地理信息系统专业开设“GPS 原理及应用” 课程的思考Ξ.pdf

地理信息系统专业开设“GPS原理及应用”课程的思考X李天文吴琳龙永清(西北大学城市与资源学系,陕西西安710069)摘要针对“GPS原理及应用”课程特点,论证了在地理信息系统(简称GIS)专业开设“GPS原理及应用”课程的必要性,在调查国内外GIS专业开设“GPS原理及应用”课程情况的基础上,对设置“GPS原理及应用”课程的现状进行了分析、探讨。并针对在GIS专业中开设该课程的若干问题提出了解决措施,为更好地开设“GPS原理及应用”课程奠定了基础。关键词GPS课程教材师资中图分类号G64210文献标识码A一、“GPS原理及应用”课程的特点(一)内容新颖且知识面宽由于“GPS原理及应用”课程是一门新兴的学科,它从根本上突破了传统大测量的时空局限性,实现无人工干预的自动连续观测和数据预处理的精密技术系统,可提供几乎是任意时刻分辨率的观测序列,并具有检测瞬时地学事件和解决众多与时间相依的科学工程问题的能力。该门课程无论是理论的发展上,还是技术设备的更新上,都具有较快的发展速度。因此,只有保持GPS教材内容的不断更新,才能满足科学技术发展的需求。该课程涉及的知识面广,其内容涵盖天文学、信息科学、测绘及遥感科学、数学、物理学、电子电工学等多门学科。(二)课程实践性强“GPS原理及应用”是一门理论与技术相结合的学科,它不但是一门理论性较强的学科,而且也是一门实践性极强的学科。不但要注重理论教学环节,而且也应重视实践教学环节。因此,在“GPS原理及应用”课程的教学中,实践和野外实习占总课时的40%以上。通过基本原理与实践并重的教学方法,首先使学生对GPS定位技术的基本原理有所了解,再结合专业特点进行野外实践,了解GPS信号接收机的构造、性能和使用方法。在此基础上,再回到课堂结合基本理论进行总结。然后,让学生自己设计实验项目,利用该技术解决实际问题。(三)课程应用面广GPS测量技术的发展,从根本上解决了传统测量手段所存在的缺点,不但极大地提高了数据采集的效益,而且也拓宽了GPS的应用领域。目前GPS测量技术已广泛应用到:控制测量、精密工程测量、变形监测、土地资源调查、地质调查、地形测量、地籍测量、水深测量、海洋测绘、地震监测、气象信息测量等领域。在公安、交通系统管理、航空导航、航海导航、城市规划、地球动力学、环境监测及水土保持等方面,GPS测量技术也越来越多地发挥作用。07高等理科教育2005年第4期(总第62期)X收稿日期20031215资助项目西北大学211教学改革项目1作者简介李天文(1957-)男,陕西户县人,副教授,主要从事GPS与GIS教学与研究1二、GIS专业开设“GPS原理及应用”课程的意义(一)地理信息采集的重要手段地理信息系统(GIS)是集计算机科学、空间科学、信息科学、测绘及遥感科学、环境科学和管理科学等学科为一体的新兴边缘科学。虽然GIS从20世纪60年代出现,至今仅有短短的三十余年时间,但它已成为多学科集成并应用于各领域的基础平台,成为地学空间信息分析的基本手段和工具。总而言之,GIS反映了人们赖以生存的客观世界现势和变迁。众所周知,反映客观世界的现势和变迁有赖于各类空间数据,空间数据是建立地理信息框架的基础。随着科学技术的发展,人们对这些数据获得手段的要求也越来越来高,同时也对数据获得的速度提出了更高的要求。为了实时反映客观世界的现势和变迁,单靠传统的测量手段来采集数据是无法满足其要求的,这是因为传统的数据采集手段不但速度慢、代价高,而且也很难实现数据的自动传输。GPS测量技术的发展,从根本上解决了传统测量手段所存在的缺点,不但极大地提高了数据采集的效益,而且也拓宽了数据采集领域。(二)有利于强化GIS专业学生的技能训练由于“GPS原理及应用”课程是一门技术性要求极强的学科,它不但要求学生掌握好基础理论知识,而且也要求学生具有熟练的操作技能。为此,在该课程中安排了大量的野外实习,要求学生通过野外实习,加强对课堂所学的基本理论、基本知识的理解,掌握GPS信号接收机的构造、性能和使用方法。同时,还要求学生利用GIS软件的空间分析功能对GPS所采集的空间数据进行处理,以获得满足生产和科研要求的数据。