三课时制“雷达成像”课程教学改革与实践

金光虎， 余安喜， 何 峰， 孙造宇

(国防科学技术大学 电子科学与工程学院, 湖南 长沙 410073)

三课时制“雷达成像”课程教学改革与实践

金光虎， 余安喜， 何 峰， 孙造宇

(国防科学技术大学 电子科学与工程学院, 湖南 长沙 410073)

本文围绕“雷达成像”课程教学，研究三课时制下的课程教学改革与实践：采用三课时讲授一个完整的知识点的方式对课程进行安排，提出采用“2+1”模式，即将前两课时用于理论学习，第三课时用于实践学习。结合“逆合成孔径成像”课程，我们给出了一个实际教学案例。教学实践表明，该方式可以较好地帮助学生掌握课程的知识，并有助于提升学生的动手实践能力。

三学时；理论学习；实践学习

0 引言

“雷达成像”是我校为电子信息、电子科学与工程等工科专业开设的一门专业课程[1,2]，它是一门理论与实践紧密结合的课程，也是专业课中难教、难学的课程。其原因包括两个方面，一是该课程要求对雷达回波进行数学建模及物理描述，其定义繁杂，概念抽象，数学公式多，逻辑性强。二是该课程需要理论与实践相结合，通过工程实践来更加清楚地掌握成像原理及处理过程。

针对上述问题，我们认为“雷达成像”课程教学改革的主要思路应集中在教学方法与教学手段的改进上[3,4]。考虑到“雷达成像”是一门理论与实践紧密结合的课程，学生独立完成实践环节的难度较大，我们采用一种三课时模式，即将两个课时用于理论学习,一个课时安排实践学习，让学生在掌握理论的同时，学会动手实践。相比于传统的仅有理论的学习，我们的实践课能够使学生以更加形象的方式理解课程内容。相比于安排学生课下实践或另外统一安排课时进行实践的方式，这种模式避免了理论授课的内容经过较长一段时间容易遗忘、实践难度较大，学生难以独立完成等问题，使得学生对课程内容的理解和掌握更加牢固。

1 教学方法与教学手段的改进

目前大学基础课程的授课普遍采用的是两课时制，两课时制是综合考虑的大学生的接受能力、集中注意力等因素采用的一种课时安排方式。而我们采用的这种新的三课时制和两课时制全堂讲授模式是不同的。这是主要针对理论性和实践性都较强的专业课设计的一种新课程模式，课程内容安排规划是授课效果好坏的关键。从安排方式上来看，可以用来进行理论学习，也可以用于研讨，方式较多。三课时制安排需要考虑以下几个方面：

(1)学生接受能力有限，理论讲授内容不宜安排太满。三课时的时间较以往两课时提高了一半，如果还是按照两课时的课程进度，则课程内容势必也要提高一半。对学生而言，在有限的时间内要掌握大量的信息，从记忆及理解能力上来说，大部分是难以完成的。因此，课程内容的安排上需要适当调整。

(2)三课时内容需要转换，防止长时间疲劳。已经有实验表明，长时间关注同一内容，后期的注意力将明显下降，接受课程能力势必降低。针对我们三课时的授课方式，三课时的后半段不能继续前面的内容而需要转换课程的热点，课程前后从内容、形式上有所区分，从而防止学生注意力下降、学习效率降低的现象发现。以距离多普勒成像算法为例，如果我们把内容安排成三个课时，包括距离多普勒模型、距离徙动校正、距离多普勒全流程处理等，也许可以讲得细致清楚，但是，实际上学生难以长时间集中注意力，学习效果随着时间的推移而下降，对于最后的全流程处理影响将大幅降低。

(3)课程安排需要结合“雷达成像”课程的特点。这门课程相比于一般的课程有一个很明显的特点，即它是一门理论性很强的课程，涉及大量的数学推导，需要学生具备较好的数学功底，同时，它是一门实践性很强的课程，如果没有实践，学生们的理解将仅限于艰涩难懂的概念之上，很难以有形象的记忆。

