三課時制“雷達成像”課程教學改革與實踐

金光虎， 余安喜， 何 峰， 孫造宇

(國防科學技術大學 電子科學與工程學院, 湖南 長沙 410073)

三課時制“雷達成像”課程教學改革與實踐

金光虎， 余安喜， 何 峰， 孫造宇

(國防科學技術大學 電子科學與工程學院, 湖南 長沙 410073)

本文圍繞“雷達成像”課程教學，研究三課時制下的課程教學改革與實踐：采用三課時講授一個完整的知識點的方式對課程進行安排，提出采用“2+1”模式，即將前兩課時用于理論學習，第三課時用于實踐學習。結合“逆合成孔徑成像”課程，我們給出了一個實際教學案例。教學實踐表明，該方式可以較好地幫助學生掌握課程的知識，并有助于提升學生的動手實踐能力。

三學時；理論學習；實踐學習

0 引言

“雷達成像”是我校為電子信息、電子科學與工程等工科專業開設的一門專業課程[1,2]，它是一門理論與實踐緊密結合的課程，也是專業課中難教、難學的課程。其原因包括兩個方面，一是該課程要求對雷達回波進行數學建模及物理描述，其定義繁雜，概念抽象，數學公式多，邏輯性強。二是該課程需要理論與實踐相結合，通過工程實踐來更加清楚地掌握成像原理及處理過程。

針對上述問題，我們認為“雷達成像”課程教學改革的主要思路應集中在教學方法與教學手段的改進上[3,4]?？紤]到“雷達成像”是一門理論與實踐緊密結合的課程，學生獨立完成實踐環節的難度較大，我們采用一種三課時模式，即將兩個課時用于理論學習,一個課時安排實踐學習，讓學生在掌握理論的同時，學會動手實踐。相比于傳統的僅有理論的學習，我們的實踐課能夠使學生以更加形象的方式理解課程內容。相比于安排學生課下實踐或另外統一安排課時進行實踐的方式，這種模式避免了理論授課的內容經過較長一段時間容易遺忘、實踐難度較大，學生難以獨立完成等問題，使得學生對課程內容的理解和掌握更加牢固。

1 教學方法與教學手段的改進

目前大學基礎課程的授課普遍采用的是兩課時制，兩課時制是綜合考慮的大學生的接受能力、集中注意力等因素采用的一種課時安排方式。而我們采用的這種新的三課時制和兩課時制全堂講授模式是不同的。這是主要針對理論性和實踐性都較強的專業課設計的一種新課程模式，課程內容安排規劃是授課效果好壞的關鍵。從安排方式上來看，可以用來進行理論學習，也可以用于研討，方式較多。三課時制安排需要考慮以下幾個方面：

(1)學生接受能力有限，理論講授內容不宜安排太滿。三課時的時間較以往兩課時提高了一半，如果還是按照兩課時的課程進度，則課程內容勢必也要提高一半。對學生而言，在有限的時間內要掌握大量的信息，從記憶及理解能力上來說，大部分是難以完成的。因此，課程內容的安排上需要適當調整。

(2)三課時內容需要轉換，防止長時間疲勞。已經有實驗表明，長時間關注同一內容，后期的注意力將明顯下降，接受課程能力勢必降低。針對我們三課時的授課方式，三課時的后半段不能繼續前面的內容而需要轉換課程的熱點，課程前后從內容、形式上有所區分，從而防止學生注意力下降、學習效率降低的現象發現。以距離多普勒成像算法為例，如果我們把內容安排成三個課時，包括距離多普勒模型、距離徙動校正、距離多普勒全流程處理等，也許可以講得細致清楚，但是，實際上學生難以長時間集中注意力，學習效果隨著時間的推移而下降，對于最后的全流程處理影響將大幅降低。

(3)課程安排需要結合“雷達成像”課程的特點。這門課程相比于一般的課程有一個很明顯的特點，即它是一門理論性很強的課程，涉及大量的數學推導，需要學生具備較好的數學功底，同時，它是一門實踐性很強的課程，如果沒有實踐，學生們的理解將僅限于艱澀難懂的概念之上，很難以有形象的記憶。

