三課時(shí)制“雷達(dá)成像”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

金光虎， 余安喜， 何 峰， 孫造宇

(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

三課時(shí)制“雷達(dá)成像”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

金光虎， 余安喜， 何 峰， 孫造宇

(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

本文圍繞“雷達(dá)成像”課程教學(xué)，研究三課時(shí)制下的課程教學(xué)改革與實(shí)踐：采用三課時(shí)講授一個(gè)完整的知識(shí)點(diǎn)的方式對(duì)課程進(jìn)行安排，提出采用“2+1”模式，即將前兩課時(shí)用于理論學(xué)習(xí)，第三課時(shí)用于實(shí)踐學(xué)習(xí)。結(jié)合“逆合成孔徑成像”課程，我們給出了一個(gè)實(shí)際教學(xué)案例。教學(xué)實(shí)踐表明，該方式可以較好地幫助學(xué)生掌握課程的知識(shí)，并有助于提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

三學(xué)時(shí)；理論學(xué)習(xí)；實(shí)踐學(xué)習(xí)

0 引言

“雷達(dá)成像”是我校為電子信息、電子科學(xué)與工程等工科專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)課程[1,2]，它是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，也是專業(yè)課中難教、難學(xué)的課程。其原因包括兩個(gè)方面，一是該課程要求對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行數(shù)學(xué)建模及物理描述，其定義繁雜，概念抽象，數(shù)學(xué)公式多，邏輯性強(qiáng)。二是該課程需要理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)工程實(shí)踐來(lái)更加清楚地掌握成像原理及處理過(guò)程。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們認(rèn)為“雷達(dá)成像”課程教學(xué)改革的主要思路應(yīng)集中在教學(xué)方法與教學(xué)手段的改進(jìn)上[3,4]?？紤]到“雷達(dá)成像”是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)踐環(huán)節(jié)的難度較大，我們采用一種三課時(shí)模式，即將兩個(gè)課時(shí)用于理論學(xué)習(xí),一個(gè)課時(shí)安排實(shí)踐學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在掌握理論的同時(shí)，學(xué)會(huì)動(dòng)手實(shí)踐。相比于傳統(tǒng)的僅有理論的學(xué)習(xí)，我們的實(shí)踐課能夠使學(xué)生以更加形象的方式理解課程內(nèi)容。相比于安排學(xué)生課下實(shí)踐或另外統(tǒng)一安排課時(shí)進(jìn)行實(shí)踐的方式，這種模式避免了理論授課的內(nèi)容經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間容易遺忘、實(shí)踐難度較大，學(xué)生難以獨(dú)立完成等問(wèn)題，使得學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握更加牢固。

1 教學(xué)方法與教學(xué)手段的改進(jìn)

目前大學(xué)基礎(chǔ)課程的授課普遍采用的是兩課時(shí)制，兩課時(shí)制是綜合考慮的大學(xué)生的接受能力、集中注意力等因素采用的一種課時(shí)安排方式。而我們采用的這種新的三課時(shí)制和兩課時(shí)制全堂講授模式是不同的。這是主要針對(duì)理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的專業(yè)課設(shè)計(jì)的一種新課程模式，課程內(nèi)容安排規(guī)劃是授課效果好壞的關(guān)鍵。從安排方式上來(lái)看，可以用來(lái)進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，也可以用于研討，方式較多。三課時(shí)制安排需要考慮以下幾個(gè)方面：

(1)學(xué)生接受能力有限，理論講授內(nèi)容不宜安排太滿。三課時(shí)的時(shí)間較以往兩課時(shí)提高了一半，如果還是按照兩課時(shí)的課程進(jìn)度，則課程內(nèi)容勢(shì)必也要提高一半。對(duì)學(xué)生而言，在有限的時(shí)間內(nèi)要掌握大量的信息，從記憶及理解能力上來(lái)說(shuō)，大部分是難以完成的。因此，課程內(nèi)容的安排上需要適當(dāng)調(diào)整。

(2)三課時(shí)內(nèi)容需要轉(zhuǎn)換，防止長(zhǎng)時(shí)間疲勞。已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)表明，長(zhǎng)時(shí)間關(guān)注同一內(nèi)容，后期的注意力將明顯下降，接受課程能力勢(shì)必降低。針對(duì)我們?nèi)n時(shí)的授課方式，三課時(shí)的后半段不能繼續(xù)前面的內(nèi)容而需要轉(zhuǎn)換課程的熱點(diǎn)，課程前后從內(nèi)容、形式上有所區(qū)分，從而防止學(xué)生注意力下降、學(xué)習(xí)效率降低的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)。以距離多普勒成像算法為例，如果我們把內(nèi)容安排成三個(gè)課時(shí)，包括距離多普勒模型、距離徙動(dòng)校正、距離多普勒全流程處理等，也許可以講得細(xì)致清楚，但是，實(shí)際上學(xué)生難以長(zhǎng)時(shí)間集中注意力，學(xué)習(xí)效果隨著時(shí)間的推移而下降，對(duì)于最后的全流程處理影響將大幅降低。

(3)課程安排需要結(jié)合“雷達(dá)成像”課程的特點(diǎn)。這門課程相比于一般的課程有一個(gè)很明顯的特點(diǎn)，即它是一門理論性很強(qiáng)的課程，涉及大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，需要學(xué)生具備較好的數(shù)學(xué)功底，同時(shí)，它是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，如果沒(méi)有實(shí)踐，學(xué)生們的理解將僅限于艱澀難懂的概念之上，很難以有形象的記憶。

