“雷達(dá)原理”課程教學(xué)方法探索

馬聰慧 肖龍龍 潘顯俊

[摘 要] 雷達(dá)是現(xiàn)代情報(bào)偵察監(jiān)視的重要手段之一，是國(guó)防軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的力量。“雷達(dá)原理”是電子信息類(lèi)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(diǎn)。在分析當(dāng)前本科生“雷達(dá)原理”課程教學(xué)特點(diǎn)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(wèn)題的能力出發(fā)，結(jié)合對(duì)一線教學(xué)實(shí)際的思考，從三個(gè)方面提出可行的教學(xué)建議，顯著改善了“雷達(dá)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(dá)原理;課程教學(xué);教學(xué)方法

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

[作者簡(jiǎn)介] 馬聰慧（1987—），女，湖北襄陽(yáng)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(dá)原理、遙感信息獲取、合成孔徑雷達(dá)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別研究;肖龍龍（1984—），男，湖南邵陽(yáng)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(dá)信號(hào)處理、電子對(duì)抗研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）03-0129-04 [收稿日期] 2021-09-17

“雷達(dá)原理”是電子信息工程雷達(dá)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，著眼于培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的雷達(dá)理論功底和創(chuàng)新實(shí)踐能力，通過(guò)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用，掌握雷達(dá)的基本概念與組成、雷達(dá)工作的基本原理、雷達(dá)的距離向高分辨與方位向高分辨、合成孔徑雷達(dá)基本原理等內(nèi)容[1，2]，使學(xué)生具備運(yùn)用雷達(dá)相關(guān)原理分析解決實(shí)際問(wèn)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(qiáng)、知識(shí)面廣等特點(diǎn)。

傳統(tǒng)“以教師為主”的課堂講解教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，學(xué)生多處于被動(dòng)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(duì)上述特點(diǎn)，本文以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容實(shí)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(diǎn)

（一）以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)接受

“雷達(dá)原理”傳統(tǒng)的課程教學(xué)，通常以教師講授知識(shí)點(diǎn)為主，學(xué)生記筆記被動(dòng)接受。教師作為學(xué)生單一來(lái)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(kāi)，該教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)是信息量大、效率高，但對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，需記憶的內(nèi)容較多，且學(xué)習(xí)過(guò)程中多處于被動(dòng)接受的狀態(tài)。

（二）課程理論性強(qiáng)，抽象思維復(fù)雜

“雷達(dá)原理”課程中涉及較多的雷達(dá)基本概念與術(shù)語(yǔ)，理論知識(shí)點(diǎn)多，抽象性思維多。對(duì)于同學(xué)們來(lái)說(shuō)，雷達(dá)在日常生活中并不常見(jiàn)，初次接觸時(shí)對(duì)其概念的理解存在一定難度。由于該課程的系統(tǒng)性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中一旦對(duì)某些知識(shí)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(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，對(duì)知識(shí)運(yùn)用能力的培養(yǎng)有待提高

“雷達(dá)原理”課程的綜合性強(qiáng)，內(nèi)容多，且由于課時(shí)時(shí)長(zhǎng)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(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，較少發(fā)散展開(kāi)。學(xué)生對(duì)自己所學(xué)理論知識(shí)能干什么、該如何運(yùn)用存在疑惑，不利于對(duì)知識(shí)的主動(dòng)探索及運(yùn)用能力的培養(yǎng)。

針對(duì)以上特點(diǎn)，教學(xué)中需切實(shí)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(wèn)題的能力，從多方面引導(dǎo)、引領(lǐng)和影響學(xué)生，從而達(dá)到改善“雷達(dá)原理”課程教學(xué)效果的目標(biāo)。

二、提高“雷達(dá)原理”授課成效的方法

（一）堅(jiān)持立德樹(shù)人，注重課程思政

國(guó)無(wú)德不興，人無(wú)德不立[3]。在“雷達(dá)原理”專業(yè)課程的授課中，需全面落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)，堅(jiān)持做好課堂思政，強(qiáng)化課堂育人效果，培養(yǎng)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)母咚刭|(zhì)雷達(dá)領(lǐng)域的專門(mén)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(huì)主義核心價(jià)值觀要求和實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任，有機(jī)融入專業(yè)課程教學(xué)中，激勵(lì)學(xué)生愛(ài)國(guó)、勵(lì)志、求真、力行，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

