提升电子工程类专业课教学效果的探索及实践

单涛 冯远 郇浩

摘要：为培养基础扎实的创新人才，提升电子信息类本科生专业课的教学效果，本文介绍了专业课程《无线电定位系统与技术》教学改革的探索，及在培养学生从系统高度思考问题，提高其对专业基础课的掌握程度方面取得的成效。

关键词：无线电定位系统与技术；教学改革；教学效果

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）05-0109-02

近年来信息技术领域的發展日新月异，国家创新驱动发展战略需要高校培养大批专业面宽、基础扎实、视野开阔、系统性思维能力强的学生，使其走上工作岗位后具有可持续发展能力和创新能力。但与信息技术领域的快速发展相比，目前信息类专业教学还存在以下有待改进的方面：（1）讲解具体技术的内容较多，但涉及系统概念的较少，学生系统概念不够清晰，缺乏从系统高度分析问题、解决问题的能力；（2）理论联系实际能力不够强，很多学生对所学专业基础课程掌握不够扎实，没有实际的物理概念，遇到实际问题不能用所学知识进行分析和处理。

以上问题会影响到学生的可持续发展能力和创新能力，应该引起我们的重视。在北京理工大学信息与电子学院教改项目支持下，课程组对专业课《无线电定位系统与技术》进行教学改革，目的：一是帮助学生建立系统的概念，培养其从系统高度分析问题、解决问题的能力；二是建立本课程与信号课群、电磁场与微波课群、电路课群等专业基础课的联系，巩固其专业基础知识，起到相互促进的作用。下面简介在以上两个方面的探索。

一、帮助学生建立系统的概念，养成从系统高度思考和解决问题的思维方式

在本科生的培养体系中，应帮助学生建立清晰的系统概念，培养学生从系统高度思考问题的能力，在将来的实际工作中可以对具体的信息系统（如通信系统、雷达系统）有整体的认识，有利于高效完成工作以及从系统的高度进行创新。但是，目前专业教学在这方面做得还远远不够。

电子信息类本科专业课《无线电定位系统与技术》是一门与系统和信号处理紧密结合的课程，其中《无线电定位系统与技术》主要讲述雷达系统工作原理。通过学习雷达原理，可以帮助学生建立具体信息系统的概念，了解系统工作原理和有序工作的条件，有利于提升其系统思维能力。如果在这门课程的教学中仅介绍雷达系统的一般结构和工作原理，不从规律上揭示系统有序工作的条件和系统发展的趋势，则不利于提升学生的系统思维能力。

通过介绍组成雷达系统（如图1所示）的频率综合器、发射机、天线、接收机、信号处理机、终端等分机以及它们之间的关系让学生理解系统的结构关系。“结构”按层次组成划分为分系统、子系统等，它们相互间的关系形成了系统结构的动态存在，同时也形成了系统层次的“功能”。在雷达系统中发射机、接收机与信号处理机等不同的分系统通过信息的传递形成联系，进而实现雷达系统检测目标的功能。

通过介绍雷达系统体积、功耗与低截获性能、机动性能的矛盾，距离分辨率与虚警率的矛盾，体制先进性与成本的矛盾，以及对系统电磁兼容性、可靠性、可维修性的要求，让学生理解系统的各种约束条件。另外雷达系统工作时处于各种复杂电磁干扰环境中，会受到各种压制干扰和欺骗式干扰，要求系统必须具有良好的抗干扰能力。通过以上内容说明雷达系统工作在强约束、强对抗环境下，应从系统高度思考，从性能维、成本维等多维度进行分析、综合。

二、通过课程教学和实验设计，加强学生运用所学专业基础知识分析和解决问题的能力

为了搭建知识、能力、素质三位一体的本科人才培养体系，需要学生对所学知识有较深入的理解，并且具有灵活运用所学知识解决问题的能力。然而在目前专业基础教学中，对于理论联系实际能力的培养还不够深入，很多学生对所学专业基础课程掌握不够扎实，没有实际的物理概念，遇到实际问题难以用所学专业知识进行分析与处理，这会影响其可持续发展能力和创新能力。

为了培养学生应用所学知识解决实际问题的能力，需要在打牢基础后，提升学生的专业能力，特别是思维能力，将所学专业基础课程与实际信息系统建立联系。通过建立《无线电定位系统与技术》这门专业课与信号课群、电磁场与微波课群、电路课群等专业基础课的联系（以雷达为例，如图2所示），可以巩固学生的专业基础知识，提升学生分析问题、解决问题的能力和综合思维能力。

对雷达系统进行整体设计时，需要根据用户需求以及约束条件将雷达系统分解为多个分系统，并确定每个分系统执行的功能以及性能指标，通过讲述设计过程和雷达系统有序工作的过程，可以加深学生对于系统理论和控制理论课程的理解。

雷达通过发送与接收电磁波实现探测功能，电磁波在空间传播的过程会受到传播介质的影响，反射时由目标的反射特性决定，通过讲解这个过程，可以帮助学生加深对电磁场与微波课群的理解。

雷达系统将接收到的射频信号转化为基带数字信号并处理是在接收机和数字信号处理机中完成的，理解这个过程需要模拟电路、数字电路的知识，所以雷达系统与电路课群有着密切的联系，通过讲述雷达系统中电路的作用可以加深同学们对电路课群中所学知识的理解。

雷达系统为检测微弱的目标回波信号，需要采用匹配接收、脉冲压缩、多普勒滤波等信号处理方法提高目标回波信号的信噪比，这个过程需要用到信号类课程中讲述的卷积、数字滤波、傅里叶变换、FFT（快速傅里叶变换）等概念，建立这种联系的过程可以帮助学生增加感性认识，加深对这些概念的理解。

在信号处理算法设计完成后，需要将算法的流程编写成可执行的程序，这个过程中需要对所使用的编程语言（如C语言、汇编语言等）的语法以及编写技巧有一定的理解，这些内容在计算机语言类课群中讲述过，通过本课程可以加深同学们对这些知识的理解。

三、结束语

通过对现有的课堂教学和实验环节进行改革和实践，在以下两个方面取得了成效：（1）通过培养学生的系统思维能力，使学生能用所学信息系统理论中的基本概念来理解雷达系统，对信息系统设计的约束条件和基本方法的掌握有了比较大的提升。（2）学生对雷达系统与专业基础课之间的关系有了较深的理解，可以应用电磁场中的极化、频率和信号课中的数字滤波器、FFT等知识分析和理解雷达系统涉及的相关问题，如：在强杂波背景下如何检测运动目标回波，如何通过测量目标回波的多普勒频率得到目标的径向速度，在较低的信噪比下如何通过相参积累检测微弱运动目标回波，用雷达探测飞机时应采用什么极化方式等。以上两个方面取得的进展提高了学生分析问题、解决问题的能力，有利于其可持续发展。

参考文献：

[1]李义丰，褚御芝，朱晓梅，等.电子信息工程专业课程设计环节的设置与实践[J].教育教学论坛，2017，（21）：110-111.

[2]曲强，杨永辉，迟涛.基于创新创业能力培养的电子信息工程专业实践教学体系研究[J].教育教学论坛，2017，（02）：137-138.

[3]赵文华.高等教育系统论[M].桂林：广西师范大学出版社，2001.

[4]李志仁.我国应建立高等教育质量保障体系[J].高教探索，2001，（02）：2-4.