关于“雷达原理”课程理论教学的探索

汪玲 毛新华

【摘要】 雷达原理课程是电子工程专业的代表性课程，综合性强，工程性强，涉及知识面广，如何把握好该课程的授课效果一直是探讨热点。现有研究重点着眼于加重工程实践比例，通过实验教学来弥补理论教学的不足，但是这样会缩减理论教学课时数，而且雷达实验教学的开展依赖于较高的硬件资源配置。本文立足于本科生"雷达原理"课程教学重在巩固学生已有专业知识，加强专业知识应用层面理解，着重探讨如何从理论教学本身来改善教学效果，这样在不开设实验课程情况下也可力争获得较好的教学效果，达到普通高校对雷达原理课程的教学要求，降低授课效果对硬件资源的依赖。

【关键词】雷达原理教学理论教学教材教学方法

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）3-0018-03

一、 引言

雷达原理课程涉及信号与系统、电子线路、电磁场理论、电路、微波与天线等专业知识，是许多高等院校电子、信息、通信相关专业的专业课程之一。在具有雷达特色学科的高校中，雷达原理更是重要的专业必修课之一。由于涉及不同方面的专业基础知识，雷达原理课程综合性强，通过该课程的学习，学生可对前期学习的专业基础知识进行较好地巩固，同时加强所学知识的综合应用能力，达到提高专业素养的目的。但是另一方面，综合性强使得该课程的授课难度较大。不同于专业基础课程的知识面较为集中，雷达原理课程知识面广度大，这对授课教师不仅在学术水平，还是在教学业务能力上都提出了更高要求。

雷达原理课程的教学研究一直是雷达相关学科教师的探讨热点[1-6]，目前大家普遍认识到该课程综合性和系统性强，理论抽象，并且认为要加强实践或实验环节，以期通过直接动手操作让学生切实掌握理论知识。但是，雷达原理授课内容较多，一般包括雷达各个分机的工作原理及组成、雷达检测方法和性能分析、测距、测角方法和动目标显示和检测原理等，学时数通常为40-50学时，依据笔者近十年的教学经验，该学时数是保证教学效果和教学内容完整性必须的授课时间，在其中添加实验课时，势必会减少理论教学时间，最终影响教学质量，或教学内容的减少。若单纯增加该课程总学时数，会牵涉到整体专业课程安排，也不符合当前倡导的教学模式，即专业课程学时过多不代表学生会学到更多，适当留给学生以后自我发挥的空间，关键在于扎实掌握专业基础知识。从大多数普通高等院校的本科生培养目标来看，雷达原理课程的学习并不要求学生学习完毕具备雷达专业技术水平，而是加强专业基础知识在应用层面的学习。另外，雷达实验教学对硬件有较高要求，单纯的软件级仿真本质仍然是信号处理的仿真，设计不停留于软件级仿真的硬件实验在硬件资源配备上成本较高。基于上述考虑，本文立足于本科雷达原理课程重在教授雷达工作原理，而非雷达系统的实现，利用当前丰富的教学资源，合理设计教学内容，探索有效的服务于理论教学的模式，在不开设实验教学的条件下，仍可让学生较好地掌握雷达原理基础知识。

首先探讨教材的选择，这是理论教学必须重视的环节。然后思索教学方法，在传统教学方法之外，采用可激发学生学习积极性的教学手段，给出具体实例。最后是结论。

二、教材的选择

教材中最重要的是课本，它是学生上课和课后复习最主要的参考资料。笔者教授的雷达原理课程一直选用由丁鹭飞等编著的《雷达原理》作为教材。《雷达原理》是国家级重点教材，被多所高等院校选为授课教材，该书涵盖知识较全面，包括雷达系统主要分机、目标坐标测量和跟踪方法、天线波束和扫描方式、雷达检测方法等。目前《雷达原理》已有第四版更新，相比第一版逐渐增加了数字化接收机、相控阵雷达，高分辨雷达等新内容，能够基本跟踪雷达技术现状。

《雷达原理》注重介绍雷达基础知识，不会涉及过多关于雷达系统，尤其是新型雷达的介绍，因此可以选择其它资料作为辅助教材。比如笔者长期订阅《雷达与探测技术动态》杂志，该杂志能及时跟踪雷达动态，报道前沿的雷达理论和先进的雷达技术，以及介绍最新的雷达装备。在适当时候，不定期地为学生介绍一种最新雷达技术，或简要介绍一种新发布的雷达系统，可以激发学生的学习兴趣，增加学生的知识面，同时也不会使单纯按教材进行的教学显得枯燥。