通过这些实践,无疑将显著提高学生的动手能力和测量技能。也对培养学生的创新能力将会起到事半功倍的效果。(三)拓宽了GIS的应用领域GIS的应用是以空间数据为基础的,而GPS具有实时、连续地提供地球表面任意点上三维坐标和精确时间的能力。因此,使GIS的应用领域也不断拓宽,进而促使GIS技术在车辆导航、车辆监测、海洋渔业资源开发、精细农业调查等领域发挥越来越大的作用。所以,在GIS专业中开设GPS课程,对拓宽学生就业领域,提高就业率具有重要的现实意义。(四)是GIS学科体系的有机组成部分GIS是以地理空间数据库为基础,具有采集、存储、管理、分析和输出空间信息能力,能适时提供多种空间的和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。从这个定义中就可以看出,空间数据的采集是GIS组成不可缺省的部分。GPS是现代空间数据采集的主要技术,它不仅可以全天候的进行观测,而且精度高。特别是适时动态差分GPS(RTK)技术的发展,为空间数据的适时动态的获取提供了广阔的空间和应用前景。目前在制约GIS的应用方面由于数据的现势性差和数据精度不高,限制了GIS在为一些高精度的空间数据分析和动态监测(滑坡监测、地壳形变监测)方面的应用。由此可见,由于GPS在获取数据方面的特点和GIS技术发展的要求,GPS为GIS这种交叉性学科的发展提供了更为广阔的前景。(五)从学生的知识结构上看从目前GIS专业的学生的课程设置来看,一般都是从数据管理、分析、图形数据与属性数据结合和GIS的应用等角度来培养,而对数据的采集方面主要是以图像的形式来获得,特别是受仪器设备的影响,对这种纯野外的方式快速获取高精度的空间数据的方法了解甚少。GPS作为野外快速获取高精度空间数据的有效手段,“GPS原理与应用”课程的开设不仅使学生了解目前获取空间数据的新技术,而且完善了学生在GIS知识上的结构体系。17高等理科教育地理信息系统专业开设“GPS原理及应用”课程的思考三、“GPS原理及应用”课程开设的现状与问题(一)开设的现状GIS专业是一门较新的学科,而且发展速度极快,但由于受到师资、设备等因素的影响,各校在课程设置上存在着显著的差异。测绘类专业发展起来的GIS专业,其课程的设置多以测绘课程为主；而地理类专业发展起来的GIS专业,其课程的设置多以地理课程为主。另外在开设课程的内容上也存在着较大的差异,尤其是在“GPS原理及应用”课程的开设与教学内容问题上,存在着极大的差异。针对GIS专业在开设“GPS原理及应用”课程上的差异问题,我们对国内88所有GIS专业的学校通过学术交流会和通讯来往等进行了调查,其调查结果统计如表1。表1“GPS原理及应用”课程开设情况统计表开设情况已经开设由于缺乏设备没有开设由于缺乏教材没有开设由于缺乏师资没有开设不准备开设GIS专业数461216104所占百分比52%14%18%11%5%从表中可见,在GIS专业中已开设“GPS原理及应用”课程学校占调查总数的52%,没有开设“GPS原理及应用”课程学校占调查总数的48%。其中认为应该开设而没有开设的学校占调查总数的43%,不准备开设的学校仅占调查总数的5%。从国外部分学校的GIS专业开设课程情况调查统计结果来看,在GIS专业开设GPS原理及应用课程的占90%,其余部分则是由于种种原因而没有开设,但它们都在积极准备开设。(二)教材问题由于GIS专业是在测绘、地理、工程测量学科基础上发展起来的新专业,不同类型的院校,在GIS专业课程设置上形成了自己的特点。因此,应根据不同类型院校的特点合理地安排“GPS原理及应用”课程的内容,对于理学GIS专业的学生来说,所学测量知识较少,如果仍然按给测绘专业的学生那样讲授GPS测量课程,不但不能使学生掌握GPS测量定位的基本原理,也无法应用这门技术来采集空间数据,更不能将GPS与GIS很好的结合起来而服务于相关领域。为此我们对测绘专业、理科GIS专业、工科GIS专业在讲授GPS课程的内容上进行了调查,其结果如表2。