收。

2) 針對(duì)學(xué)校海洋背景，如何進(jìn)一步培養(yǎng)具有“海洋特色”的GPS教學(xué)。目前我校有海洋測(cè)繪和空間信息與數(shù)字技術(shù)兩個(gè)專業(yè)開設(shè)了《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用》課程，在后續(xù)的課程教學(xué)過程中，將有針對(duì)性的對(duì)GPS與海洋相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)講授，如進(jìn)行海上導(dǎo)航定位，潮汐測(cè)量、海岸帶變化觀測(cè)等。

3) 校園課程實(shí)習(xí)設(shè)施的建設(shè)亟需加強(qiáng)。目前，校園GPS測(cè)量控制網(wǎng)的建設(shè)尚未落實(shí)，直接導(dǎo)致了學(xué)生的GPS測(cè)量實(shí)習(xí)目的性不強(qiáng)。為了進(jìn)一步鞏固課程教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能，接下來將積極推進(jìn)校園GPS測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)。

4) 加強(qiáng)對(duì)其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)的認(rèn)識(shí)與了解。隨著2012年年底我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在亞太地區(qū)的覆蓋，俄羅斯不斷加強(qiáng)GLONASS系統(tǒng)的建設(shè)和新型衛(wèi)星的研制，以及歐盟GALILEO計(jì)劃的逐步推進(jìn)，使得GNSS系統(tǒng)進(jìn)入“百家爭鳴”的時(shí)代。可以遇見，在接下來的幾年中，包括我國北斗在內(nèi)的其他GNSS系統(tǒng)會(huì)進(jìn)一步融入到我們的日常生活和專業(yè)應(yīng)用中。因此，在后續(xù)的課程教學(xué)中，還需要緊密關(guān)注其他系統(tǒng)的狀態(tài)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)了解第一手的新資訊，加強(qiáng)對(duì)GNSS系統(tǒng)的全新認(rèn)識(shí)。

3結(jié)束語

在本文中，對(duì)上海海洋大學(xué)《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)踐過程中的“逆向思維”教學(xué)方法與認(rèn)識(shí)進(jìn)行了探討，并針對(duì)存在的一些問題進(jìn)行了總結(jié)。其最終目的是為了改善《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)與鞏固學(xué)生對(duì)GPS的認(rèn)識(shí)與理解。隨著包括GPS、俄羅斯GLONASS、我國北斗和歐盟GALILEO的GNSS系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)該課程的內(nèi)容特別是與海洋科學(xué)相關(guān)的應(yīng)用范圍還需不斷的更新與擴(kuò)充，將在今后進(jìn)行更深入的研究和探索。

參考文獻(xiàn)

[1]徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，等. GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M]. 3版.武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.

[2]吳繼忠,李明峰,劉三枝. 《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)，2007，32(3):38-41.

[3]張勤，王利. “GPS測(cè)量原理與應(yīng)用”課程教學(xué)研究與改革[J]. 高等理科教育，2007(1):112-114.

常亮(1984-)，男，講師，博士，主要從事衛(wèi)星大地測(cè)量等方向研究。

馮貴平(1988-)，男，講師，博士，主要從事衛(wèi)星重力學(xué)等方向研究。

A Brief Analysis on 'Reverse thinking' Teaching for

'GPS Surveying Principle and Applications'

CHANG Liang1,2, ZHU Weidong1,2, FENG Guiping1,2

(1.CollegeofMarineSciences,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China;

2.CollaborativeInnovationCenterforDistant-WaterFisheries,Shanghai201306,China)

Key words: GPS; teaching; reverse thinking