现在网络资源日益丰富，含有巨大信息量，而且获取方式快速，便捷，内容也多样化，必须注意到学生十分喜欢网络这种信息获取方式，因此通过适当筛选，也可把网络中与雷达相关的各种资料、图片作为一种辅助教材，进行有效利用，这样一方面可以培养学生自主学习的能力，另一方面也可以充分利用大多数网络资源"图文并茂"、通俗易懂的特点加强教学效果。为了保证一定的学习效率和学习质量，可以给学生提供质量较高的网络资源链接。

另外，开放课程资料无论对于授课教师还是听课学生都是一种宝贵资源，通常都是多年教学经验的结晶，通过借鉴和学习，可以促进授课教师自身进步，以及学生对知识点的理解，弥补单一教学资源的不足。

可以预测到，学生毕业若从事雷达相关技术工作，接触到实际装备后，会发现许多东西并未在雷达原理课程中学到，或课本上并未涉及，感觉到技术上的跳跃性，但是雷达原理课程学习重在教授学生基本原理，只要让学生切实掌握这些基础知识，并经老师培养具备自学能力，就可以在此基础之上根据自己所需进行扩展。但是，在授课过程中应注意扩大学生知识面，这些可通过引入其它教材进行知识扩充，这样学生在今后的自主学习中也可以知道如何获取相关资源。

三、教学方法的选择

(一) 明确与前期所学课程的联系

雷达原理课程涉及多个专业课程知识，如电子线路、信号与系统、数字信号处理等，这正是该课程综合性强的体现。虽然综合性强增加了授课难度，对授课教师提出更高要求，但是通过该课程的学习，可以将学生前期所学课程知识融合贯通，进行巩固的同时加深学生对专业知识应用层面的学习，这也正式该课程重要性的体现。授课教师在该课程上的教学方法上也会与一般专业基础课程有所不同。

一般专业基础课程重在介绍定义或定理、各种变换和公式推导，同时伴随有较大量的习题来巩固这些基础知识，而雷达原理课程更像是科学普及类课程，授课内容基本上是已学专业基础知识的应用，无论是平时习题还是最终考核，主要都是文字记忆类的题目，如发射机、接收机的功能是什么，如何实现目标的自动距离跟踪，等等，这其中涉及的调制、解调，以及闭环控制系统的工作原理等相关知识，学生均已在电子线路、通信原理、自动控制原理等课程中学习。因此从笔者近十年的教学经历看，在雷达原理课程的教学过程中，最重要的就是要明确建立起该课程与以往课程的联系，注意调动学生已有知识来分析雷达工作原理，这样可以获得更好地教学效果。

比如在讲调频连续波雷达可以提供附加的收发隔离这部分内容时，可让学生分析调频连续波雷达混频后信号的频谱(实际为抑制载频的双边带调制，这在通信原理中学习过)；讲解运动目标指示雷达中的杂波对消技术，一阶递归和非递归型、二阶递归和非递归型的特点时，可以和数字信号处理中的有限长冲激响应/无限长冲激响应(FIR/IRR)滤波器内容很好地结合起来；以及等间距等幅馈电的相位扫描天线为何副瓣比较高，以及栅瓣问题，都可以用离散等幅序列的数字傅里叶变换来进行等效分析。这仅是个别举例，正如前述，雷达原理课程本身实际就是多方面知识的应用综合，只要授课教师设计好教学内容，就可以达到该课程的授课目的，学生会对已学知识有更明确的认识，专业素质也可获得提升，而这点并不是单纯硬件实验可以达到的。

目前本科生教育面临的常见问题之一是经过大学四年的专业课学习，学生会对自己能干什么，究竟课堂上学的理论知识能干什么比较迷惑。因此在雷达原理的教学中，只要注意采用合适的教学方法，积极调动学生已有的知识库，可以帮助消除学生的疑惑，并可以激发学生的学习热情。

