關于“雷達原理”課程理論教學的探索

汪玲 毛新華

【摘要】 雷達原理課程是電子工程專業的代表性課程，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。現有研究重點著眼于加重工程實踐比例，通過實驗教學來彌補理論教學的不足，但是這樣會縮減理論教學課時數，而且雷達實驗教學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"課程教學重在鞏固學生已有專業知識，加強專業知識應用層面理解，著重探討如何從理論教學本身來改善教學效果，這樣在不開設實驗課程情況下也可力爭獲得較好的教學效果，達到普通高校對雷達原理課程的教學要求，降低授課效果對硬件資源的依賴。

【關鍵詞】雷達原理教學理論教學教材教學方法

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】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、電子線路、電磁場理論、電路、微波與天線等專業知識，是許多高等院校電子、信息、通信相關專業的專業課程之一。在具有雷達特色學科的高校中，雷達原理更是重要的專業必修課之一。由于涉及不同方面的專業基礎知識，雷達原理課程綜合性強，通過該課程的學習，學生可對前期學習的專業基礎知識進行較好地鞏固，同時加強所學知識的綜合應用能力，達到提高專業素養的目的。但是另一方面，綜合性強使得該課程的授課難度較大。不同于專業基礎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術水平，還是在教學業務能力上都提出了更高要求。

雷達原理課程的教學研究一直是雷達相關學科教師的探討熱點[1-6]，目前大家普遍認識到該課程綜合性和系統性強，理論抽象，并且認為要加強實踐或實驗環節，以期通過直接動手操作讓學生切實掌握理論知識。但是，雷達原理授課內容較多，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、測角方法和動目標顯示和檢測原理等，學時數通常為40-50學時，依據筆者近十年的教學經驗，該學時數是保證教學效果和教學內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時間，最終影響教學質量，或教學內容的減少。若單純增加該課程總學時數，會牽涉到整體專業課程安排，也不符合當前倡導的教學模式，即專業課程學時過多不代表學生會學到更多，適當留給學生以后自我發揮的空間，關鍵在于扎實掌握專業基礎知識。從大多數普通高等院校的本科生培養目標來看，雷達原理課程的學習并不要求學生學習完畢具備雷達專業技術水平，而是加強專業基礎知識在應用層面的學習。另外，雷達實驗教學對硬件有較高要求，單純的軟件級仿真本質仍然是信號處理的仿真，設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。基于上述考慮，本文立足于本科雷達原理課程重在教授雷達工作原理，而非雷達系統的實現，利用當前豐富的教學資源，合理設計教學內容，探索有效的服務于理論教學的模式，在不開設實驗教學的條件下，仍可讓學生較好地掌握雷達原理基礎知識。

首先探討教材的選擇，這是理論教學必須重視的環節。然后思索教學方法，在傳統教學方法之外，采用可激發學生學習積極性的教學手段，給出具體實例。最后是結論。

二、教材的選擇

教材中最重要的是課本，它是學生上課和課后復習最主要的參考資料。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，包括雷達系統主要分機、目標坐標測量和跟蹤方法、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字化接收機、相控陣雷達，高分辨雷達等新內容，能夠基本跟蹤雷達技術現狀。

《雷達原理》注重介紹雷達基礎知識，不會涉及過多關于雷達系統，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《雷達與探測技術動態》雜志，該雜志能及時跟蹤雷達動態，報道前沿的雷達理論和先進的雷達技術，以及介紹最新的雷達裝備。在適當時候，不定期地為學生介紹一種最新雷達技術，或簡要介紹一種新發布的雷達系統，可以激發學生的學習興趣，增加學生的知識面，同時也不會使單純按教材進行的教學顯得枯燥。

現在網絡資源日益豐富，含有巨大信息量，而且獲取方式快速，便捷，內容也多樣化，必須注意到學生十分喜歡網絡這種信息獲取方式，因此通過適當篩選，也可把網絡中與雷達相關的各種資料、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學生自主學習的能力，另一方面也可以充分利用大多數網絡資源"圖文并茂"、通俗易懂的特點加強教學效果。為了保證一定的學習效率和學習質量，可以給學生提供質量較高的網絡資源鏈接。

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

可以預測到，學生畢業若從事雷達相關技術工作，接觸到實際裝備后，會發現許多東西并未在雷達原理課程中學到，或課本上并未涉及，感覺到技術上的跳躍性，但是雷達原理課程學習重在教授學生基本原理，只要讓學生切實掌握這些基礎知識，并經老師培養具備自學能力，就可以在此基礎之上根據自己所需進行擴展。但是，在授課過程中應注意擴大學生知識面，這些可通過引入其它教材進行知識擴充，這樣學生在今后的自主學習中也可以知道如何獲取相關資源。

