基于翻轉課堂的“雷達信號處理”課程實驗教學改革

摘要：針對當前“雷達信號處理”課程實驗教學中存在的問題，本文設計了相關實驗內容，對傳統的實驗教學模式進行了改革。將翻轉課堂教學模式應用于“雷達信號處理”課程的實驗教學中，通過“課前學生自主學習，課上師生研討交流”的方式，有助于鍛煉學生的自主學習能力和實踐創新能力，具有較好的教學效果。

關鍵詞：“雷達信號處理”課程；翻轉課堂；實驗教學

一、引言

“雷達信號處理”課程是教授現代雷達信號處理的基本理論、方法和數字實現技術的一門學科專業方向課程[1]。該課程涉及雷達波形設計、匹配濾波、脈沖壓縮、雜波抑制、雷達信號檢測等技術，是雷達系統實現目標探測的理論基礎和知識核心，對培養學生的專業素養、增強學生的知識綜合運用能力、提升學生的工程實踐能力具有重要作用。然而，當前“雷達信號處理”課程教學過程中仍然采用教師集中講授為主的傳統教學方法。這種教學方法在理論傳授方面效果顯著，但在激發學生學習主動性、培養學生實踐能力方面存在不足。尤其是在實驗課教學上，傳統教學方式的缺陷更加明顯。作為理解和應用雷達信號處理技術的關鍵環節，在實驗室進行預設的實驗操作不利于培養學生的自主探索能力和創新思維[2][3]。因此，需要對“雷達信號處理”課程實驗教學進行改革，探索更有效的教學模式，給予學生個性化的指導，提高學生的積極性和課程的互動性。

“翻轉課堂”是基于“以學生為中心”的教育理念，旨在通過重新安排傳統教學活動的時間和空間，促進學生主動學習和深入理解的教學模式[4][5]。在這種模式下，教師不再是知識的單向傳遞者，而是學習過程的引導者和促進者。學生在課前通過觀看視頻講座、閱讀教材、參與在線討論等方式自主學習基礎理論，而將課堂時間用于深入探討、實踐應用和解決問題。這種教學模式為更多的實踐和互動提供了空間。因此，本文將翻轉課堂教學模式應用于“雷達信號處理”課程實驗教學中，旨在提供一種提升教學效果的重要途徑，幫助學生更好地將理論知識轉化為實際應用能力。

二、實驗教學內容分析與設計

實驗是對課堂理論知識進行鞏固、驗證和補充的必要環節，是學生理解知識、提高綜合素質和能力的重要手段。學生通過動手實踐對信號處理理論進行驗證，能夠更形象直觀地觀察信號的變換過程，強化對信號產生、采樣、濾波、檢測等典型處理方法的理解。對“雷達信號處理”課程實驗進行內容優化、組織形式創新，有望提升教學效果，更好地達成教學目標。按照雷達信號處理的內涵，結合理論課授課情況，“雷達信號處理”課程設計安排了6次實驗教學。將翻轉課堂模式應用于實驗教學中，本文對6次實驗課進行了優化設計，形成了特定的實驗內容與研討內容，具體情況如下：

1.雷達信號波形與模糊函數實驗。對3種典型信號以及模糊函數進行分析，其中，3種典型型號包括單載頻矩形脈沖信號、線性調頻脈沖信號以及相位編碼信號。在實驗過程中，學員可就典型雷達信號的時頻域分析、典型雷達信號模糊函數圖特點比較、同參數對信號波形與模糊函數圖的影響進行分析討論。

2.匹配濾波實驗。進行白噪聲背景下的匹配濾波器設計仿真。在實驗過程中，教師引導學生分析線性調頻信號參數值變化對頻譜的影響，探索匹配濾波器構造過程與濾波結果，分析比較匹配濾波輸出與相關接收輸出的異同。

3.脈沖壓縮實驗。進行脈沖壓縮的頻域實現以及線性調頻信號的距離-多普勒誤差實驗。在實驗過程中，引導學生實現運動目標線性調頻回波構建，實現時域加窗、頻域加窗，驗證分辨率極限以及計算距離誤差。

4.動目標顯示實驗。主要對一次對消器、二次對消器進行仿真實現。實驗過程中，重點觀察動目標顯示處理前后的波形變化，進而引導學生比較不同對消器的實現方法、幅頻響應特性，加深學生對理論知識的轉換應用。

5.動目標檢測實驗。利用實驗平臺進行窄帶濾波器組特性分析。實驗過程中，針對不同窄帶濾波器個數對結果的影響、動目標顯示與動目標檢測結果的對比、各個子濾波器的輸出結果等問題展開研討。