例如，在合成孔徑雷達(dá)部分關(guān)于雷達(dá)方位向高分辨的講解中，由于單個(gè)天線方位分辨率有限，若采用大尺寸天線，會(huì)受到真實(shí)物理尺寸的限制，實(shí)際天線不可能做成無(wú)限大。該問(wèn)題的具體解決方法可以將小天線排成很長(zhǎng)的線性陣列，即一維線性陣列，以此提高雷達(dá)的分辨率，即依靠多個(gè)天線的團(tuán)隊(duì)協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)（圖1）。通俗來(lái)講，這就是“獨(dú)木不成林，一花難成春”的基本道理，科研和做事是這樣，實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)同樣也離不開(kāi)“團(tuán)隊(duì)合作”，需要通過(guò)每位同學(xué)的努力而凝聚強(qiáng)大力量。如此，可以通過(guò)課堂思政潛移默化地跟同學(xué)們強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任感。

（二）堅(jiān)持以學(xué)生為中心，廣泛聯(lián)系

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

1.雷達(dá)工作的基本原理。對(duì)雷達(dá)工作基本原理的介紹，可通過(guò)蝙蝠黑夜中捕食的過(guò)程類(lèi)比引入，見(jiàn)圖2。蝙蝠為什么能在黑暗中飛行和捕食卻不會(huì)撞墻？蝙蝠其實(shí)并沒(méi)有特別的夜間視覺(jué)，它是通過(guò)嘴和耳朵配合起來(lái)探路的，嘴巴發(fā)出人耳無(wú)法感知的高頻聲波，超聲波向周?chē)鷤鞑ィ龅秸系K物就反射回來(lái)，蝙蝠耳朵接收返回的回聲，然后快速分析周?chē)h(huán)境，判斷障礙物的方向，進(jìn)而規(guī)劃飛行路線。這其實(shí)是“回聲定位”的古老原理。雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的原理與蝙蝠用超聲波探路的原理類(lèi)似。雷達(dá)通過(guò)天線發(fā)射電磁波，無(wú)線電波遇到障礙物反射回來(lái)被雷達(dá)天線接收。通過(guò)分析回波返回的方向的延遲時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)利用無(wú)線電對(duì)目標(biāo)的探測(cè)和測(cè)距。這樣生動(dòng)形象地讓學(xué)生理解了雷達(dá)工作的基本原理。

2.合成孔徑的基本原理。在合成孔徑雷達(dá)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(lái)理解比較困難。合成孔徑，通俗來(lái)講其實(shí)質(zhì)是“以時(shí)間換空間”，也即單個(gè)小天線通過(guò)運(yùn)動(dòng)等效為一個(gè)物理上的大孔徑陣列天線。在合成陣列情況下是用一個(gè)陣元（輻射單元）在各個(gè)位置發(fā)射和接收信號(hào)，這里的“陣元”在實(shí)際中就是一天線孔徑較小的一般相干雷達(dá)[2]。天線沿一直線依次在若干個(gè)位置平移，且在每個(gè)位置上發(fā)射一次信號(hào)，接收相應(yīng)發(fā)射位置的雷達(dá)回波信號(hào)并儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)天線移動(dòng)一段距離后，儲(chǔ)存的信號(hào)和實(shí)際線性陣列天線的每一個(gè)單元所接收的信號(hào)非常相似，因此，若對(duì)儲(chǔ)存的信號(hào)進(jìn)行與實(shí)際線性陣列天線相同的處理，就可獲得長(zhǎng)天線孔徑的效果。這就是合成孔徑的含義。

對(duì)該問(wèn)題的講解可以聯(lián)系天文觀測(cè)中的事件視界望遠(yuǎn)鏡的原理進(jìn)行類(lèi)比對(duì)照，見(jiàn)圖3。2019年4月，人類(lèi)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(guò)事件視界望遠(yuǎn)鏡（Event Horizon Telescope， EHT）拍攝的，事件視界望遠(yuǎn)鏡是由許多無(wú)線電觀測(cè)臺(tái)或射電望遠(yuǎn)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(shí)，協(xié)同使用這些分布在包括西班牙、美國(guó)和南極等多地的8個(gè)獨(dú)立射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合觀測(cè)同一目標(biāo)源并記錄下數(shù)據(jù)，通過(guò)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手形成口徑等效于地球有效直徑大小的虛擬望遠(yuǎn)鏡。這里合成孔徑的概念與虛擬望遠(yuǎn)鏡的孔徑進(jìn)行對(duì)照，既加深了同學(xué)們對(duì)合成孔徑雷達(dá)的理解，又加深了學(xué)生對(duì)探索浩瀚宇宙的興趣和對(duì)航天事業(yè)的熱愛(ài)。

