“目标驱动—问题牵引”教学法在雷达信号及数据处理课程中的应用研究

曾会勇 刘清林 刘鸿 姬伟杰

[摘           要]  针对雷达工程专业雷达信号及数据处理课程的性质、内容、特点以及学员学习中存在的突出问题，在授课时采用“目标驱动—问题牵引”教学法，该方法通过精心设计能够全面引领课堂知识点的问题，将解决问题作为课堂目标激励学员自主思考，并在教员的引导下经历探索研究、理论分析、实验验证等环节，最终回答目标问题，完成从提出问题、分析问题到解决问题的学习闭环。通过三个实际教学案例，详细说明该教学法在课堂中的具体实现。

[关    键   词]  目标驱动;问题牵引;雷达信号及数据处理;教学方法;创新

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2020）07-0128-02

长期以来，大学教学多采用注入式教学方法，重视知识传授而忽视创新能力培养，在教与学的关系上将教师的权威绝对化，而将学员视为接受知识的存贮器[1]。然而，这种注入式的教学方法，压抑了学员学习的主动性、积极性和创造性，严重阻碍着创新人才的培养。因此，教学方法、教学内容和教学手段的改革势在必行[1][2]。

雷达工程专业本科学员要求能够比较系统地掌握本专业的基础理论和基本知识，具有较强的学习能力、创新能力、实践能力[3]。雷达信号及数据处理课程是电子类雷达工程专业本科学员必修的一门专业课。从内容上看，该课程包括雷达信号处理和雷达数据处理两大部分，信号处理部分主要包括雷达信号形式与分析、脉冲压缩、杂波抑制、信号检测等内容，数据处理部分主要包括点迹数据形成与处理、数据的航迹处理和不同体制雷达数据处理等内容。从地位和作用看，该课程是在专业基础课与专业课之间起桥梁和纽带的作用，为后续学习地空导弹兵技术勤务、岗前操作训练等课程和提高学员的岗位任职能力打下坚实基础，因此，地位十分重要。

一、雷達信号及数据处理课程的特点

雷达信号及数据处理课程具有理论性强、实践性强和应用性强三个鲜明特点。首先，该课程用到的数学工具非常多。除高等数学外，还涉及信号与系统、随机信号分析、数字信号处理等课程内容，包含较深的理论推导。其次，该课程非常强调工程实践能力和解决问题能力的培养，所学内容的实践性很强。最后，该课程的大多数技术都应用于现在的主战装备，所学习的每一项技术基本都对应装备上某一项操作，直接影响学员的任职能力和战斗力的生成。也正是由于这些特点，有学员认为这门课很枯燥、很高深，对一些原理知其然而不知其所以然;也有学员学完理论后，不知该如何实现，或者实现存在困难。

二、“目标驱动—问题牵引”教学法的应用实践

针对雷达信号及数据处理课程的性质、内容、特点，以及学员学习中存在的突出问题，在授课时采用“目标驱动—问题牵引”教学法，即首先精心设计一个能够全面引领本次课知识点的问题，将解决此问题作为课堂目标激励学生自主思考，并在教员的引导下经历探索研究、理论分析、实验验证等环节，最终结合实际装备，回答开始提出的目标问题，完成从提出问题、分析问题到解决问题的学习闭环。这种方法将“因本溯源”的思维模型与“探究式”知识构建的学习模型紧密结合起来，直接打通了理论与实践的连接路径。雷达信号及数据处理课程主要包括五部分内容，分别是第一章《概论》、第二章《信号处理基础》、第三章《雷达信号形式与分析》、第四章《雷达脉冲压缩》、第五章《雷达杂波抑制》，除第一章《概论》外，其余四章均不同程度地应用了“目标驱动—问题牵引”教学法，本文在第三章、第四章、第五章分别选取了一个教学案例来说明该教学法的具体实施。下面通过具体的案例介绍该方法在课堂中的具体应用。

（一）教学案例——“单载频脉冲信号”课堂设计

“单载频脉冲信号”位于第三章《雷达信号形式与分析》的第一节，是继第一章《概论》、第二章《信号处理基础》后进入雷达信号处理核心内容的第一节课，对学员掌握单载频脉冲信号的性质与特点，尤其是对核心内容产生浓厚兴趣具有重要意义。下面说明“目标驱动—问题牵引”教学法在本节课的具体实现。

首先以蝙蝠发出的超声波信号引出雷达发射的信号，引导学员发现两者的相似性，并提出“如何设计单载频脉冲信号”这一目标问题。为解决这个问题，做一些合理的假设、简化，最终确定“先分析单个脉冲，再分析脉冲串信号”这样一个由易至难的研究思路。接着，从时域分析脉冲参数对雷达作用距离、距离分辨力的影响，这部分是本节课的重点;再从频域分析脉冲参数对速度分辨力的影响，并引出脉冲串测距和测速的模糊问题，这部分是本节课的难点。为加深学员对理论分析的理解，通过实验生成单个脉冲和脉冲串的频谱。最后，结合实际装备揭示单载频脉冲信号的波形设计原则，从而回答最开始提出的目标问题。