(二) 重视演示性教学的作用和创新

演示教学是一种直观性非常强的教学手段。在理论教学中，因地制宜地使用演示教学可以增强抽象教学内容的教学效果。雷达原理课程涉及工作原理的内容基本上都比较抽象，有较大的应用演示教学方法的空间。目前在雷达原理课程中，演示教学主要用于雷达发展历史，雷达工作物理基础(发射电磁波、目标反射、雷达接收)等较易展示的部分。笔者通过在国外高等院校进修的经历，以及学习国外知名高校开放课程的课程资料发现，即使是非常抽象的知识点，只要找到合适的展示方式都可以增强直观性，使该知识点易于理解。比如在讲解距离分辨率和角度分辨率时，都可以通过演示的方式说明当目标处于同一距离或角度分辨单元时，回波信号不可分，从而无法区分距离和角度，再如讲解动目标指示雷达中的盲速现象时，也可以通过演示当目标处于盲速时，动目标显示滤波器输出为零，与固定目标相同，来体现盲速的含义，同时也可以对动目标显示滤波器的组成和功能(包含杂波对消和匹配滤波)进行进一步巩固。综上所述，演示教学的创新主要体现在使展示度不强的抽象教学内容具有演示度，使理论教学显得"有声有色"，这需要授课教师能够提炼出知识点的本质和关键所在，因此对授课教师自身的业务水平提出了较高要求。

另一方面，虽然基于硬件的雷达实验，尤其是涉及系统搭建的实验开设难度较大，但可以将课题组一些小型雷达研制过程，或雷达系统外场调试实验过程拍摄下来，制作成幻灯片形式或短片播放，这也可以起到很好的效果。

(三) 积极使用研究性教学方法

通常的教学模式是授课教师几乎占去所有的课堂时间，属于"灌输式"教学，较难检测出学生的听课效果。对于雷达原理课程，教学内容具有很强的介绍性，其特点是已有专业知识的综合应用，学生已基本具备涉及的基础知识，从笔者的经验看，更有必要在教学中积极尝试研究性教学方法，增强教学过程中学生的主动性，加大学生在教学活动中的参与性。例如，笔者在讲解多波束形成技术时，采用小组学习、讨论、展示的方式，让学生以3-4人小组为单位自学数字波束形成技术，并寻找该技术的应用实例，以及相关雷达型号具体举例，最后以小组形式口头展示。在开展过程中，学生相关雷达知识积累有限，授课教师要注意适当引导，提供相关资源，在展示时，要注意纠正学生的错误认识。再如在讲解针对不同雷达系统的雷达方程时，可以抛出问题，让学生自己写出雷达方程，如二次雷达方程的讲解，在解释完二次雷达的工作原理后，让学生写出发射询问信号一方雷达的方程，以及应答器应遵循的雷达方程，这些都可以巩固学生对雷达方程这一重要基本概念的理解，并做到会应用。从该教学方法的使用效果看，学生的积极性有所提高，而且授课教师可以更清楚了解学生的学习状况，进行必要的教学内容调整。

四、结论

本文对大学本科阶段的雷达原理课程教学进行了探讨，以普通高等院校电子相关专业对该课程的教学要求和教学目的为指导，着重探讨如何改进理论教学方法，获得较好地理论教学效果，更好体现该课程与其它相关课程的联系，有效巩固学生的专业知识。文中探讨了如何结合目前资源纬度和广度增加，合理选择除课本外的辅助教材资料，又针对教学方法的选取，提出了若干措施，这些均已经过笔者检验，可以提高雷达原理课程的教学效果。总之，好的教学效果最终可归结为教师的教学能力和专业水平，只要授课教师不断注意在这两方面提升自身，就可以上出精彩的课程。

参考文献：

[1]冯圆,龚晓燕,张贤至等.气象雷达专业士官学员教学改革的探索[J].空军雷达学院学报,2010,8.

[2]赵学军.雷达与ARPA培训的教学改革[J].航海教育研究,2006,2.

[3]黄传波.《雷达原理》课程教学改革与探索[J].时代教育,2012,12.

[4]王伟,徐振海,傅其祥等."雷达原理与系统"课程教学实验平台建设[J].电气电子教学学报,2010,10.

[5]张仲华,张鹏,汪巍.雷达组合式教学平台的研究与开发[J].现代电子技术,2013,3.

[6]吕波,张宏伟,梁四洋等.信息化条件下"雷达原理与系统"课程教学模式创新研究[J].课程教学改革,2013.