綜合以上三點(diǎn)，我們對(duì)課程內(nèi)容及時(shí)間安排進(jìn)行重新設(shè)置，課程內(nèi)容將以“講座+實(shí)踐”的形式進(jìn)行展開(kāi)。首先我們?cè)O(shè)置一個(gè)兩課時(shí)的講座，講述一個(gè)完整的主題。這一主題講完后便進(jìn)行一個(gè)課時(shí)的實(shí)踐課，主要以仿真分析、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果討論為主。實(shí)際上，每個(gè)講座內(nèi)容的設(shè)置有兩種方案，一是將原有內(nèi)容進(jìn)行拓展，將其拆分為多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，二是將原有內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)精簡(jiǎn)，對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)講述，一些特別難、又需要花費(fèi)大量時(shí)間講解且不是特別重要的內(nèi)容，可以簡(jiǎn)單帶過(guò)，留給有興趣的學(xué)生課后進(jìn)行鉆研。我們要把握根本的、基礎(chǔ)的東西，讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)盡量吸收和消化，并且能夠系統(tǒng)地掌握相關(guān)理論知識(shí)。我們把“雷達(dá)成像”課程的理論講座作表1所示的安排：

表1 “雷達(dá)成像”課程講座安排

2 教學(xué)案例

我們以“雷達(dá)成像”課程中第十一講“ISAR成像基本原理”作為實(shí)際案例，介紹全新的“2+1”教學(xué)模式。ISAR成像本身內(nèi)容較多，首先我們對(duì)ISAR課程內(nèi)容進(jìn)行分析，這門課涉及了基礎(chǔ)理論、線性調(diào)頻信號(hào)的dechirp處理、一維距離像、空間譜支撐區(qū)、二維ISAR像等知識(shí)。如果全部進(jìn)行精講，需要三課時(shí)甚至更長(zhǎng)，我們將理論講解內(nèi)容精簡(jiǎn)到兩課時(shí)，對(duì)雷達(dá)回波模型、空間譜支撐區(qū)、一維距離像、二維ISAR像等進(jìn)行重點(diǎn)講解，緊接著開(kāi)展一個(gè)課時(shí)的實(shí)踐課。

前兩課時(shí)的講座主要是理論講解，其中涉及了幾個(gè)重要的概念：

(1)一維距離像：

(1)

(2)ISAR像：

(2)

(3)塊形支撐區(qū)模型：

(3)

(4)梯形支撐區(qū)模型：

(4)

(5)矩形支撐區(qū)模型：

(5)

上述幾個(gè)概念很抽象，從理論上講學(xué)生雖可以基本接受，但由于沒(méi)有直觀的印象，學(xué)生難以理解得深刻。在第三課時(shí)的實(shí)踐課，我們安排了回波仿真及成像處理實(shí)踐，我們從理論推導(dǎo)出發(fā)，首先采用Matlab編程仿真雷達(dá)回波，然后進(jìn)行一維距離像成像、ISAR像成像，通過(guò)這樣的實(shí)踐操作，讓學(xué)生充分掌握成像的來(lái)龍去脈，在仿真中我們可以看到距離像和ISAR像分別如圖1所示：

(a) 距離像 (b) ISAR像圖1 雷達(dá)圖像示意圖

采用塊形、梯形、矩形支撐區(qū)近似的二維頻譜結(jié)構(gòu)如圖2所示。

有了上面的仿真及處理結(jié)果，前兩個(gè)課時(shí)的理論概念不再是抽象的，學(xué)生們對(duì)ISAR成像有了更深入的理解。學(xué)習(xí)這門課程的很多碩士研究生反映，該“2+1”模式教學(xué)使得他們可以很快開(kāi)展相關(guān)的課題研究，對(duì)于課題研究和學(xué)位論文撰寫都起到了非常積極的作用。

(a) 塊形 (b) 梯形

(c) 矩形圖2 雷達(dá)成像支撐區(qū)示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文開(kāi)展了專業(yè)課程“雷達(dá)成像”三課時(shí)制教學(xué)的實(shí)踐探索，讓學(xué)生在理論課上對(duì)一個(gè)完整的知識(shí)點(diǎn)能夠深入掌握，借助實(shí)踐課為學(xué)生提供了一個(gè)形象認(rèn)識(shí)，避免了單純的理論教學(xué)帶來(lái)的抽象、枯燥等問(wèn)題。實(shí)踐表明，該課程的三課時(shí)教學(xué)，使得學(xué)生不僅掌握了扎實(shí)的成像處理理論，還具備了一定的動(dòng)手實(shí)踐能力，達(dá)到了預(yù)期的效果。

[1] 保錚. 雷達(dá)成像技術(shù)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社，2005.

[2] 黃培康. 雷達(dá)目標(biāo)特性[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2008.

[3] 孫宗禹. 素質(zhì)教育與大學(xué)教學(xué)改革[J],北京，中國(guó)大學(xué)教育，2002.9.

[4] 盧翠珍. 面向21世紀(jì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求-加強(qiáng)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J]，北京：中國(guó)現(xiàn)代化教育裝備，2010，11.

TeachingReformandPracticeforRadarImagingCoursesinThree-Hours

JINGuang-hu,YUAn-xi,HEFeng,SUNZao-yu

(SchoolofElectronicScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073，China)

Based on Radar Imaging course, teaching reform and practice for courses with three class hours are analyzed. For class contents, we suggest that one integrate subject should be finished in three class hours. We propose that the class should be arranged with theoretical learning in two class hours and practical learning in one class hour which is called “2+1” pattern. We present a practical case on the ISAR imaging teaching. The result shows that our pattern can not only help to learn the course contents very well, but also help to improve the practical ability.

three class hours; theoretical learning; practical learning

2017-02-16;

2017-06-07

金光虎(1980-)，男，博士，講師，主要從事雷達(dá)信號(hào)處理的教學(xué)與科研工作，E-mail：kingnudt@163.com

A

1008-0686(2017)05-0030-03