（二）教学案例——“脉冲压缩技术基础”课堂设计

“脉冲压缩技术基础”位于第四章《雷达脉冲压缩》的第一节，作为雷达信号处理技术的三大支柱之一，是解决简单脉冲信号测距范围和测距分辨力矛盾的经典方法，也是第二章匹配滤波理论的具体应用，在绝大多数现役雷达中都使用了此项技术。下面具体说明“目标驱动—问题牵引”教学法在课堂中的实现。

首先根据弹道导弹预警雷达的现实需求，引出脉冲压缩的概念，并提出“如何做到信号的宽发窄收”这一目标问题。为解决这个问题，做一些合理的假设、简化，最终确定“先找到满足宽发窄收条件的信号，再探索合适的脉冲压缩处理方法”这样一个研究思路。接着，从时宽带宽积的角度，找到了满足条件的脉冲压缩信号，并从理论上推导了脉冲压缩网络本质上就是匹配滤波器。这部分是本节课的重点和难点。为加深学员对理论分析的理解，通过实验对一个具体的线性调频信号进行了脉冲压缩处理。最后，结合实际装备总结脉冲压缩的指标、特点及应用，从而回答最开始提出的目标问题。

（三）教学案例——“雷达动目标显示技术”课堂设计

“雷达动目标显示技术”位于第五章《雷达杂波抑制》的第一节，作为雷达信号处理技术的三大支柱之一，是抑制杂波提取目标信号的有效方法，如果没有这项技术雷达装备基本是没法作战的，地位非常重要。下面具体说明“目标驱动—问题牵引”教学法在课堂中的实现。

首先以实际教学中的场景引出动目标显示的概念，并提出“如何抑制杂波提取目标信号”这一目标问题。为解决这个问题，做一些合理的假设、简化，最终确定“先分析杂波特点，再探索合适的处理方法”这样一个研究思路。接着，根据杂波和目标回波的多普勒频率的不同，建立了一次对消和二次对消模型，并从数学上推导了其频率响应函数，这部分是本节课的重点和难点。为加深学员对理论分析的理解，通过实验检验了一次对消和二次对消的效果。最后，结合实际装备揭示雷达动目标显示技术的重要应用，从而回答最开始提出的目标问题。

通过这种方法，一方面扫除了知识的应用盲点，让学生对知识的应用方法、场景、效果有了直观认知，不再“学懂了但不知道有什么用”，提升了学习效果;另一方面建立了与后续课程的强链接，完成了专业基础与专业方向课程的自然过渡，高效支撑了人才培养目标的达成。同时，该方法对教师的要求進一步提高，既要对原理融会贯通，又要丰富工程实践经验，引领学生“学以致用”，实现“教学相长”。课堂效果达到预定的教学目标，从学员的反馈来看，大多学员认为自己是在教员的引导下提出课堂要解决的问题以及如何解决问题，通过讨论交流提高了自己的归纳概括能力;还有学员反映，通过这种教学模式自己在获得必要的基础知识与基本技能的同时，情感态度和价值观得到了和谐发展，自己的实践能力与创新意识得到提高。

三、结论

人才培养是高等教育的本质要求和根本使命，本科教育是人才培养的核心和关键[4]。笔者所在学校非常重视雷达工程专业本科教育，积极推进雷达工程课程的教学改革和探索工作，其中，雷达信号及数据处理是非合训电子类雷达工程专业本科学员的一门必修专业方向核心课。该课程在教学中着眼雷达信号及数据处理知识体系的建立，与实践教学相配合，培养学员对所学知识的综合运用能力;引导学员对典型雷达信号及数据处理系统进行讨论、研究，激发学员的学习兴趣和钻研精神，培养学员自主探索、合作交流的创新意识和创新能力。

通过“目标驱动—问题牵引”教学法在该课程中的应用，使学员掌握雷达信号及数据处理的基础理论与通用技术。通过合理安排教学内容，创新教学方法，有针对性地设计实践教学活动，实现基础知识掌握牢固、经典理论理解透彻、原理方法融会贯通的教学目标，同时，该教学方法可为其他课程教学实践提供借鉴。

参考文献：

[1]夏春华，王金庭.电子信息工程专业课程教学方法及内容改革初探[J].武汉科技学院学报，2010，23（6）：58-60.

[2]刘展，杨卓君，武卫，等.基于建构主义的角色体验式教学法在装备维护实习教学中的应用[J].空军工程大学学报（军事科学版），2017，17（2）：90-92.

[3]刘宁波，王国庆，宋杰，等.雷达工程专业电子类实验改革探索[J].实验室科学，2017，20（2）：159-161.

[4]刘华东.高水平研究型大学视角下的本科教育[J].中国石油大学学报（社会科学版），2013，29（5）：154-160.

◎编辑 尹 军