提升電子工程類專業課教學效果的探索及實踐

單濤 馮遠 郇浩

摘要：為培養基礎扎實的創新人才，提升電子信息類本科生專業課的教學效果，本文介紹了專業課程《無線電定位系統與技術》教學改革的探索，及在培養學生從系統高度思考問題，提高其對專業基礎課的掌握程度方面取得的成效。

關鍵詞：無線電定位系統與技術；教學改革；教學效果

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

近年來信息技術領域的發展日新月異，國家創新驅動發展戰略需要高校培養大批專業面寬、基礎扎實、視野開闊、系統性思維能力強的學生，使其走上工作崗位后具有可持續發展能力和創新能力。但與信息技術領域的快速發展相比，目前信息類專業教學還存在以下有待改進的方面：（1）講解具體技術的內容較多，但涉及系統概念的較少，學生系統概念不夠清晰，缺乏從系統高度分析問題、解決問題的能力；（2）理論聯系實際能力不夠強，很多學生對所學專業基礎課程掌握不夠扎實，沒有實際的物理概念，遇到實際問題不能用所學知識進行分析和處理。

以上問題會影響到學生的可持續發展能力和創新能力，應該引起我們的重視。在北京理工大學信息與電子學院教改項目支持下，課程組對專業課《無線電定位系統與技術》進行教學改革，目的：一是幫助學生建立系統的概念，培養其從系統高度分析問題、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、電路課群等專業基礎課的聯系，鞏固其專業基礎知識，起到相互促進的作用。下面簡介在以上兩個方面的探索。

一、幫助學生建立系統的概念，養成從系統高度思考和解決問題的思維方式

在本科生的培養體系中，應幫助學生建立清晰的系統概念，培養學生從系統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（如通信系統、雷達系統）有整體的認識，有利于高效完成工作以及從系統的高度進行創新。但是，目前專業教學在這方面做得還遠遠不夠。

電子信息類本科專業課《無線電定位系統與技術》是一門與系統和信號處理緊密結合的課程，其中《無線電定位系統與技術》主要講述雷達系統工作原理。通過學習雷達原理，可以幫助學生建立具體信息系統的概念，了解系統工作原理和有序工作的條件，有利于提升其系統思維能力。如果在這門課程的教學中僅介紹雷達系統的一般結構和工作原理，不從規律上揭示系統有序工作的條件和系統發展的趨勢，則不利于提升學生的系統思維能力。

通過介紹組成雷達系統（如圖1所示）的頻率綜合器、發射機、天線、接收機、信號處理機、終端等分機以及它們之間的關系讓學生理解系統的結構關系。“結構”按層次組成劃分為分系統、子系統等，它們相互間的關系形成了系統結構的動態存在，同時也形成了系統層次的“功能”。在雷達系統中發射機、接收機與信號處理機等不同的分系統通過信息的傳遞形成聯系，進而實現雷達系統檢測目標的功能。

通過介紹雷達系統體積、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，以及對系統電磁兼容性、可靠性、可維修性的要求，讓學生理解系統的各種約束條件。另外雷達系統工作時處于各種復雜電磁干擾環境中，會受到各種壓制干擾和欺騙式干擾，要求系統必須具有良好的抗干擾能力。通過以上內容說明雷達系統工作在強約束、強對抗環境下，應從系統高度思考，從性能維、成本維等多維度進行分析、綜合。

二、通過課程教學和實驗設計，加強學生運用所學專業基礎知識分析和解決問題的能力

為了搭建知識、能力、素質三位一體的本科人才培養體系，需要學生對所學知識有較深入的理解，并且具有靈活運用所學知識解決問題的能力。然而在目前專業基礎教學中，對于理論聯系實際能力的培養還不夠深入，很多學生對所學專業基礎課程掌握不夠扎實，沒有實際的物理概念，遇到實際問題難以用所學專業知識進行分析與處理，這會影響其可持續發展能力和創新能力。

為了培養學生應用所學知識解決實際問題的能力，需要在打牢基礎后，提升學生的專業能力，特別是思維能力，將所學專業基礎課程與實際信息系統建立聯系。通過建立《無線電定位系統與技術》這門專業課與信號課群、電磁場與微波課群、電路課群等專業基礎課的聯系（以雷達為例，如圖2所示），可以鞏固學生的專業基礎知識，提升學生分析問題、解決問題的能力和綜合思維能力。

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

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

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

雷達系統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、數字濾波、傅里葉變換、FFT（快速傅里葉變換）等概念，建立這種聯系的過程可以幫助學生增加感性認識，加深對這些概念的理解。

在信號處理算法設計完成后，需要將算法的流程編寫成可執行的程序，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們對這些知識的理解。

三、結束語

通過對現有的課堂教學和實驗環節進行改革和實踐，在以下兩個方面取得了成效：（1）通過培養學生的系統思維能力，使學生能用所學信息系統理論中的基本概念來理解雷達系統，對信息系統設計的約束條件和基本方法的掌握有了比較大的提升。（2）學生對雷達系統與專業基礎課之間的關系有了較深的理解，可以應用電磁場中的極化、頻率和信號課中的數字濾波器、FFT等知識分析和理解雷達系統涉及的相關問題，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采用什么極化方式等。以上兩個方面取得的進展提高了學生分析問題、解決問題的能力，有利于其可持續發展。

參考文獻：

[1]李義豐，褚御芝，朱曉梅，等.電子信息工程專業課程設計環節的設置與實踐[J].教育教學論壇，2017，（21）：110-111.

[2]曲強，楊永輝，遲濤.基于創新創業能力培養的電子信息工程專業實踐教學體系研究[J].教育教學論壇，2017，（02）：137-138.

[3]趙文華.高等教育系統論[M].桂林：廣西師范大學出版社，2001.

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