提升電子工程類專業(yè)課教學(xué)效果的探索及實踐

單濤 馮遠 郇浩

摘要：為培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實的創(chuàng)新人才，提升電子信息類本科生專業(yè)課的教學(xué)效果，本文介紹了專業(yè)課程《無線電定位系統(tǒng)與技術(shù)》教學(xué)改革的探索，及在培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)高度思考問題，提高其對專業(yè)基礎(chǔ)課的掌握程度方面取得的成效。

關(guān)鍵詞：無線電定位系統(tǒng)與技術(shù)；教學(xué)改革；教學(xué)效果

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）05-0109-02

近年來信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略需要高校培養(yǎng)大批專業(yè)面寬、基礎(chǔ)扎實、視野開闊、系統(tǒng)性思維能力強的學(xué)生，使其走上工作崗位后具有可持續(xù)發(fā)展能力和創(chuàng)新能力。但與信息技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展相比，目前信息類專業(yè)教學(xué)還存在以下有待改進的方面：（1）講解具體技術(shù)的內(nèi)容較多，但涉及系統(tǒng)概念的較少，學(xué)生系統(tǒng)概念不夠清晰，缺乏從系統(tǒng)高度分析問題、解決問題的能力；（2）理論聯(lián)系實際能力不夠強，很多學(xué)生對所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程掌握不夠扎實，沒有實際的物理概念，遇到實際問題不能用所學(xué)知識進行分析和處理。

以上問題會影響到學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展能力和創(chuàng)新能力，應(yīng)該引起我們的重視。在北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院教改項目支持下，課程組對專業(yè)課《無線電定位系統(tǒng)與技術(shù)》進行教學(xué)改革，目的：一是幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)其從系統(tǒng)高度分析問題、解決問題的能力；二是建立本課程與信號課群、電磁場與微波課群、電路課群等專業(yè)基礎(chǔ)課的聯(lián)系，鞏固其專業(yè)基礎(chǔ)知識，起到相互促進的作用。下面簡介在以上兩個方面的探索。

一、幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，養(yǎng)成從系統(tǒng)高度思考和解決問題的思維方式

在本科生的培養(yǎng)體系中，應(yīng)幫助學(xué)生建立清晰的系統(tǒng)概念，培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)高度思考問題的能力，在將來的實際工作中可以對具體的信息系統(tǒng)（如通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)）有整體的認識，有利于高效完成工作以及從系統(tǒng)的高度進行創(chuàng)新。但是，目前專業(yè)教學(xué)在這方面做得還遠遠不夠。

電子信息類本科專業(yè)課《無線電定位系統(tǒng)與技術(shù)》是一門與系統(tǒng)和信號處理緊密結(jié)合的課程，其中《無線電定位系統(tǒng)與技術(shù)》主要講述雷達系統(tǒng)工作原理。通過學(xué)習(xí)雷達原理，可以幫助學(xué)生建立具體信息系統(tǒng)的概念，了解系統(tǒng)工作原理和有序工作的條件，有利于提升其系統(tǒng)思維能力。如果在這門課程的教學(xué)中僅介紹雷達系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和工作原理，不從規(guī)律上揭示系統(tǒng)有序工作的條件和系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，則不利于提升學(xué)生的系統(tǒng)思維能力。

通過介紹組成雷達系統(tǒng)（如圖1所示）的頻率綜合器、發(fā)射機、天線、接收機、信號處理機、終端等分機以及它們之間的關(guān)系讓學(xué)生理解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系?！敖Y(jié)構(gòu)”按層次組成劃分為分系統(tǒng)、子系統(tǒng)等，它們相互間的關(guān)系形成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的動態(tài)存在，同時也形成了系統(tǒng)層次的“功能”。在雷達系統(tǒng)中發(fā)射機、接收機與信號處理機等不同的分系統(tǒng)通過信息的傳遞形成聯(lián)系，進而實現(xiàn)雷達系統(tǒng)檢測目標的功能。

通過介紹雷達系統(tǒng)體積、功耗與低截獲性能、機動性能的矛盾，距離分辨率與虛警率的矛盾，體制先進性與成本的矛盾，以及對系統(tǒng)電磁兼容性、可靠性、可維修性的要求，讓學(xué)生理解系統(tǒng)的各種約束條件。另外雷達系統(tǒng)工作時處于各種復(fù)雜電磁干擾環(huán)境中，會受到各種壓制干擾和欺騙式干擾，要求系統(tǒng)必須具有良好的抗干擾能力。通過以上內(nèi)容說明雷達系統(tǒng)工作在強約束、強對抗環(huán)境下，應(yīng)從系統(tǒng)高度思考，從性能維、成本維等多維度進行分析、綜合。

