鲁教版必修二单元活动 全球定位系统与交通运输教学设计

单元活动　 全球定位系统与交通运输

(一)预习检查、总结疑惑

检查了学生的预习学案，明确了学生对于全球定位系统的工作原理、全球定位系统的维护、数据注入等疑惑的问题。

（二）情景导入、展示目标。

今天我们来了解全球定位系统（GPS）与交通运输的关系。1957年10月，世界上第一颗人造地球卫星的发射成功，标志着空间科技的发展跨入了一个崭新的时代，随着人造地球卫星的不断发射，利用卫星定位测量已成为现实。

定位技术的发展经历了卫星定位技术，卫星多普勒测量到现在的全球定位系统（GPS）全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

在美国,GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月,航天飞机升空,共同给列为20世纪“三大航天工程”。

介绍完GPS的由来及时向学生展示教学目标。

（三）合作探究、精讲点拨。

［探究活动1］将课本上GPS系统的组成转换成纲要形式。

教师讲解：GPS的全称是“授时与测距导航系统－全球定位系统”（navigation system timing and ranging-global positioning system）。

它主要由三大子系统构成：空间卫星系统、地面监控系统、用户设备系统。

（1）我们来逐一介绍：空间卫星系统作为空间部分，由均匀分布在6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55º，轨道平面间距60º。在每一轨道平面内，各卫星升交角距差90º，任一轨道上的卫星比西边相邻轨道上的相应卫星超前30º。事实上，空间卫星系统的卫星数量要超过24颗，以便及时更换老化或损坏的卫星，保障系统正常工作。该卫星系统能够保证在地球的任一地点向使用者提供4颗以上可视卫星。GPS工作卫星组网保障全球任一时刻、任一地点都可对4颗以上的卫星进行观测（最多可达11颗），实现连续、实时地导航和定位。

看GPS卫星图4-4-2，它的两侧有两块双叶太阳能板，能自动双向定位，以保证卫星正常工作用电。

完成探究学案空间卫星系统部分

观察下图并讨论，教师提问，让学生说出地面监控系统，教师补充。

（2）地面监控部分，由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的一个主控站、五个监测站和三个信息注入站构成。

主控站位于美国科罗拉多的斯平士（Colorado Springs）的联合空间执行中心（CSOC），三个注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上，即大西洋的阿松森（Ascension）岛、印度洋的狄哥•伽西亚(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。zxxk]

①主控站是根据各监控站提供的GPS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数据。根据这些数据，完成各项工作：如及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站；控制和协调监测站间、注入站间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了GPS用户系统；诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置及姿态，调整备用卫星取代失效卫星。

   ②监测站是用GPS接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点，5个监控站均为无人守值的数据采集中心。

   ③信息注入站 接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星。

完成探究学案地面监控系统部分

关于用户设备系统的学习，学生独立完成相应的探究学案。[来源:zxxkK]

［探究活动2］学习本课“GPS的应用领域”，完成下列纲要，并思考为何携带GPS手持机的人员遇险时能得到及时救援。

教师介绍：GPS现在主要是用来定位、导航和测量。

在军事上GPS的应用：军事是GPS技术最早的应用领域,主要是为各种军事活动提供定位导航.在现代战争中，不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹药等，也都开始采用GPS技术进行定位导航.

   还扩展到成为目前精确制导武器复合制导的一种重要技术手段.例如：未配置GPS制导系统之前,美军的BGM-109C“战斧”巡航导弹的圆概论误差约为9米；在其“惯性＋地形匹配”制导系统中加入GPS后，其误差降至3米，制导精度大大提高。

后来，GPS又开始发展到民用上。民用的GPS主要用于交通车辆导航管理、航空器的定位以及导航，以及大地测量、野外勘测、紧急求援、旅游探险、农业监控、生态研究等方面。

下面同学们完成探究学案的第二部分。（教师当堂检查完成情况）

承转：大家完成的学案情况较好，下面我们来共同学习知识窗的内容。看一看GPS在公共交通上的应用。它具体的例证了以上几个功能，如GPS系统的智能调度功能，使装有GPS的出租车配备合理，能最大程度的满足乘客的要求，从而减少了空载率，降低能源消耗，节省运行成本，并使行车、乘车安全系数大大提高等功能。

   GPS在旅游探险中的应用，GPS接收机是旅游、探险者的好帮手。利用GPS，旅游者可以在陌生的城市里迅速找到自己所在的位置，确定的前往目的地的最优行进方式和路线。野外探险者则可以快捷的找到合适的道路和宿营地点，并在出现险情时迅速定位、报警，求得快捷的救援行动。[来源:学科网ZXXK]

思考：为何携带GPS手持机的人员遇险时能得到及时救援。

讲述实例引起学生思考：余纯顺在罗布泊探险遇难时离最近的补给站仅几百米。风沙淹埋了前人走过的足迹。在茫茫荒漠中又渴又饿的他终于倒下了。如果当时他有一台中文显示GPS接收机，这种惨剧又何以发生？。在地广人稀没有任何参照物可用以辨别方向的情况下，危险无时无刻不存在,手持GPS接收机沿着机中记录的安全轨迹小心行进，从而可以安全返航。目前，许多休闲俱乐部围绕GPS功能相继推出"穿越"、"寻宝"、"野外拓展"等都市游戏，丰富了人们的周末生活，提高了人们的生活品位，深得户外运动爱好者的欢迎。