類(lèi)似這種廣泛聯(lián)系的方式，既將抽象的專業(yè)知識(shí)生動(dòng)形象地展示出來(lái)，又?jǐn)U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(duì)知識(shí)運(yùn)用能力的培養(yǎng)

知識(shí)很重要，但僅僅擁有知識(shí)是不夠的。在當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)便利的條件下，借助網(wǎng)絡(luò)，任何人隨時(shí)都能夠找到需要的知識(shí)和內(nèi)容，但如何運(yùn)用所掌握的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，是需要掌握的技能。古希臘先哲蘇格拉底認(rèn)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(shí)。“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(gè)意義上來(lái)講，教學(xué)的成果應(yīng)以學(xué)生的收獲來(lái)衡量，學(xué)習(xí)必須要學(xué)以致用。

“雷達(dá)原理”課程的授課過(guò)程，除了具體知識(shí)點(diǎn)的介紹，更重要的是對(duì)學(xué)生分析解決問(wèn)題能力及對(duì)知識(shí)運(yùn)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(wèn)題，如何分析問(wèn)題，進(jìn)而解決復(fù)雜問(wèn)題的能力[4]。只有厘清問(wèn)題，弄清楚需要解決什么問(wèn)題，才能以新的方式提出并回答復(fù)雜問(wèn)題，運(yùn)用新的思維方式來(lái)創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。譬如，通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己動(dòng)手，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，切實(shí)加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，強(qiáng)化對(duì)所學(xué)知識(shí)的主動(dòng)探尋。以此有效避免學(xué)生課上死記硬背掌握了一些知識(shí)點(diǎn)，而課程結(jié)束后所學(xué)知識(shí)所剩無(wú)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(jìn)步給教育帶來(lái)了強(qiáng)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(jìn)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(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心教育的必然要求，也是對(duì)高校和每位教師的重大考驗(yàn)與挑戰(zhàn)。當(dāng)前亟待認(rèn)清教學(xué)形勢(shì)與任務(wù)，積極推進(jìn)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(dāng)今移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，世界頂尖大學(xué)和教育機(jī)構(gòu)紛紛建立形式多樣的網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)，譬如慕課、微課、精品開(kāi)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(dòng)獲取知識(shí)的能力和意愿顯著增強(qiáng)，只要有互聯(lián)網(wǎng)，在世界的各個(gè)角落都能夠及時(shí)便捷地獲取優(yōu)質(zhì)教育。

針對(duì)這一特點(diǎn)，可以結(jié)合學(xué)生需求，推進(jìn)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(jìn)者開(kāi)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(qiáng)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(huì)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(shí)時(shí)處處能學(xué)，形成性評(píng)價(jià)，多通道互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)教學(xué)，線上與線下教育的相得益彰，切實(shí)提高“雷達(dá)原理”課程的教學(xué)效果。

在當(dāng)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(kāi)展“雷達(dá)原理”課程的教學(xué)工作，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的雷達(dá)專業(yè)技能和專業(yè)素養(yǎng)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)“雷達(dá)原理”課程的授課特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，重點(diǎn)針對(duì)如何立德樹(shù)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(dòng)手創(chuàng)新能力等，進(jìn)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(jiàn)，難免有失偏頗，權(quán)當(dāng)拋磚引玉，期冀在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索新的更好的教學(xué)方法，更好地提升“雷達(dá)原理”課程的教學(xué)成效。

參考文獻(xiàn)

[1]丁鷺飛，耿富錄，陳建春.雷達(dá)原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：1-432.

[2]保錚，邢孟道，王彤.雷達(dá)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(yǔ)近人——習(xí)近平總書(shū)記用典[M].北京：人民出版社，2019：49.

[4]中華人民共和國(guó)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(jiàn)：教高〔2018〕2號(hào)[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(shí)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(shí)質(zhì)等效[J].北京：中國(guó)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