二、通過課程教學(xué)和實驗設(shè)計，加強學(xué)生運用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識分析和解決問題的能力

為了搭建知識、能力、素質(zhì)三位一體的本科人才培養(yǎng)體系，需要學(xué)生對所學(xué)知識有較深入的理解，并且具有靈活運用所學(xué)知識解決問題的能力。然而在目前專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)中，對于理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)還不夠深入，很多學(xué)生對所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程掌握不夠扎實，沒有實際的物理概念，遇到實際問題難以用所學(xué)專業(yè)知識進行分析與處理，這會影響其可持續(xù)發(fā)展能力和創(chuàng)新能力。

為了培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力，需要在打牢基礎(chǔ)后，提升學(xué)生的專業(yè)能力，特別是思維能力，將所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程與實際信息系統(tǒng)建立聯(lián)系。通過建立《無線電定位系統(tǒng)與技術(shù)》這門專業(yè)課與信號課群、電磁場與微波課群、電路課群等專業(yè)基礎(chǔ)課的聯(lián)系（以雷達為例，如圖2所示），可以鞏固學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識，提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力和綜合思維能力。

對雷達系統(tǒng)進行整體設(shè)計時，需要根據(jù)用戶需求以及約束條件將雷達系統(tǒng)分解為多個分系統(tǒng)，并確定每個分系統(tǒng)執(zhí)行的功能以及性能指標，通過講述設(shè)計過程和雷達系統(tǒng)有序工作的過程，可以加深學(xué)生對于系統(tǒng)理論和控制理論課程的理解。

雷達通過發(fā)送與接收電磁波實現(xiàn)探測功能，電磁波在空間傳播的過程會受到傳播介質(zhì)的影響，反射時由目標的反射特性決定，通過講解這個過程，可以幫助學(xué)生加深對電磁場與微波課群的理解。

雷達系統(tǒng)將接收到的射頻信號轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)字信號并處理是在接收機和數(shù)字信號處理機中完成的，理解這個過程需要模擬電路、數(shù)字電路的知識，所以雷達系統(tǒng)與電路課群有著密切的聯(lián)系，通過講述雷達系統(tǒng)中電路的作用可以加深同學(xué)們對電路課群中所學(xué)知識的理解。

雷達系統(tǒng)為檢測微弱的目標回波信號，需要采用匹配接收、脈沖壓縮、多普勒濾波等信號處理方法提高目標回波信號的信噪比，這個過程需要用到信號類課程中講述的卷積、數(shù)字濾波、傅里葉變換、FFT（快速傅里葉變換）等概念，建立這種聯(lián)系的過程可以幫助學(xué)生增加感性認識，加深對這些概念的理解。

在信號處理算法設(shè)計完成后，需要將算法的流程編寫成可執(zhí)行的程序，這個過程中需要對所使用的編程語言（如C語言、匯編語言等）的語法以及編寫技巧有一定的理解，這些內(nèi)容在計算機語言類課群中講述過，通過本課程可以加深同學(xué)們對這些知識的理解。

三、結(jié)束語

通過對現(xiàn)有的課堂教學(xué)和實驗環(huán)節(jié)進行改革和實踐，在以下兩個方面取得了成效：（1）通過培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維能力，使學(xué)生能用所學(xué)信息系統(tǒng)理論中的基本概念來理解雷達系統(tǒng)，對信息系統(tǒng)設(shè)計的約束條件和基本方法的掌握有了比較大的提升。（2）學(xué)生對雷達系統(tǒng)與專業(yè)基礎(chǔ)課之間的關(guān)系有了較深的理解，可以應(yīng)用電磁場中的極化、頻率和信號課中的數(shù)字濾波器、FFT等知識分析和理解雷達系統(tǒng)涉及的相關(guān)問題，如：在強雜波背景下如何檢測運動目標回波，如何通過測量目標回波的多普勒頻率得到目標的徑向速度，在較低的信噪比下如何通過相參積累檢測微弱運動目標回波，用雷達探測飛機時應(yīng)采用什么極化方式等。以上兩個方面取得的進展提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，有利于其可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]李義豐，褚御芝，朱曉梅，等.電子信息工程專業(yè)課程設(shè)計環(huán)節(jié)的設(shè)置與實踐[J].教育教學(xué)論壇，2017，（21）：110-111.

[2]曲強，楊永輝，遲濤.基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的電子信息工程專業(yè)實踐教學(xué)體系研究[J].教育教學(xué)論壇，2017，（02）：137-138.

[3]趙文華.高等教育系統(tǒng)論[M].桂林：廣西師范大學(xué)出版社，2001.

[4]李志仁.我國應(yīng)建立高等教育質(zhì)量保障體系[J].高教探索，2001，（02）：2-4.