从我国著名科学家余纯顺在罗布泊探险遇难个事件可见GPS的重要用途。

转承：GPS将成为时尚的高科技产品，并不断地改变人们的生活方式。下面我们来了解了一下GPS手持机，了解GPS手持机的使用，即如何利用GPS手持机来定位和导航。

［探究活动3］学习用GPS手持机定位和导航

总体介绍: GPS接收机是用于接受GPS卫星定位信息的用户设备，其有两大主要用途：定位和导航。GPS12是美国GARMIN公司于1998年推出的全中文接收机，是目前国内市场上的一款主流机型。如预习学案图1所示，它的功能键：最上的是内置天线，左边从上到下有导航键、开机键和退出键；右边则是翻页键、定位键和输入键；中间是光标键；下面则是显示屏。GPS的主要用途是定位和导航。(学生同时复习预习学案最后的填图部分)

首先我们来学习如何用GPS来定位：地球上的任何一个地点，都有特定的经度、纬度和高度。用GPS接收机定位，详细步骤如下：

1、开机接收卫星信号，显示〈收星画面〉如探究学案图1所示

收星画面是开机后的第一个画面，表示卫星的分布与接收状态。接收到的卫星不能低于3颗，要选屋外无障碍物的地区接收。

卫星方位：上北下南，左西右东

卫星仰角： 中心相当于所处位置正上方，大圆代表地平线，中间圆为45度仰角

卫星编号：图中数字表示地平线上方的卫星，数字反白表示卫星未收到

黑框条图：表示接收到的卫星信号的强弱，黑条越高，代表信号越强；如果是白框条，表示该颗卫星正处于跟踪状态；如果黑条和白框条都没有，表示还未收到卫星信号。一般来说，圆圈中卫星越靠近中心，则表示接收到的卫星信号越强。如图1-2中接收到10颗卫星，而且信号比较强。

下面完成图1的填图任务

2、连续按[翻页]键或[退出]键,切换至<数据查询画面>,如图1示，其上表示了接收点的信息，有：

     航向：运动时的方向，它的角度是以正北为0°，顺时针逐渐增加，正东为90°，正西为270°，因此运动时可以据此来判断北的方向。

    航速：为固定显示数据不能更改，当接收卫星后卫星会自动根据你的运动情况测定该值。

     航程：相当于里程表，记录航行过的实际路程。

高度：显示你所处点的海拔高度。图2中高度是17m

坐标：接收点的经纬度。图2中坐标是N32°36′53.9″E120°54′19.2″。

时间：采用卫星钟授时。

   这就是定位，它不仅可以为你定位，而且可以为你导航，这样不管你是身处浩瀚的沙漠之中，还是在波浪滔天的大海上，都不会为迷失方向而发愁。

下面完成图2的填图任务

通过完成探究学案然保护区户外探险的探究活动并观察电脑展示的GPS手持接收机的画面，学生叙述利用GPS导航的两种方法（视课堂实际情况教师补充学生的叙述将此方法补充完整）。

导航方法是：

使用GPS接收机导航，首先要建立航路点，然后才能进行导航。

     建立航路点

     第一种方法：按[定位]键记录各个位置,建立航路点。

     第二种方法：直接输入经纬度建立航路点

    A、开机接收卫星信号，显示〈收星画面〉如图1示

    B、连续按[翻页]键或[退出]键，直到显示〈功能设定画面〉

    C、移动 [光标]键选中[航点],按[输入]键确定，显示〈航点画面〉

    D、移动[光标]键选中航点编号，按[输入]键确定，用[光标]键选择所要的航点编号，按[输入]键确定。

E、移动[光标]键选中经纬度，进行经纬度编辑，输入航路点的经纬度，方法同上，按[输入]键确定

F、最后移动[光标]键选中画面下部的[完成]，按[输入]键确定，录入完成，回到〈功能设定画面〉

    通过一系列的过程，进行导航。

（四）反思总结，当堂检测。

由于条件所限，学校没有GPS手持机和其他相关设备，只有通过在微机上的演示和老师介绍，学生才能学习此方面的知识，所以在本节课的课堂上组织学生反思总结是非常必要的。

（五）发导学案、布置预习。

随着本节课的结束，我们的关于必修二的课程也随之结束了，下一节课我们将进入课程的复习，希望大家认真做一做今天下发的总复习的预习学案。

板书设计

GPS与交通运输的关系

一、全球定位系统的构成

GPS的组成：空间卫星系统，地面监控系统，用户设备系统。

GPS的优点。

二、GPS的应用领域

GPS在军事上的应用。

GPS在交通中的应用（车辆管理，空中导航）。

GPS在旅游探险中的应用。

三、学用GPS手持机定位

教学反思

本节主要介绍了GPS的原理和组成系统，同时也了解了GPS的应用，最主要的就是了解GPS手持机的使用，在没有手持GPS接收机的情况下，借助了计算机系统的帮助。

学习本节课之前，学生已经完成了课前预习学案，对全球定位系统的构成、应用、GPS手持接收机的功能面板都有了一个大概的了解。在课堂上的主要任务是检查学生的基本知识的掌握情况，并使学生初步会使用GPS手持接收机。在学习怎样使用GPS手持接收机时，除了计算机系统的帮助之外，运用形象的语言讲解也是非常重要。若使用模型，让学生在模型上，用铅笔写一写、画一画各种界面，可提高学生的学习效率。

由于水平所限，本节课会有许多不足之处，希望大家提出宝贵意见，以便今后更好的提高自己。