“雷達原理”課程教學(xué)方法探索

馬聰慧 肖龍龍 潘顯俊

[摘 要] 雷達是現(xiàn)代情報偵察監(jiān)視的重要手段之一，是國防軍事和國民經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺的力量。“雷達原理”是電子信息類專業(yè)的代表性課程，如何提升該課程的授課效果一直是教學(xué)中值得探討的熱點。在分析當前本科生“雷達原理”課程教學(xué)特點的基礎(chǔ)上，從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力出發(fā)，結(jié)合對一線教學(xué)實際的思考，從三個方面提出可行的教學(xué)建議，顯著改善了“雷達原理”課程的教學(xué)成效，也為“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的以學(xué)生為中心的教學(xué)模式改革提供了有益的啟示。

[關(guān)鍵詞] 雷達原理;課程教學(xué);教學(xué)方法

[基金項目] 2020年度全軍重點院校建設(shè)精品課程建設(shè)工程“情報獲取技術(shù)基礎(chǔ)”（4142ZK314）

[作者簡介] 馬聰慧（1987—），女，湖北襄陽人，博士，航天工程大學(xué)航天指揮學(xué)院講師，主要從事雷達原理、遙感信息獲取、合成孔徑雷達自動目標識別研究;肖龍龍（1984—），男，湖南邵陽人，博士，航天工程大學(xué)航天指揮學(xué)院副教授，主要從事遙感信息獲取、信息支援研究;潘顯俊（1980—），男，安徽六安人，博士，航天工程大學(xué)航天指揮學(xué)院副教授，主要從事雷達信號處理、電子對抗研究。

[中圖分類號] G642.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）03-0129-04 [收稿日期] 2021-09-17

“雷達原理”是電子信息工程雷達專業(yè)的基礎(chǔ)課程，著眼于培養(yǎng)學(xué)生扎實的雷達理論功底和創(chuàng)新實踐能力，通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解雷達的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用，掌握雷達的基本概念與組成、雷達工作的基本原理、雷達的距離向高分辨與方位向高分辨、合成孔徑雷達基本原理等內(nèi)容[1，2]，使學(xué)生具備運用雷達相關(guān)原理分析解決實際問題的專業(yè)技能和專業(yè)素養(yǎng)。該課程具有理論性深、系統(tǒng)性強、知識面廣等特點。

傳統(tǒng)“以教師為主”的課堂講解教學(xué)模式強調(diào)學(xué)生對知識點的掌握，學(xué)生多處于被動接受狀態(tài)，學(xué)習(xí)興趣不高，不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對上述特點，本文以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為出發(fā)點，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容實際，探討了如何提升課程的授課效果。

一、現(xiàn)有課程教學(xué)特點

（一）以教師講授為主，學(xué)生被動接受

“雷達原理”傳統(tǒng)的課程教學(xué)，通常以教師講授知識點為主，學(xué)生記筆記被動接受。教師作為學(xué)生單一來源的教育資源的提供者，通常按照“基本概念+理論公式推導(dǎo)”的形式展開，該教學(xué)模式的優(yōu)點是信息量大、效率高，但對學(xué)生來說，需記憶的內(nèi)容較多，且學(xué)習(xí)過程中多處于被動接受的狀態(tài)。

（二）課程理論性強，抽象思維復(fù)雜

“雷達原理”課程中涉及較多的雷達基本概念與術(shù)語，理論知識點多，抽象性思維多。對于同學(xué)們來說，雷達在日常生活中并不常見，初次接觸時對其概念的理解存在一定難度。由于該課程的系統(tǒng)性強，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中一旦對某些知識理解不透，后續(xù)課程可能跟不上，久而久之，學(xué)習(xí)熱情和效率可能大大降低。

（三）注重學(xué)生對知識點的掌握，對知識運用能力的培養(yǎng)有待提高

“雷達原理”課程的綜合性強，內(nèi)容多，且由于課時時長的限制，為保證教學(xué)效果和教學(xué)內(nèi)容的完整性，課堂上一般更注重學(xué)生對知識點的掌握，較少發(fā)散展開。學(xué)生對自己所學(xué)理論知識能干什么、該如何運用存在疑惑，不利于對知識的主動探索及運用能力的培養(yǎng)。

針對以上特點，教學(xué)中需切實以學(xué)生為本，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)其分析和解決問題的能力，從多方面引導(dǎo)、引領(lǐng)和影響學(xué)生，從而達到改善“雷達原理”課程教學(xué)效果的目標。

二、提高“雷達原理”授課成效的方法

（一）堅持立德樹人，注重課程思政

國無德不興，人無德不立[3]。在“雷達原理”專業(yè)課程的授課中，需全面落實立德樹人的根本任務(wù)，堅持做好課堂思政，強化課堂育人效果，培養(yǎng)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當?shù)母咚刭|(zhì)雷達領(lǐng)域的專門人才。做好課程思政教育，就是要把做人做事的基本道理、社會主義核心價值觀要求和實現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任，有機融入專業(yè)課程教學(xué)中，激勵學(xué)生愛國、勵志、求真、力行，增強學(xué)生的社會責(zé)任感。

