關(guān)于“雷達原理”課程理論教學(xué)的探索

汪玲 毛新華

【摘要】 雷達原理課程是電子工程專業(yè)的代表性課程，綜合性強，工程性強，涉及知識面廣，如何把握好該課程的授課效果一直是探討熱點?，F(xiàn)有研究重點著眼于加重工程實踐比例，通過實驗教學(xué)來彌補理論教學(xué)的不足，但是這樣會縮減理論教學(xué)課時數(shù)，而且雷達實驗教學(xué)的開展依賴于較高的硬件資源配置。本文立足于本科生"雷達原理"課程教學(xué)重在鞏固學(xué)生已有專業(yè)知識，加強專業(yè)知識應(yīng)用層面理解，著重探討如何從理論教學(xué)本身來改善教學(xué)效果，這樣在不開設(shè)實驗課程情況下也可力爭獲得較好的教學(xué)效果，達到普通高校對雷達原理課程的教學(xué)要求，降低授課效果對硬件資源的依賴。

【關(guān)鍵詞】雷達原理教學(xué)理論教學(xué)教材教學(xué)方法

【中圖分類號】G42 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）3-0018-03

一、 引言

雷達原理課程涉及信號與系統(tǒng)、電子線路、電磁場理論、電路、微波與天線等專業(yè)知識，是許多高等院校電子、信息、通信相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課程之一。在具有雷達特色學(xué)科的高校中，雷達原理更是重要的專業(yè)必修課之一。由于涉及不同方面的專業(yè)基礎(chǔ)知識，雷達原理課程綜合性強，通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可對前期學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識進行較好地鞏固，同時加強所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力，達到提高專業(yè)素養(yǎng)的目的。但是另一方面，綜合性強使得該課程的授課難度較大。不同于專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識面較為集中，雷達原理課程知識面廣度大，這對授課教師不僅在學(xué)術(shù)水平，還是在教學(xué)業(yè)務(wù)能力上都提出了更高要求。

雷達原理課程的教學(xué)研究一直是雷達相關(guān)學(xué)科教師的探討熱點[1-6]，目前大家普遍認識到該課程綜合性和系統(tǒng)性強，理論抽象，并且認為要加強實踐或?qū)嶒灜h(huán)節(jié)，以期通過直接動手操作讓學(xué)生切實掌握理論知識。但是，雷達原理授課內(nèi)容較多，一般包括雷達各個分機的工作原理及組成、雷達檢測方法和性能分析、測距、測角方法和動目標(biāo)顯示和檢測原理等，學(xué)時數(shù)通常為40-50學(xué)時，依據(jù)筆者近十年的教學(xué)經(jīng)驗，該學(xué)時數(shù)是保證教學(xué)效果和教學(xué)內(nèi)容完整性必須的授課時間，在其中添加實驗課時，勢必會減少理論教學(xué)時間，最終影響教學(xué)質(zhì)量，或教學(xué)內(nèi)容的減少。若單純增加該課程總學(xué)時數(shù)，會牽涉到整體專業(yè)課程安排，也不符合當(dāng)前倡導(dǎo)的教學(xué)模式，即專業(yè)課程學(xué)時過多不代表學(xué)生會學(xué)到更多，適當(dāng)留給學(xué)生以后自我發(fā)揮的空間，關(guān)鍵在于扎實掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識。從大多數(shù)普通高等院校的本科生培養(yǎng)目標(biāo)來看，雷達原理課程的學(xué)習(xí)并不要求學(xué)生學(xué)習(xí)完畢具備雷達專業(yè)技術(shù)水平，而是加強專業(yè)基礎(chǔ)知識在應(yīng)用層面的學(xué)習(xí)。另外，雷達實驗教學(xué)對硬件有較高要求，單純的軟件級仿真本質(zhì)仍然是信號處理的仿真，設(shè)計不停留于軟件級仿真的硬件實驗在硬件資源配備上成本較高?；谏鲜隹紤]，本文立足于本科雷達原理課程重在教授雷達工作原理，而非雷達系統(tǒng)的實現(xiàn)，利用當(dāng)前豐富的教學(xué)資源，合理設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，探索有效的服務(wù)于理論教學(xué)的模式，在不開設(shè)實驗教學(xué)的條件下，仍可讓學(xué)生較好地掌握雷達原理基礎(chǔ)知識。