三、教學方法的選擇

(一) 明確與前期所學課程的聯系

雷達原理課程涉及多個專業課程知識，如電子線路、信號與系統、數字信號處理等，這正是該課程綜合性強的體現。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習，可以將學生前期所學課程知識融合貫通，進行鞏固的同時加深學生對專業知識應用層面的學習，這也正式該課程重要性的體現。授課教師在該課程上的教學方法上也會與一般專業基礎課程有所不同。

一般專業基礎課程重在介紹定義或定理、各種變換和公式推導，同時伴隨有較大量的習題來鞏固這些基礎知識，而雷達原理課程更像是科學普及類課程，授課內容基本上是已學專業基礎知識的應用，無論是平時習題還是最終考核，主要都是文字記憶類的題目，如發射機、接收機的功能是什么，如何實現目標的自動距離跟蹤，等等，這其中涉及的調制、解調，以及閉環控制系統的工作原理等相關知識，學生均已在電子線路、通信原理、自動控制原理等課程中學習。因此從筆者近十年的教學經歷看，在雷達原理課程的教學過程中，最重要的就是要明確建立起該課程與以往課程的聯系，注意調動學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效果。

比如在講調頻連續波雷達可以提供附加的收發隔離這部分內容時，可讓學生分析調頻連續波雷達混頻后信號的頻譜(實際為抑制載頻的雙邊帶調制，這在通信原理中學習過)；講解運動目標指示雷達中的雜波對消技術，一階遞歸和非遞歸型、二階遞歸和非遞歸型的特點時，可以和數字信號處理中的有限長沖激響應/無限長沖激響應(FIR/IRR)濾波器內容很好地結合起來；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用綜合，只要授課教師設計好教學內容，就可以達到該課程的授課目的，學生會對已學知識有更明確的認識，專業素質也可獲得提升，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過大學四年的專業課學習，學生會對自己能干什么，究竟課堂上學的理論知識能干什么比較迷惑。因此在雷達原理的教學中，只要注意采用合適的教學方法，積極調動學生已有的知識庫，可以幫助消除學生的疑惑，并可以激發學生的學習熱情。

(二) 重視演示性教學的作用和創新

演示教學是一種直觀性非常強的教學手段。在理論教學中，因地制宜地使用演示教學可以增強抽象教學內容的教學效果。雷達原理課程涉及工作原理的內容基本上都比較抽象，有較大的應用演示教學方法的空間。目前在雷達原理課程中，演示教學主要用于雷達發展歷史，雷達工作物理基礎(發射電磁波、目標反射、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歷，以及學習國外知名高校開放課程的課程資料發現，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目標處于同一距離或角度分辨單元時，回波信號不可分，從而無法區分距離和角度，再如講解動目標指示雷達中的盲速現象時，也可以通過演示當目標處于盲速時，動目標顯示濾波器輸出為零，與固定目標相同，來體現盲速的含義，同時也可以對動目標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，演示教學的創新主要體現在使展示度不強的抽象教學內容具有演示度，使理論教學顯得"有聲有色"，這需要授課教師能夠提煉出知識點的本質和關鍵所在，因此對授課教師自身的業務水平提出了較高要求。

另一方面，雖然基于硬件的雷達實驗，尤其是涉及系統搭建的實驗開設難度較大，但可以將課題組一些小型雷達研制過程，或雷達系統外場調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方法

通常的教學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，較難檢測出學生的聽課效果。對于雷達原理課程，教學內容具有很強的介紹性，其特點是已有專業知識的綜合應用，學生已基本具備涉及的基礎知識，從筆者的經驗看，更有必要在教學中積極嘗試研究性教學方法，增強教學過程中學生的主動性，加大學生在教學活動中的參與性。例如，筆者在講解多波束形成技術時，采用小組學習、討論、展示的方式，讓學生以3-4人小組為單位自學數字波束形成技術，并尋找該技術的應用實例，以及相關雷達型號具體舉例，最后以小組形式口頭展示。在開展過程中，學生相關雷達知識積累有限，授課教師要注意適當引導，提供相關資源，在展示時，要注意糾正學生的錯誤認識。再如在講解針對不同雷達系統的雷達方程時，可以拋出問題，讓學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，讓學生寫出發射詢問信號一方雷達的方程，以及應答器應遵循的雷達方程，這些都可以鞏固學生對雷達方程這一重要基本概念的理解，并做到會應用。從該教學方法的使用效果看，學生的積極性有所提高，而且授課教師可以更清楚了解學生的學習狀況，進行必要的教學內容調整。

四、結論

本文對大學本科階段的雷達原理課程教學進行了探討，以普通高等院校電子相關專業對該課程的教學要求和教學目的為指導，著重探討如何改進理論教學方法，獲得較好地理論教學效果，更好體現該課程與其它相關課程的聯系，有效鞏固學生的專業知識。文中探討了如何結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，又針對教學方法的選取，提出了若干措施，這些均已經過筆者檢驗，可以提高雷達原理課程的教學效果。總之，好的教學效果最終可歸結為教師的教學能力和專業水平，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。

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