6.恒虛警檢測實驗。主要對均值類、單元選大和單元選小恒虛警處理方法進行實現。在實驗實施過程中，重點引導學生對三種恒虛警處理方法進行結果分析，并討論各方法的適應性和局限性。

三、基于翻轉課堂的實驗教學實施

針對目前“雷達信號處理”課程實驗教學過程中存在的問題，基于翻轉課堂教學模式進行實驗課教學改革，其教學組織形式如圖1所示。將整個教學過程分為課前、課中和課后3個階段，每個階段又分別從教師、學生兩個方面的實施情況進行展開，真正實現“學為主體，教為主導”，提升學生靈活運用知識的能力，提高學生分析和解決雷達信號處理實際問題的能力，培養學生解決工程實際問題的能力。

圖1 教學組織形式

（一）課前階段

針對學生基礎知識欠缺、學習主動性不強的問題，在課前階段，遵從“教師導學、學生自學”的原則，通過任務驅動的形式督促學生預習，調動學生的積極性。

在實施過程中，教師首先向學生推送相關的預習材料，同時，為學生布置課前作業，如使用互聯網和軍職在線平臺上的優質微課進行理論學習、運行相應matlab源程序并理解代碼內容、研讀實驗系統指導書、完成相應預習題作業等。學生收到課前預習任務后，根據自身學習情況完成對指定內容的自學；以小組為單位相互督促、討論交流；完成作業題，強化對相關理論知識的理解和應用。最后，教師通過課前師生問答交流、課前作業題批復等手段了解學生課前學習情況，據此針對性地設計課中教學實施方案。

（二）課中階段

針對部分學生對實驗課參與度低的問題，在課中教學實施中，按照“教師主導實施進程、學生主體操作研討”的方式展開，以期達到深度學習的目的。鑒于“雷達信號處理”課程的基礎性作用，教師首先應在課堂教學中進行內容串講，包括復習回顧相應的實驗課理論基礎、概述本次實驗課的實驗內容和目標，以及解決大部分學生在課前學習中存在的問題和困惑，進而明確實驗課操作和研討的主題。完成串講后，教師引導學生進行具體的實驗操作與研討，這也是實驗課堂教學中最主要的環節。首先，在學生實驗過程中，教師要充分關注每個小組的進展情況，適時進行引導。在完成每一個子實驗內容后，教師要組織學生以小組為單位進行實驗結果匯報。小組代表發言時對實驗實施過程進行闡述、對實驗結果進行分析。教師則在小組代表發言時適時地提出問題，并以隨機點名的方式讓其他學生回答，進一步引發全體學生的思考和分析。這一研討交流環節能有效引起學生的評價、質疑，思想交流非常活躍。在課堂教學結束之前，教師再對本次實驗課內容進行總結講評，從而進一步深化學生對本次實驗內容的了解與把握，幫助學生鞏固理論基礎，實現教學目標。

（三）課后階段

課后階段是知識鞏固的最終環節。在此階段，教師引導學生總結實驗課內容、撰寫實驗報告，教師對實驗報告進行批復、完成教學總結與反思，以期進一步優化實驗課設計。這樣，整個翻轉課堂的實驗教學模式就形成了一個積極反饋的良性循環。值得一提的是，本文設計了實驗報告模板，其中包括簡述實驗原理、繪制實驗流程框圖、記錄實驗數據、分析實驗結果等多個模塊，便于掌握學生對實驗的完成情況，進而評判出兼顧客觀性、真實性、量化性的實驗課成績。

四、實驗教學改革情況分析與評估

將翻轉課堂教學模式應用于“雷達信號處理”實驗課教學中，取得了一定的成效，但同時還面臨著一系列的挑戰。下面，本文將對實驗教學改革情況進行具體的分析與評估[6]。

（一）改革成效

翻轉課堂模式對提高學生的學習積極性和自主性產生了顯著的影響。首先，這種模式鼓勵學生在課前主動獲取知識，從而不僅提高了他們的學習自主性，也使得他們在課堂上能夠更有效地參與討論和實踐活動。通過這種方式，學生逐漸形成了自我驅動的學習習慣，這對于學生未來的學術研究和職業發展都是極其寶貴的。其次，隨著學生在課堂上更多地參與到問題解決和項目實踐中，他們的學習積極性也相應提高。這種參與感和成就感有助于激勵學生深入探索課程內容，同時也有助于培養他們的批判性思維和創新能力。在翻轉課堂的互動環境中，學生不僅能夠高效、自主地學習理論知識，還能學會如何應用這些知識來解決實際問題。翻轉課堂模式對提高教師素質水平和提高教學成效產生了顯著的影響。首先，翻轉課堂為師生提供了更多的互動機會，有助于建立和諧的師生關系，促進教學相長。在翻轉課堂教學模式下，教師需要準備廣而精的學習材料、解決學生的各種疑問，以及根據學生反饋進行課堂設計與教學反思等，這對教師的基本能力素質也是一個提升。其次，作為一種新型教學模式，翻轉課堂為課堂教學帶來了新的活力，有利于完善教學資源建設，提高教學效果和質量。