首先探討教材的選擇，這是理論教學(xué)必須重視的環(huán)節(jié)。然后思索教學(xué)方法，在傳統(tǒng)教學(xué)方法之外，采用可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的教學(xué)手段，給出具體實例。最后是結(jié)論。

二、教材的選擇

教材中最重要的是課本，它是學(xué)生上課和課后復(fù)習(xí)最主要的參考資料。筆者教授的雷達原理課程一直選用由丁鷺飛等編著的《雷達原理》作為教材。《雷達原理》是國家級重點教材，被多所高等院校選為授課教材，該書涵蓋知識較全面，包括雷達系統(tǒng)主要分機、目標(biāo)坐標(biāo)測量和跟蹤方法、天線波束和掃描方式、雷達檢測方法等。目前《雷達原理》已有第四版更新，相比第一版逐漸增加了數(shù)字化接收機、相控陣雷達，高分辨雷達等新內(nèi)容，能夠基本跟蹤雷達技術(shù)現(xiàn)狀。

《雷達原理》注重介紹雷達基礎(chǔ)知識，不會涉及過多關(guān)于雷達系統(tǒng)，尤其是新型雷達的介紹，因此可以選擇其它資料作為輔助教材。比如筆者長期訂閱《雷達與探測技術(shù)動態(tài)》雜志，該雜志能及時跟蹤雷達動態(tài)，報道前沿的雷達理論和先進的雷達技術(shù)，以及介紹最新的雷達裝備。在適當(dāng)時候，不定期地為學(xué)生介紹一種最新雷達技術(shù)，或簡要介紹一種新發(fā)布的雷達系統(tǒng)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生的知識面，同時也不會使單純按教材進行的教學(xué)顯得枯燥。

現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)資源日益豐富，含有巨大信息量，而且獲取方式快速，便捷，內(nèi)容也多樣化，必須注意到學(xué)生十分喜歡網(wǎng)絡(luò)這種信息獲取方式，因此通過適當(dāng)篩選，也可把網(wǎng)絡(luò)中與雷達相關(guān)的各種資料、圖片作為一種輔助教材，進行有效利用，這樣一方面可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，另一方面也可以充分利用大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)資源"圖文并茂"、通俗易懂的特點加強教學(xué)效果。為了保證一定的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量，可以給學(xué)生提供質(zhì)量較高的網(wǎng)絡(luò)資源鏈接。

另外，開放課程資料無論對于授課教師還是聽課學(xué)生都是一種寶貴資源，通常都是多年教學(xué)經(jīng)驗的結(jié)晶，通過借鑒和學(xué)習(xí)，可以促進授課教師自身進步，以及學(xué)生對知識點的理解，彌補單一教學(xué)資源的不足。

可以預(yù)測到，學(xué)生畢業(yè)若從事雷達相關(guān)技術(shù)工作，接觸到實際裝備后，會發(fā)現(xiàn)許多東西并未在雷達原理課程中學(xué)到，或課本上并未涉及，感覺到技術(shù)上的跳躍性，但是雷達原理課程學(xué)習(xí)重在教授學(xué)生基本原理，只要讓學(xué)生切實掌握這些基礎(chǔ)知識，并經(jīng)老師培養(yǎng)具備自學(xué)能力，就可以在此基礎(chǔ)之上根據(jù)自己所需進行擴展。但是，在授課過程中應(yīng)注意擴大學(xué)生知識面，這些可通過引入其它教材進行知識擴充，這樣學(xué)生在今后的自主學(xué)習(xí)中也可以知道如何獲取相關(guān)資源。

三、教學(xué)方法的選擇

(一) 明確與前期所學(xué)課程的聯(lián)系

雷達原理課程涉及多個專業(yè)課程知識，如電子線路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等，這正是該課程綜合性強的體現(xiàn)。雖然綜合性強增加了授課難度，對授課教師提出更高要求，但是通過該課程的學(xué)習(xí)，可以將學(xué)生前期所學(xué)課程知識融合貫通，進行鞏固的同時加深學(xué)生對專業(yè)知識應(yīng)用層面的學(xué)習(xí)，這也正式該課程重要性的體現(xiàn)。授課教師在該課程上的教學(xué)方法上也會與一般專業(yè)基礎(chǔ)課程有所不同。