综合以上三点，我们对课程内容及时间安排进行重新设置，课程内容将以“讲座+实践”的形式进行展开。首先我们设置一个两课时的讲座，讲述一个完整的主题。这一主题讲完后便进行一个课时的实践课，主要以仿真分析、数据处理、结果讨论为主。实际上，每个讲座内容的设置有两种方案，一是将原有内容进行拓展，将其拆分为多个知识点，二是将原有内容进行适当精简，对于重点内容进行详细讲述，一些特别难、又需要花费大量时间讲解且不是特别重要的内容，可以简单带过，留给有兴趣的学生课后进行钻研。我们要把握根本的、基础的东西，让学生在有限的时间内尽量吸收和消化，并且能够系统地掌握相关理论知识。我们把“雷达成像”课程的理论讲座作表1所示的安排：

表1 “雷达成像”课程讲座安排

2 教学案例

我们以“雷达成像”课程中第十一讲“ISAR成像基本原理”作为实际案例，介绍全新的“2+1”教学模式。ISAR成像本身内容较多，首先我们对ISAR课程内容进行分析，这门课涉及了基础理论、线性调频信号的dechirp处理、一维距离像、空间谱支撑区、二维ISAR像等知识。如果全部进行精讲，需要三课时甚至更长，我们将理论讲解内容精简到两课时，对雷达回波模型、空间谱支撑区、一维距离像、二维ISAR像等进行重点讲解，紧接着开展一个课时的实践课。

前两课时的讲座主要是理论讲解，其中涉及了几个重要的概念：

(1)一维距离像：

(1)

(2)ISAR像：

(2)

(3)块形支撑区模型：

(3)

(4)梯形支撑区模型：

(4)

(5)矩形支撑区模型：

(5)

上述几个概念很抽象，从理论上讲学生虽可以基本接受，但由于没有直观的印象，学生难以理解得深刻。在第三课时的实践课，我们安排了回波仿真及成像处理实践，我们从理论推导出发，首先采用Matlab编程仿真雷达回波，然后进行一维距离像成像、ISAR像成像，通过这样的实践操作，让学生充分掌握成像的来龙去脉，在仿真中我们可以看到距离像和ISAR像分别如图1所示：

(a) 距离像 (b) ISAR像图1 雷达图像示意图

采用块形、梯形、矩形支撑区近似的二维频谱结构如图2所示。

有了上面的仿真及处理结果，前两个课时的理论概念不再是抽象的，学生们对ISAR成像有了更深入的理解。学习这门课程的很多硕士研究生反映，该“2+1”模式教学使得他们可以很快开展相关的课题研究，对于课题研究和学位论文撰写都起到了非常积极的作用。

(a) 块形 (b) 梯形

(c) 矩形图2 雷达成像支撑区示意图

3 结语

本文开展了专业课程“雷达成像”三课时制教学的实践探索，让学生在理论课上对一个完整的知识点能够深入掌握，借助实践课为学生提供了一个形象认识，避免了单纯的理论教学带来的抽象、枯燥等问题。实践表明，该课程的三课时教学，使得学生不仅掌握了扎实的成像处理理论，还具备了一定的动手实践能力，达到了预期的效果。

[1] 保铮. 雷达成像技术[M]. 北京: 电子工业出版社，2005.

[2] 黄培康. 雷达目标特性[M]. 北京: 电子工业出版社, 2008.

[3] 孙宗禹. 素质教育与大学教学改革[J],北京，中国大学教育，2002.9.

[4] 卢翠珍. 面向21世纪创新人才培养的需求-加强传感器实验教学改革[J]，北京：中国现代化教育装备，2010，11.

TeachingReformandPracticeforRadarImagingCoursesinThree-Hours

JINGuang-hu,YUAn-xi,HEFeng,SUNZao-yu

(SchoolofElectronicScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073，China)

Based on Radar Imaging course, teaching reform and practice for courses with three class hours are analyzed. For class contents, we suggest that one integrate subject should be finished in three class hours. We propose that the class should be arranged with theoretical learning in two class hours and practical learning in one class hour which is called “2+1” pattern. We present a practical case on the ISAR imaging teaching. The result shows that our pattern can not only help to learn the course contents very well, but also help to improve the practical ability.

three class hours; theoretical learning; practical learning

2017-02-16;

2017-06-07

金光虎(1980-)，男，博士，讲师，主要从事雷达信号处理的教学与科研工作，E-mail：kingnudt@163.com

A

1008-0686(2017)05-0030-03