（二）改革面臨的挑戰及其對策

在新型實驗教學模式實施過程中，對學生、教師均存在一定的挑戰。對學生來說，初始接觸翻轉課堂這種教學模式，可能會感到不適應，甚至會產生抵觸心理。針對這一挑戰，可加強課程實施初期的引導和培訓，幫助學生理解翻轉課堂的優勢，為學生提供額外的輔導和支持，從而實現教學模式的平滑過渡。翻轉課堂對教師提出了更高的要求。教師需要時間來適應從講授者到引導者和協調者的角色轉變，需要策劃和制作高質量的課前自學材料，需要更好地把控教學實施過程。針對這些挑戰，首先，教師需要轉變思路，認識到角色和責任的轉變；需要鼓勵學生提問、思考和探索，激發學生的主觀能動性。其次，需要進一步提高教師的教學能力與個人素質。教師可以通過參加專業培訓、與同行進行經驗分享等方法，實現教學水平和專業能力的提升。而為了確保教學材料的質量和適用性，要做到持續反饋和評估教學材料，必要時進行調整和更新。

（三）改革效果評估

為了做好教學評估與反思，應對翻轉課堂的實施效果進行全面的了解，評估教學模式改革的效果，并以之為依據進行優化與調整。在此過程中，學校、教師需要關注以下幾個方面：1.始終關注學生的反饋結果。一是通過問卷調查、面談和課堂觀察收集學生對新教學模式的感受和建議。二是關注學生對課前自學材料的使用、課堂活動的參與和實驗課的實際操作體驗等的反饋。2.始終關注學生的學習成效。一是通過考試、作業和項目評估學生的學習成效。二是比較翻轉課堂實施前后的學習成果，特別是學生在理解和應用復雜概念的能力方面的提升。3.始終關注教學效率的提升。一是評估教學資源的利用率和教學活動的有效性。二是考察教師在新模式下的工作負擔和教學質量。

五、結束語

通過在“雷達信號處理”課程實驗教學中實施翻轉課堂模式，將傳統教學活動的“以教師為主導”轉換成“以學生為主導”，具有一定的教學成效。首先，學生的參與度和學習積極性顯著提高。他們在課堂上更加活躍，更愿意參與討論和實驗活動，展示出對課程內容更深的興趣和理解。其次，通過將理論知識與實踐相結合，學生的知識應用能力得到了顯著提升。在實驗課程中，學生能夠更有效地運用所學知識解決實際問題，展現出更高的創新能力和解決問題的能力。針對未來教學方法的改革，本文建議繼續探索和優化翻轉課堂模式，特別是在提高教學資源的質量和多樣性方面。同時，應加強對教師的培訓和支持，以幫助他們更好地適應新的教學角色。此外，建議加強與工業界的合作，將更多實際案例和最新技術趨勢引入課程，以增強課程的實用性和前瞻性。最后，強調對翻轉課堂模式的持續研究和改進的必要性。這包括定期評估教學效果、收集學生和教師的反饋，以及探索新的教學工具和方法。

作者單位：荊賀 馬俊濤 史林 燕艷 陸軍工程大學石家莊校區電子與光學工程系

參考文獻

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[2]李寧，夏冰，胡海峰.“數字信號處理”課程智慧教學模式的改革與實踐.中國科技期刊數據庫科研，2023（06）：52-55.

[3]火元蓮，齊永鋒.現代信號處理課程教學改革與實踐.中國現代教育裝備，2022，（17）：106-108.

[4]周劍雄，吳京，羅鵬飛.基于MOOC資源的翻轉課堂教學模式分析[J].高等教育研究學報，2017，40（04）：50-55.

[5]沈捷，王莉，王鑫國，李麗娟.基于翻轉課堂的機器人技術實驗教學改革[J].中國現代教育裝備，2019（1）：111-113.

[6]張競成，袁琳，黃愛愛，章國穩，吳開華.“數字信號處理”教學方法評析與實踐.科技視界，2019（5）：127-128.