例如，在合成孔徑雷達部分關(guān)于雷達方位向高分辨的講解中，由于單個天線方位分辨率有限，若采用大尺寸天線，會受到真實物理尺寸的限制，實際天線不可能做成無限大。該問題的具體解決方法可以將小天線排成很長的線性陣列，即一維線性陣列，以此提高雷達的分辨率，即依靠多個天線的團隊協(xié)作來實現(xiàn)（圖1）。通俗來講，這就是“獨木不成林，一花難成春”的基本道理，科研和做事是這樣，實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興的中國夢同樣也離不開“團隊合作”，需要通過每位同學(xué)的努力而凝聚強大力量。如此，可以通過課堂思政潛移默化地跟同學(xué)們強調(diào)團隊協(xié)作的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷和社會責(zé)任感。

（二）堅持以學(xué)生為中心，廣泛聯(lián)系

針對課程中特定概念的理解較為抽象的特點，在授課過程中可廣泛聯(lián)系其他常見或易于理解的事物，通過類比或者對比的方式加深學(xué)生的認識，激發(fā)學(xué)生的興趣和潛能，提升授課效率。

1.雷達工作的基本原理。對雷達工作基本原理的介紹，可通過蝙蝠黑夜中捕食的過程類比引入，見圖2。蝙蝠為什么能在黑暗中飛行和捕食卻不會撞墻？蝙蝠其實并沒有特別的夜間視覺，它是通過嘴和耳朵配合起來探路的，嘴巴發(fā)出人耳無法感知的高頻聲波，超聲波向周圍傳播，遇到障礙物就反射回來，蝙蝠耳朵接收返回的回聲，然后快速分析周圍環(huán)境，判斷障礙物的方向，進而規(guī)劃飛行路線。這其實是“回聲定位”的古老原理。雷達探測目標的原理與蝙蝠用超聲波探路的原理類似。雷達通過天線發(fā)射電磁波，無線電波遇到障礙物反射回來被雷達天線接收。通過分析回波返回的方向的延遲時間，可實現(xiàn)利用無線電對目標的探測和測距。這樣生動形象地讓學(xué)生理解了雷達工作的基本原理。

2.合成孔徑的基本原理。在合成孔徑雷達基本原理的教學(xué)中，關(guān)于合成孔徑的概念，單從文字和原理來理解比較困難。合成孔徑，通俗來講其實質(zhì)是“以時間換空間”，也即單個小天線通過運動等效為一個物理上的大孔徑陣列天線。在合成陣列情況下是用一個陣元（輻射單元）在各個位置發(fā)射和接收信號，這里的“陣元”在實際中就是一天線孔徑較小的一般相干雷達[2]。天線沿一直線依次在若干個位置平移，且在每個位置上發(fā)射一次信號，接收相應(yīng)發(fā)射位置的雷達回波信號并儲存起來。當天線移動一段距離后，儲存的信號和實際線性陣列天線的每一個單元所接收的信號非常相似，因此，若對儲存的信號進行與實際線性陣列天線相同的處理，就可獲得長天線孔徑的效果。這就是合成孔徑的含義。

對該問題的講解可以聯(lián)系天文觀測中的事件視界望遠鏡的原理進行類比對照，見圖3。2019年4月，人類歷史上首張黑洞照片面世，引起了廣泛的關(guān)注。首張黑洞照片是通過事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope， EHT）拍攝的，事件視界望遠鏡是由許多無線電觀測臺或射電望遠鏡設(shè)施組成的，這些設(shè)施橫跨地球直徑分布在世界各地。拍攝時，協(xié)同使用這些分布在包括西班牙、美國和南極等多地的8個獨立射電望遠鏡聯(lián)合觀測同一目標源并記錄下數(shù)據(jù)，通過強強聯(lián)手形成口徑等效于地球有效直徑大小的虛擬望遠鏡。這里合成孔徑的概念與虛擬望遠鏡的孔徑進行對照，既加深了同學(xué)們對合成孔徑雷達的理解，又加深了學(xué)生對探索浩瀚宇宙的興趣和對航天事業(yè)的熱愛。

類似這種廣泛聯(lián)系的方式，既將抽象的專業(yè)知識生動形象地展示出來，又擴展了同學(xué)們的視野，激發(fā)了同學(xué)們的興趣。課程中其他內(nèi)容的教學(xué)中，也可采用廣泛聯(lián)系的方式。

（三）注重學(xué)生對知識運用能力的培養(yǎng)

知識很重要，但僅僅擁有知識是不夠的。在當前移動互聯(lián)網(wǎng)便利的條件下，借助網(wǎng)絡(luò)，任何人隨時都能夠找到需要的知識和內(nèi)容，但如何運用所掌握的知識解決實際問題，是需要掌握的技能。古希臘先哲蘇格拉底認為：老師教的不是學(xué)科，而是學(xué)習(xí)方法，學(xué)生從而學(xué)到學(xué)科的知識。“學(xué)”是有成果的，“教”則是虛假的。教學(xué)最后的產(chǎn)物，不是看老師教了什么，而是學(xué)生到底學(xué)到了什么。從這個意義上來講，教學(xué)的成果應(yīng)以學(xué)生的收獲來衡量，學(xué)習(xí)必須要學(xué)以致用。