一般專業(yè)基礎(chǔ)課程重在介紹定義或定理、各種變換和公式推導(dǎo)，同時伴隨有較大量的習(xí)題來鞏固這些基礎(chǔ)知識，而雷達原理課程更像是科學(xué)普及類課程，授課內(nèi)容基本上是已學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識的應(yīng)用，無論是平時習(xí)題還是最終考核，主要都是文字記憶類的題目，如發(fā)射機、接收機的功能是什么，如何實現(xiàn)目標(biāo)的自動距離跟蹤，等等，這其中涉及的調(diào)制、解調(diào)，以及閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理等相關(guān)知識，學(xué)生均已在電子線路、通信原理、自動控制原理等課程中學(xué)習(xí)。因此從筆者近十年的教學(xué)經(jīng)歷看，在雷達原理課程的教學(xué)過程中，最重要的就是要明確建立起該課程與以往課程的聯(lián)系，注意調(diào)動學(xué)生已有知識來分析雷達工作原理，這樣可以獲得更好地教學(xué)效果。

比如在講調(diào)頻連續(xù)波雷達可以提供附加的收發(fā)隔離這部分內(nèi)容時，可讓學(xué)生分析調(diào)頻連續(xù)波雷達混頻后信號的頻譜(實際為抑制載頻的雙邊帶調(diào)制，這在通信原理中學(xué)習(xí)過)；講解運動目標(biāo)指示雷達中的雜波對消技術(shù)，一階遞歸和非遞歸型、二階遞歸和非遞歸型的特點時，可以和數(shù)字信號處理中的有限長沖激響應(yīng)/無限長沖激響應(yīng)(FIR/IRR)濾波器內(nèi)容很好地結(jié)合起來；以及等間距等幅饋電的相位掃描天線為何副瓣比較高，以及柵瓣問題，都可以用離散等幅序列的數(shù)字傅里葉變換來進行等效分析。這僅是個別舉例，正如前述，雷達原理課程本身實際就是多方面知識的應(yīng)用綜合，只要授課教師設(shè)計好教學(xué)內(nèi)容，就可以達到該課程的授課目的，學(xué)生會對已學(xué)知識有更明確的認識，專業(yè)素質(zhì)也可獲得提升，而這點并不是單純硬件實驗可以達到的。

目前本科生教育面臨的常見問題之一是經(jīng)過大學(xué)四年的專業(yè)課學(xué)習(xí)，學(xué)生會對自己能干什么，究竟課堂上學(xué)的理論知識能干什么比較迷惑。因此在雷達原理的教學(xué)中，只要注意采用合適的教學(xué)方法，積極調(diào)動學(xué)生已有的知識庫，可以幫助消除學(xué)生的疑惑，并可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

(二) 重視演示性教學(xué)的作用和創(chuàng)新

演示教學(xué)是一種直觀性非常強的教學(xué)手段。在理論教學(xué)中，因地制宜地使用演示教學(xué)可以增強抽象教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)效果。雷達原理課程涉及工作原理的內(nèi)容基本上都比較抽象，有較大的應(yīng)用演示教學(xué)方法的空間。目前在雷達原理課程中，演示教學(xué)主要用于雷達發(fā)展歷史，雷達工作物理基礎(chǔ)(發(fā)射電磁波、目標(biāo)反射、雷達接收)等較易展示的部分。筆者通過在國外高等院校進修的經(jīng)歷，以及學(xué)習(xí)國外知名高校開放課程的課程資料發(fā)現(xiàn)，即使是非常抽象的知識點，只要找到合適的展示方式都可以增強直觀性，使該知識點易于理解。比如在講解距離分辨率和角度分辨率時，都可以通過演示的方式說明當(dāng)目標(biāo)處于同一距離或角度分辨單元時，回波信號不可分，從而無法區(qū)分距離和角度，再如講解動目標(biāo)指示雷達中的盲速現(xiàn)象時，也可以通過演示當(dāng)目標(biāo)處于盲速時，動目標(biāo)顯示濾波器輸出為零，與固定目標(biāo)相同，來體現(xiàn)盲速的含義，同時也可以對動目標(biāo)顯示濾波器的組成和功能(包含雜波對消和匹配濾波)進行進一步鞏固。綜上所述，演示教學(xué)的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在使展示度不強的抽象教學(xué)內(nèi)容具有演示度，使理論教學(xué)顯得"有聲有色"，這需要授課教師能夠提煉出知識點的本質(zhì)和關(guān)鍵所在，因此對授課教師自身的業(yè)務(wù)水平提出了較高要求。

