《GNSS发展与应用》课程视频教学探讨

常亮 冯贵平

【摘 要】2020年我国我国北斗卫星导航系统（BDS）即将实现全球运营，将会对美国全球定位系统（GPS）带来诸多冲击。因此，在上海海洋大学公共选修课程《GNSS发展与应用》的讲授过程中，需要实时更新GNSS发展与应用的相关讲授内容，以适应全球卫星导航系统（GNSS）的不断发展。本文探讨了一种基于课程视频教学的探讨方式，以期提高学生的学习兴趣与热情，提高教学效率。

【关键词】GNSS;视频教学

中图分类号： TN911.72-4;G434 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）11-0145-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.067

0 前言

全球卫星导航系统（GNSS）主要包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS（前苏联）、欧盟的GALILEO和我国的BDS。GPS和GLONASS起步时间相当，其发展伴随着当时美苏之间的军事博弈。但是随着前苏联的解体，GLONASS的发展逐渐滞后于GPS。虽然GLONASS随后移交给俄罗斯进行管理，但由于俄罗斯国内经济不景气等因素的影响，GLONASS正常维护与运行收到越来越严重的挑战。据俄罗斯卫星通讯社报道，2018年俄政府正式批准了与中国在和平利用GLONASS和BDS卫星系统方面合作的协议草案。GLONASS并入BDS意味着我国的北斗系统将发生质变，拥有50颗以上的卫星，导航定位精度将大大提高。相较于GPS和GLONASS，GALILEO和BDS的发展较晚，但是在我国BDS即将实现全球组网之际，BDS的发展与潜力吸引了全世界各行各业的关注。为了进一步帮助学生拓展课外知识，本门《GNSS发展与应用》公共选修课将面向全校学生授课，以普及GNSS技术的基本理论与应用。

本门课程自开课以来，引起全校学生的广泛关注。然而，GNSS技术相关的理论知识涉及多个专业，专业性较强，导致该课程的基本理论讲授时，大部分学生对相关知识点的接受程度普遍不高。通过近期与学生的主动交流，学生反馈以及教学思考，总结了相应的教学改革方案，以期提高教学质量。并希望学生在本门课程的学习过程中尽可能多的掌握GNSS技术的相关理论与应用前景，拓展相关方面的认识与了解。

1 教学内容及存在的问题

1.1 教学内容

依据GNSS技术的不断发展，《GNSS发展与应用》课程每学期的讲授内容都会进行相应的微调。但是基于本课程全校公选课的性质，以及面向的学生中绝大部分均为非相关专业的现状，本课程的教学内容主要包含以下几个部分：

（1）绪论。主要以时间轴为序，讲授GNSS技术的诞生与发展历程。通过穿插讲授上世纪冷战时期美国GPS与前苏联GLONASS间的军事博弈，GALILEO系统的产生背景，以及我国BDS系统在发展初期与GALILEO系统的合作及竞争，让学生在历史背景下了解GNSS各系统的发展与相互联系。

（2）GNSS系统组成。通过对比讲解，了解不同GNSS系统的组成部分，每个部分的作用与功能，以及各GNSS系统的卫星进行更新时的主要内容，并比较不同GNSS系统在衛星星座，轨道，频率等方面之间的异同;

（3）GNSS卫星信号结构。此部分仅作为了解要求，主要是了解GNSS卫星信号、结构以及传输特点。

（4）GNSS卫星定位基本原理。此部分为本课程的重点内容。主要介绍GNSS定位的最常见方式及基本原理，讲授过程中会以我们平时最常使用的手机导航定位为例，认识和了解GNSS定位原理与过程。

（5）GNSS应用的误差来源。作为非专业课程，本部分内容仅作了解要求。让同学们认识到，GNSS的应用之所以如此广泛，主要原因之一在于GNSS系统所受到多种误差因素的影响。比如：卫星信号收到的对流层、电离层延迟误差，衍生出了GNSS气象学，并受到广泛应用;卫星信号的多路径误差，同样早就了如今GNSS反射信号遥感的研究与应用等。因此，本章内容的学习可以让学生理解到GNSS技术的应用存在两面性，针对不同的应用目的需要采用不同的利用方法。

（6）GNSS及我国北斗的应用现状。此部分将主要采用讲授与讨论教学同步的方式来进行，主要让学生课后搜集资料，了解GNSS和我国北斗系统在国民经济、军事、科学研究等领域的应用，以及介绍我国北斗卫星导航系统在各行各业的应用现状和今后发展趋势。

1.2 存在问题

（1）本课程听课对象的专业差异较大。选修本门课程的文科类专业的学生占比较大，在进行GNSS的历史与发展等内容的介绍时，大部分学生积极性较高。但是，在进行定位基本原理等更专业内容的讲授时，随着理解难度的加深，学生们的积极性明显下降，使得课堂教学效果大打折扣。

（2）由于GPS是目前GNSS系统中发展最为完善的，导致以往的教学中往往更加偏向于GPS系统的介绍，而对GLONASS，GALILEO和BDS等系统讲授的比例较低。特别是在我国北斗的应用功能越来越重要的背景下，BDS系统发展与应用的细节内容介绍较少。

2 教学改革方法

在课堂教学中发现，利用传统的PPT授课方式会受到某种程度的限制，影响了学生对相关问题和知识点的理解。通过之前的教学实践，以及近期与学生的主动交流，学生反馈以及教学思考，初步提出基于视频教学的改革方法。

（1）在进行GNSS的发展历史时，选取适当的视频，介绍美国与前苏联冷战时期在GPS、GLONASS及相关空间科学建设方面的举措，让大家在特定的历史背景下了解GPS与GLONASS的竞争和发展。

（2）随着随着我国BDS的发展，以及GLONASS系统的兼容性并入，北斗系统的发展与应用前景越来越受到关注。选取北斗设计工程师的讲座报告视频，让同学们加深对我国北斗发展过程中是如何受到欧盟国家的阻扰，以及我国如何克服种种困难，最终自主研发设计出万世瞩目的北斗系统。在吸引学生的兴趣的同时，增加大家的民族自豪感。

（3）通过介绍北斗在各行各业的应用视频，加深同学们对北斗实际应用的深刻认识，同时以此引导大家进行课程报告的完成。

3 结论

本文对目前《GNSS发展与应用》课程教学中遇到的相关问题进行了总结，并探讨可能的教学改革方法。本文提出了关于课程讲授过程中基于视频教学的思考，以期提高学生对课程基本知识的认识和理解，促进教学效果，提高教学质量，并加强对学生们在全球卫星导航定位的基本理论与应用知识的普及。