“雷達原理”課程的授課過程，除了具體知識點的介紹，更重要的是對學(xué)生分析解決問題能力及對知識運用能力的培養(yǎng)。在授課中，需注重培養(yǎng)學(xué)生如何厘清問題，如何分析問題，進而解決復(fù)雜問題的能力[4]。只有厘清問題，弄清楚需要解決什么問題，才能以新的方式提出并回答復(fù)雜問題，運用新的思維方式來創(chuàng)造性地解決問題。譬如，通過課程實驗或?qū)嵺`環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己動手，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，切實加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解，強化對所學(xué)知識的主動探尋。以此有效避免學(xué)生課上死記硬背掌握了一些知識點，而課程結(jié)束后所學(xué)知識所剩無幾的現(xiàn)象。

（四）積極探索教學(xué)模式改革

以互聯(lián)網(wǎng)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展進步給教育帶來了強烈沖擊，促使傳統(tǒng)教育向信息化和現(xiàn)代化變革，并逐步邁向智能化[5]。尤其2020年上半年新冠肺炎疫情的爆發(fā)，加快推進了信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合[6]。利用新技術(shù)手段和方法改造教學(xué)，是實現(xiàn)以學(xué)生為中心教育的必然要求，也是對高校和每位教師的重大考驗與挑戰(zhàn)。當前亟待認清教學(xué)形勢與任務(wù)，積極推進在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的以學(xué)生為中心的教學(xué)模式改革。

在當今移動互聯(lián)網(wǎng)時代，世界頂尖大學(xué)和教育機構(gòu)紛紛建立形式多樣的網(wǎng)上教學(xué)平臺，譬如慕課、微課、精品開放課等。這種情形下，優(yōu)質(zhì)教育資源不再稀缺，學(xué)生主動獲取知識的能力和意愿顯著增強，只要有互聯(lián)網(wǎng)，在世界的各個角落都能夠及時便捷地獲取優(yōu)質(zhì)教育。

針對這一特點，可以結(jié)合學(xué)生需求，推進線上+線下混合式的教學(xué)模式，教師身份由教育資源提供者向?qū)W生高效高質(zhì)量學(xué)習(xí)的促進者開始轉(zhuǎn)變。具體可充分利用網(wǎng)絡(luò)上的優(yōu)質(zhì)教育資源，使課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相互支撐，靈活采用“云課堂”“雨課堂”等多樣化的小班教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂理念，為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)形式，強化泛在學(xué)習(xí)，最大限度地釋放教與學(xué)的能量，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣與自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生時時處處能學(xué)，形成性評價，多通道互動，實現(xiàn)科學(xué)教學(xué)，線上與線下教育的相得益彰，切實提高“雷達原理”課程的教學(xué)效果。

在當今“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的以學(xué)生為中心的教學(xué)背景條件下，如何高效地開展“雷達原理”課程的教學(xué)工作，對于培養(yǎng)學(xué)生的雷達專業(yè)技能和專業(yè)素養(yǎng)具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文以此為出發(fā)點，對“雷達原理”課程的授課特點和學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀進行了簡單分析，重點針對如何立德樹人、如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、如何形象化教學(xué)、如何提升學(xué)生動手創(chuàng)新能力等，進行深入思考并提出了相應(yīng)的可行性建議。全文所述僅為作者一己之見，難免有失偏頗，權(quán)當拋磚引玉，期冀在教學(xué)實踐中不斷探索新的更好的教學(xué)方法，更好地提升“雷達原理”課程的教學(xué)成效。

參考文獻

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[2]保錚，邢孟道，王彤.雷達成像技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：1-135.

[3]中共中央宣傳部.平語近人——習(xí)近平總書記用典[M].北京：人民出版社，2019：49.

[4]中華人民共和國教育部.關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見：教高〔2018〕2號[A/OL].（2018-10-08）[2021-06-20]http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201810/t20181017_351887.html.

[5]趙洪利.在線教育理論與實踐[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2018：1.

[6]于歆杰.初談在線學(xué)習(xí)的實質(zhì)等效[J].北京：中國大學(xué)教學(xué)，2020（4）：36-38.

Exploration on the Teaching Methods of Radar Principle Course

MA Cong-hui， XIAO Long-long， PAN Xian-jun

（College of Aerospace Command， Space Engineering University， Beijing 101416， China）

Abstract： Radar is one of the important means for modern intelligence reconnaissance and surveillance. It’s an indispensable force in the development of national defense and national economy. Radar Principle is a representative course of the electronic information majors. How to improve the teaching effect of the course has always been a hot issue in teaching. This paper analyzes the characteristics of the Radar Principle course. In order to stimulate students’ interest in learning and cultivate their ability to analyze and solve problems， and combined with the consideration of the front-line teaching practice， we put forward feasible teaching suggestions from three aspects. These methods have significantly improved the teaching effect of this course， which provides useful enlightenment for the student-centered teaching model reform under the background of “Internet+”.

Key words： Radar Principle; teaching reform; teaching method