另一方面，雖然基于硬件的雷達實驗，尤其是涉及系統(tǒng)搭建的實驗開設(shè)難度較大，但可以將課題組一些小型雷達研制過程，或雷達系統(tǒng)外場調(diào)試實驗過程拍攝下來，制作成幻燈片形式或短片播放，這也可以起到很好的效果。

(三) 積極使用研究性教學(xué)方法

通常的教學(xué)模式是授課教師幾乎占去所有的課堂時間，屬于"灌輸式"教學(xué)，較難檢測出學(xué)生的聽課效果。對于雷達原理課程，教學(xué)內(nèi)容具有很強的介紹性，其特點是已有專業(yè)知識的綜合應(yīng)用，學(xué)生已基本具備涉及的基礎(chǔ)知識，從筆者的經(jīng)驗看，更有必要在教學(xué)中積極嘗試研究性教學(xué)方法，增強教學(xué)過程中學(xué)生的主動性，加大學(xué)生在教學(xué)活動中的參與性。例如，筆者在講解多波束形成技術(shù)時，采用小組學(xué)習(xí)、討論、展示的方式，讓學(xué)生以3-4人小組為單位自學(xué)數(shù)字波束形成技術(shù)，并尋找該技術(shù)的應(yīng)用實例，以及相關(guān)雷達型號具體舉例，最后以小組形式口頭展示。在開展過程中，學(xué)生相關(guān)雷達知識積累有限，授課教師要注意適當(dāng)引導(dǎo)，提供相關(guān)資源，在展示時，要注意糾正學(xué)生的錯誤認識。再如在講解針對不同雷達系統(tǒng)的雷達方程時，可以拋出問題，讓學(xué)生自己寫出雷達方程，如二次雷達方程的講解，在解釋完二次雷達的工作原理后，讓學(xué)生寫出發(fā)射詢問信號一方雷達的方程，以及應(yīng)答器應(yīng)遵循的雷達方程，這些都可以鞏固學(xué)生對雷達方程這一重要基本概念的理解，并做到會應(yīng)用。從該教學(xué)方法的使用效果看，學(xué)生的積極性有所提高，而且授課教師可以更清楚了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，進行必要的教學(xué)內(nèi)容調(diào)整。

四、結(jié)論

本文對大學(xué)本科階段的雷達原理課程教學(xué)進行了探討，以普通高等院校電子相關(guān)專業(yè)對該課程的教學(xué)要求和教學(xué)目的為指導(dǎo)，著重探討如何改進理論教學(xué)方法，獲得較好地理論教學(xué)效果，更好體現(xiàn)該課程與其它相關(guān)課程的聯(lián)系，有效鞏固學(xué)生的專業(yè)知識。文中探討了如何結(jié)合目前資源緯度和廣度增加，合理選擇除課本外的輔助教材資料，又針對教學(xué)方法的選取，提出了若干措施，這些均已經(jīng)過筆者檢驗，可以提高雷達原理課程的教學(xué)效果。總之，好的教學(xué)效果最終可歸結(jié)為教師的教學(xué)能力和專業(yè)水平，只要授課教師不斷注意在這兩方面提升自身，就可以上出精彩的課程。

參考文獻：

[1]馮圓,龔曉燕,張賢至等.氣象雷達專業(yè)士官學(xué)員教學(xué)改革的探索[J].空軍雷達學(xué)院學(xué)報,2010,8.

[2]趙學(xué)軍.雷達與ARPA培訓(xùn)的教學(xué)改革[J].航海教育研究,2006,2.

[3]黃傳波.《雷達原理》課程教學(xué)改革與探索[J].時代教育,2012,12.

[4]王偉,徐振海,傅其祥等."雷達原理與系統(tǒng)"課程教學(xué)實驗平臺建設(shè)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2010,10.

[5]張仲華,張鵬,汪巍.雷達組合式教學(xué)平臺的研究與開發(fā)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2013,3.

[6]呂波,張宏偉,梁四洋等.信息化條件下"雷達原理與系統(tǒng)"課程教學(xué)模式創(chuàng)新研究[J].課程教學(xué)改革,2013.