表2不同类型GIS专业开设“GPS原理及应用”课程内容调查表专业名称基本理论部分外业实施和内业数据处理部分GPS技术应用部分实习测绘专业(%)5624911理科GIS专业(%)19212634工科GIS专业(%)21242332根据以上调查结果,并针对GIS专业的特点,对GIS专业的GPS测量课程内容进行调整。从最基本的测量原理讲起,加强实践教学内容,进而将其应用于不同的领域。这样不但可以使学生在有限的学时内真正掌握这门课程的基本理论,而且掌握GPS接收机的使用和外业数据的采集,进而将其灵活应用于不同领域。从这一点来讲,对“GPS原理及应用”课程教材编写应有所侧重。为此,我们编写了一本适合GIS专业的“GPS原理及应用”教材。(下转第83页)27高等理科教育2005年第4期(总第62期)科学课程中应注重经典导读类课程的开设,文化经典是人类几千年文明的智慧结晶。一个生活在现代、接受过现代教育的人,如果不读上一些这样的经典,就不可能真正在精神上成人,就不能达到一定的境界,也不能称为是有文化的人。所以,应该大力倡导并切实落实经典导读。第二,全方位开设选修课。素质教育把全面育人作为自己的根本,体现了教育价值的终极关怀。因此,在课程设置中应充分满足学生广泛的兴趣与要求,重视个性差异,因材施教。一条切实可行的措施就是增加选修课,使必修课与选修课的数量保持一定的合理比例,给学生较为充分的自由度,使他们根据自己的实际情况来选择课程。选修课要注重开设学科前沿、研究热点、发展趋势、技能强化、提高品位、开拓思维等方面的课程,文理科渗透,打破专业壁垒,使学生能够根据自己的兴趣和职业志愿从中进行选择。8当然,选修课的开设也并非多多益善,学校要对学生选课的范围和门数作一定的限制。如清华大学开设的必修课与选修课的比例为73,目前这个比例基本上已得到认可。第三,完善实践教学体系。实践教学体系是为了培养学生的实践能力而系统设计的各种实践环节,包括实验、实习、课程设计、社会实践和毕业设计等。各专业应根据实际需要让学生广泛参加社会实践活动,以促进学生知识应用能力和动手能力的培养。参考文献:1钟启泉1现代课程论M1上海:上海教育出版社,19891第156页12黄济1教育哲学通论M1太原:山西教育出版社,19981第214页13潘懋元1新编高等教育学M1北京:北京师范大学出版社,19961第352页14http:/www1lib1hstc1edu1cn/jyggzt/four/zjtg/21sj1htm156http:/www1ewe1com1cn/special/ouredu/391htm17唐国庆,米仁顺1关于构建素质教育课程体系的思考J1江西教育科研,1998(1):19-2118http:/20211211151143:81/document/2001-8/gj0108121htm1(上接第72页)(三)师资问题由于GPS测量定位技术的迅速发展,使得这一技术的应用领域不断拓宽,各行业对其人才的需求也不断增加,而GPS测量定位技术的专业人才相对短缺。再加之毕业的GPS专业人才在其它行业高薪诱导下,愿意到高校从事教育事业的人才越来越少,使得从事GPS测量定位技术的教育人才十分短缺。另外,目前高校从事GPS测量定位技术的教育人才大都是测绘专业出身,对GIS专业中GPS课程应讲授哪些内容搞不清楚,不愿意从事GIS专业的GPS课程教学工作,这也是造成GIS专业中GPS课程教师短缺的重要原因。针对这一问题,在该专业中可以开设GPS课程教师培训班,建立GIS专业中的“GPS原理及应用”课程的教学基地,进行网络教学,从而达到设备、资源共享,以解决目前教师短缺,设备不足等问题。(四)理论教学与实践结合问题针对GIS专业的特点,并考虑该专业学生的具体情况,应加强外业操作训练部分的内容,详细介绍GPS测量的技术设计书及技术总结的编写及其内容,在讲述GPS外业观测步骤及具体操作的基础上,重点介绍了新型GPS接收机的工作原理及部件的功能,GPS接收机的检验内容与检验方法,同时可使GIS专业学生掌握GPS在相关领域中的应用,将GPS与GIS空间分析软件有效地结合起来,这样不但充分发挥了GPS测量定位技术的作用,而且也为3S技术的有效结合奠定了基础。38高等理科教育以素质教育为指导思想,转变高校课程设置观念