綜合以上三點，我們對課程內容及時間安排進行重新設置，課程內容將以“講座+實踐”的形式進行展開。首先我們設置一個兩課時的講座，講述一個完整的主題。這一主題講完后便進行一個課時的實踐課，主要以仿真分析、數據處理、結果討論為主。實際上，每個講座內容的設置有兩種方案，一是將原有內容進行拓展，將其拆分為多個知識點，二是將原有內容進行適當精簡，對于重點內容進行詳細講述，一些特別難、又需要花費大量時間講解且不是特別重要的內容，可以簡單帶過，留給有興趣的學生課后進行鉆研。我們要把握根本的、基礎的東西，讓學生在有限的時間內盡量吸收和消化，并且能夠系統地掌握相關理論知識。我們把“雷達成像”課程的理論講座作表1所示的安排：

表1 “雷達成像”課程講座安排

2 教學案例

我們以“雷達成像”課程中第十一講“ISAR成像基本原理”作為實際案例，介紹全新的“2+1”教學模式。ISAR成像本身內容較多，首先我們對ISAR課程內容進行分析，這門課涉及了基礎理論、線性調頻信號的dechirp處理、一維距離像、空間譜支撐區、二維ISAR像等知識。如果全部進行精講，需要三課時甚至更長，我們將理論講解內容精簡到兩課時，對雷達回波模型、空間譜支撐區、一維距離像、二維ISAR像等進行重點講解，緊接著開展一個課時的實踐課。

前兩課時的講座主要是理論講解，其中涉及了幾個重要的概念：

(1)一維距離像：

(1)

(2)ISAR像：

(2)

(3)塊形支撐區模型：

(3)

(4)梯形支撐區模型：

(4)

(5)矩形支撐區模型：

(5)

上述幾個概念很抽象，從理論上講學生雖可以基本接受，但由于沒有直觀的印象，學生難以理解得深刻。在第三課時的實踐課，我們安排了回波仿真及成像處理實踐，我們從理論推導出發，首先采用Matlab編程仿真雷達回波，然后進行一維距離像成像、ISAR像成像，通過這樣的實踐操作，讓學生充分掌握成像的來龍去脈，在仿真中我們可以看到距離像和ISAR像分別如圖1所示：

(a) 距離像 (b) ISAR像圖1 雷達圖像示意圖

采用塊形、梯形、矩形支撐區近似的二維頻譜結構如圖2所示。

有了上面的仿真及處理結果，前兩個課時的理論概念不再是抽象的，學生們對ISAR成像有了更深入的理解。學習這門課程的很多碩士研究生反映，該“2+1”模式教學使得他們可以很快開展相關的課題研究，對于課題研究和學位論文撰寫都起到了非常積極的作用。

(a) 塊形 (b) 梯形

(c) 矩形圖2 雷達成像支撐區示意圖

3 結語

本文開展了專業課程“雷達成像”三課時制教學的實踐探索，讓學生在理論課上對一個完整的知識點能夠深入掌握，借助實踐課為學生提供了一個形象認識，避免了單純的理論教學帶來的抽象、枯燥等問題。實踐表明，該課程的三課時教學，使得學生不僅掌握了扎實的成像處理理論，還具備了一定的動手實踐能力，達到了預期的效果。

[1] 保錚. 雷達成像技術[M]. 北京: 電子工業出版社，2005.

[2] 黃培康. 雷達目標特性[M]. 北京: 電子工業出版社, 2008.

[3] 孫宗禹. 素質教育與大學教學改革[J],北京，中國大學教育，2002.9.

[4] 盧翠珍. 面向21世紀創新人才培養的需求-加強傳感器實驗教學改革[J]，北京：中國現代化教育裝備，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，講師，主要從事雷達信號處理的教學與科研工作，E-mail：kingnudt@163.com

A

1008-0686(2017)05-0030-03